皖南小型水庫土石壩的除險加固設計實例

李志軍

（安徽省水利水電勘測設計院 蚌埠 233000）

皖南小型水庫土石壩的除險加固設計實例

李志軍

（安徽省水利水電勘測設計院 蚌埠 233000）

針對某病險水庫工程的缺陷和隱患，科學合理地提出了適宜該工程的除險加固設計方案。實踐證明，該工程加固效果較好，有效發(fā)揮了防洪、灌溉等綜合效益。

水庫大壩 除險加固 設計

1 概況

某水庫地處皖南石臺縣南部的仙寓鎮(zhèn)建國村，距仙寓鎮(zhèn)5km，距石臺縣城34km。該水庫于1970年興建，集水面積6.9 km2，是一座以防洪、灌溉為主，兼有養(yǎng)殖功能的小（2）型水庫。灌溉面積600畝，下游防洪面積1.5 km2，涉及仙寓1個行政村，保護耕地800畝，保護人口1600人，總庫容19.71萬m3。樞紐工程由大壩、溢洪道、放水涵洞組成。水庫大壩為粘土心墻砂殼壩。現(xiàn)狀壩頂高程250.0m，最大壩高21m，壩頂長70m，頂寬3m，上下游壩坡面均為砂殼堆體，上游坡比1∶9.5～1∶2.00，下游坡比1∶1.8。溢洪道位于水庫大壩右側，距大壩頂50m，在山坡上人工開挖而成，為無閘門控制明槽溢洪道，進口底板高程224.9m，寬18m。溢洪道全長32m。穿壩放水涵洞在大壩右下部為漿砌石圬工涵，凈高45cm、凈寬30cm，全長75m，進口設一臺Φ300閘閥斜拉桿控制放水，底涵進口底板工程233.3m，出口底板高程232.4m。

該水庫存在的病險情況為：壩腳和壩體兩側滲水嚴重；迎水坡干砌石護坡大部分損毀，背水坡多處沖蝕溝和凹坑，防浪墻老化失修，局部坍塌；溢洪道泄流能力不足，進出口段離壩身太近，進口段未進行有效的護砌，存在安全隱患；穿壩放水涵洞破損滲漏嚴重，無法正常蓄水。

2 除險加固設計

依據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標準》（SL252-2000）及《防洪標準》（GB50201-94）規(guī)定，該工程設計洪水位30年一遇，300年一遇洪水校核。興利庫容12.5 萬m3，興利水位246.4m；死庫容0.7萬m3，死水位233.2m；總庫容26.4萬m3，設計水位249.5m。

2.1 壩體尺寸設計

根據(jù)《小型水利水電工程碾壓式土石壩設計導則》（SL189-96）及《碾壓式土石壩設計規(guī)范》（SL274-2001）有關規(guī)定，考慮工程構造、防汛搶險、交通等需要，本次加固壩頂寬度按4.5m設計。壩頂高程根據(jù)水庫靜水位及不同運行工況下靜水位的壩頂超高核算壩頂高程，壩頂高程確定為251.3m，即在現(xiàn)有基礎上加高壩頂1.3m。壩頂長由原來的70m增加到88m。粘土心墻土壩的心墻防滲體在正常蓄水位或設計水位以上超高0.6m，心墻防滲體頂部不應低于非常運用條件靜水位。本次加固后粘土心墻頂高程為250.1m，低于壩頂1.2m。根據(jù)工程現(xiàn)狀并考慮壩型、壩高、壩基材料等因素，參照已建類似土壩工程做法，確定大壩迎水坡在高程248.0m處設1.5m寬戧臺，戧臺以下、以上坡比均為1∶2.5；背水坡在高程243.0m處設1.5m寬戧臺，戧臺以上坡比為1∶2.0，以下坡比設計為1∶2.5。在大壩與溢洪道相接處增設漿砌石裹頭防護，上游端與迎水坡護坡石銜接，護至壩頂，并采用漿砌塊石封頂。

2.2 迎水坡工程

迎水坡進行清基補土以達到設計坡比，并進行翻壓。壩土壓實度經(jīng)試驗確定為0.97。采用漿砌混凝土預制塊護坡，下設有土工膜（規(guī)格為200g/0.3mm/200針刺短線滌綸兩布一膜PE膜）和25cm厚砂礫石墊層。護坡石下設反濾層。預制塊設計強度為C20，其邊長為0.25m，厚度為0.20m，砌筑砂漿為M7.5。沿壩腳及兩側山體與壩體接觸處清基到微風化基巖，壩腳設0.5m厚C25混凝土截滲墻，壩側設0.3m厚C25混凝土齒墻。土工膜鋪蓋前開挖齒槽，將復合土工膜嵌入齒槽，壩頂開槽后將復合土工膜嵌入原壩體中，壩體與周邊山體、放水涵洞連接處將復合土工膜與建筑物混凝土連接，形成半封閉的不透水防滲結構體。

2.3 背水坡工程

按設計坡比補土筑坡并翻壓。施工中，清除坡面雜草、腐質土，自下而上，水平上升，分層鋪土，層土層壓，提高密實度，增強壩坡抗滑穩(wěn)定能力。新土與原壩坡土粒料搭接處，搭接寬度不少于0.5m。沿壩軸線每隔30m設置豎向排水溝一道，計4道，戧臺及坡腳各設橫向排水溝一道。排水溝按10年一遇洪水標準設計，豎向排水溝斷面寬×高為0.40m× 0.25m，橫向排水溝斷面寬、高分別為0.40m×0.25m和0.5m×0.4m。排水溝底部采用C15細石混凝土現(xiàn)場澆筑，厚度15cm，兩側墻采用10cm厚C20混凝土預制板鑲砌，1∶3.0水泥砂漿勾縫。背水坡全部植草皮防護，以防止雨水漫流造成坡面沖刷。坡腳處堆石排水棱體進行整修。

2.4 壩頂工程

取消原有防浪墻，壩頂設混凝土路面，考慮到交通要求，硬化路面凈寬4.5m，底部設15cm厚的水泥砂礫穩(wěn)定層，面層為30cm厚的混凝土，路面橫坡傾向下游，坡比為2%。壩體防滲土工膜上下鋪粘土厚15cm保護壓入道路基層。

2.5 放水涵洞工程

拆除原有放水斜拉桿控制閘閥，原漿砌石圬工涵疏通后換用壁厚8.6mmDN225mmPE管，進水口處設2m×4m前池，前池口和上方設鋼筋攔污柵欄，出水口處設一截止閥控制。PE管進水口用預埋鋼板配止水橡膠片壓壩體土工膜固定防滲處理。原涵道從迎水坡和背水坡各設兩2Φ50鉆孔，進行灌漿處理。材料用525#普通硅酸鹽水泥，水灰比為1∶1.25，另加入速凝劑水玻璃，水泥漿液與水玻璃的重量比為1∶10000。灌漿最大壓力不大于涵管處土的最大主應力，設計灌漿壓力定為不大于0.25MPa。施工時應按從下游至上游的順序進行，出水口應用細石混凝土預封堵2～3m，進水口用模板封堵留排氣孔，至少復灌兩次。

2.6 溢洪道工程

溢洪道兩側各拓寬1m，岸坡掛網(wǎng)噴混凝土處理。在大壩與溢洪道相接處增設漿砌石裹頭防護，上游端與迎水坡護坡石銜接，護至壩頂，采用漿砌塊石封頂。底板破損處做修復處理。

3 結論

通過對該水庫的病險隱患分析，依據(jù)規(guī)范對壩坡穩(wěn)定、滲透穩(wěn)定等要求確定了比較科學、經(jīng)濟、合理、便于施工的除險加固方案，并根據(jù)相關試驗規(guī)程規(guī)范確定各項施工參數(shù)和指標。工程自2008年加固后至今運行良好，實踐證明其所采取的除險加固措施是科學有效的，值得在類似工程中推廣■