遲家溝水庫大壩加固工程設計

王榮磊，鄒　明，孔慶軍（龍口市遲家溝水庫管理所，山東 龍口 265704）

遲家溝水庫大壩加固工程設計

王榮磊，鄒明，孔慶軍
（龍口市遲家溝水庫管理所，山東 龍口 265704）

【摘要】分析了遲家溝水庫大壩現(xiàn)狀及存在的問題，介紹了水庫大壩橫斷面、壩基及基巖截滲工程、上游和下游護坡加固工程設計方案。

【關鍵詞】遲家溝；水庫大壩；除險加固；工程設計

遲家溝水庫位于龍口市蘆頭鎮(zhèn)寺后喬家村南，是一座以防洪和城市供水為主，兼顧農(nóng)業(yè)灌溉和漁業(yè)養(yǎng)殖的中型水庫。水庫于1958-10動工興建，1960-05竣工，當年攔洪蓄水。水庫流域面積34 km2，總庫容2 044萬m3，興利庫容1 282萬m3。水庫建成50多年來在防洪、農(nóng)業(yè)灌溉和城市供水等方面發(fā)揮了重要作用，但由于建庫時受各方面條件限制，工程建設標準低，質(zhì)量差，遺留問題多，加之工程多年運行，該水庫工程存在多方面安全隱患，迫切需要除險加固。本文結合遲家溝水庫除險加固，介紹大壩橫斷面、壩基等工程設計。

1　大壩現(xiàn)狀

遲家溝水庫大壩為壤土心墻砂殼壩，最大壩高27.19m，壩長485 m，壩頂寬6.7m，壩頂高程84.37～84.58m。大壩上游迎水坡為干砌亂石護坡，在高程79.30m處設有寬1.2m的馬道。馬道以上邊坡為1∶1.83～1∶2.32，以下邊坡為1∶3～1∶4.26，并在高程71.0m和66.30m處分別設有寬2m和6m的馬道。下游背水坡為雜草護坡，分別在高程72.65m和60.0m左右設一條寬3.4m和1.0m馬道，72.65m高程馬道以上坡比為1∶2.45～1∶2.50，馬道以下坡比為1∶3.06～1∶3.12。壩后背水坡在樁號0+066、0+190、0+298分別設寬2.5m的漿砌料石臺階，每隔130m左右設一豎向排水溝，排水溝為漿砌塊石結構，壩腳樁號0+100～0+300設干砌方塊石貼坡式排水體。心墻由壤土筑成，頂寬2.3m，頂高程81.29～84.48m。大壩壩頂設有高1.07m、寬0.4m的漿砌石防護墻，防護墻頂高程85.44～85.65m。

大壩原設有測壓管，位于大壩樁號0+085、0+180、0+280處，每排3根，壩前一排，壩后兩排，現(xiàn)均已報廢。

2　大壩存在問題

1）大壩壤土心墻頂以上為碎石土填筑，滲透系數(shù)4.12×10-2cm/s；樁號0+020～0+090壩段防護墻基礎坐落在碎石上，與防滲體不連接，不符合規(guī)范要求；按現(xiàn)狀心墻頂高程81.29～84.48 m核算，水庫現(xiàn)狀防洪能力低于20年一遇洪水標準。

2）壩體填筑質(zhì)量差，心墻壓實度0.87～0.95，不符合規(guī)范要求的占74%；大壩樁號0+010～0+460段上游砂殼為礫砂，填筑質(zhì)量差，相對密度低，易產(chǎn)生液化。

3）大壩樁號0+320～0+500段壩基強風化層層厚度6.8～12.8m，透水率22.7～36.9 Lu，屬中等透水，不滿足規(guī)范要求。

4）經(jīng)核算，大壩上游護坡石厚度不得小于0.266m，現(xiàn)狀護坡石平均厚度0.14m，且護坡石下無反濾層，存在大面積塌陷、護坡石下架空等現(xiàn)象，影響大壩安全。大壩下游排水體無反濾層。

5）大壩測壓管等觀測設施現(xiàn)已失效，大壩無豎向、水平位移等觀測設施，不能對大壩狀態(tài)進行實時監(jiān)測，不滿足大壩運行管理需要。

3　大壩加固工程設計

3.1大壩橫斷面設計

1）壩頂高程和壩頂寬度的確定。本次水庫除險加固設計壩頂高程為84.4m，現(xiàn)狀壩頂高程基本滿足要求，但需要對壩頂構造進行重新設計。加固后的壩頂寬7.0m，壩頂為混凝土路面，凈寬為6.0m，基層為0.2m厚礫砂水泥穩(wěn)定層，面層為0.2m厚的C25混凝土。上游壩肩防護墻拆除重建，墻頂高程85.2m，新防護墻基礎座落在心墻上。防護墻為M10漿砌石結構，厚0.5m，下游路肩寬0.5m。

2）壩坡的確定。上游坡在高程79.8m處設寬2.0m的馬道，壩坡坡比為1∶3。壓重平臺分兩級，頂高程分別為71.50m及67.75m，寬度分別為15.0 m、16.0 m，頂部一級平臺以1:3坡比坡向二級平臺，底部二級平臺以1∶3坡向庫底。下游坡72.6 m和61.5 m高程處分別各設一條馬道，寬度分別為2.0m、12.5 m。72.6 m高程以上設計坡比為1∶2.5，高程72.6～61.5 m之間設計坡比為1∶3.0。高程61.5m以下坡比為1∶2。

3）大壩心墻頂以上為碎石土填筑處理。對大壩壤土心墻頂以上碎石土填筑的部分，全部挖除回填壤土，并碾壓夯實，保證與心墻結合良好。

3.2壩基及基巖截滲工程

本工程采用帷幕灌漿。

1）帷幕灌漿的范圍及深度。經(jīng)分析浸潤線計算情況，調(diào)整深度對等勢線影響不大，本著節(jié)省投資的原則，確定帷幕灌漿的深度為深入弱透水層以下2.0m，灌漿頂面深入壩體內(nèi)2.0m。為確保工程安全，帷幕灌漿的范圍應適當擴大，設計范圍為樁號0+300～0+520，長220m，灌漿孔間距為2.0m。在壩頂用小口徑地質(zhì)鉆機鉆孔，灌漿軸線距離上游壩肩3.35m。

2）設計標準。根據(jù)《碾壓式土石壩設計規(guī)范》（SL274-2001），巖石壩基灌漿帷幕的設計標準應按灌后基巖的透水率控制，1級、2級壩及高壩透水率宜為3～5 Lu，3級及其以下的壩透水率宜為5～10 Lu。本水庫大壩為3級壩，取透水率為10 Lu作為相對不透水層標準。

3）灌漿過程中特殊情況的處理。①對集中漏水嚴重的孔段，采用充填級配料灌漿工藝。②對孔口有壓力，但始終達不到吸漿量小于0.4 L/min結束標準的孔段，采取減壓限流和間歇灌注的方法。③對于孔口不產(chǎn)生壓力，而沖填級配料又沖不下去時，采取濃漿摻砂灌注，摻砂的數(shù)量一般不超過水泥重量的50%。④對灌漿條件薄弱的區(qū)域進行復灌，以確保帷幕灌漿的質(zhì)量。

3.3上游護坡工程設計

本工程采用塊石護坡。

1）護坡石設計。干砌方塊石護坡采用當?shù)刭|(zhì)地堅硬、新鮮、色澤均勻的花崗巖方塊石進行護砌。護坡石的尺寸為50 cm×30 cm×22 cm（長× 寬×厚），范圍為自頂部壓重平臺頂高程71.50m至壩頂。

2）反濾設計。護坡反濾層設計為兩層：上層為15 cm厚粒徑為2.0～4.0 cm的石子，底層為300 g/m2土工布一層。

3）護坡基座設計。為增加護坡的穩(wěn)定性，護坡的底部應設置基座。對有壓重體的壩段，護坡基座設在71.5m的高程平臺內(nèi)側(cè)，其余段設在坡腳，護坡基座為M10漿砌塊石結構，矩形斷面，底寬0.8m，深1.0m。

3.4下游護坡工程設計

1）草皮護坡。壩后坡將原壩面雜草清除干凈，按設計坡比整修后，植草皮護坡，護坡范圍為整個下游壩坡。為保證種植草的成活率，表層設50 cm壤土做種植土。

2）壩坡排水體。根據(jù)壩腳地形和壩基地質(zhì)情況，確定在大壩樁號0+100～0+300段下游壩腳設貼坡排水體。根據(jù)《碾壓式土石壩設計規(guī)范》5.7.8條，貼坡式排水體的頂部高程應高于壩體浸潤線出逸點，高出的高度3、4、5級壩不小于1.5m，并應超過波浪沿坡面的爬高要求。根據(jù)計算，大壩壩體浸潤線出逸點在下游壩腳處，排水體頂高程按2000年一遇洪水位加0.5m超高確定，經(jīng)核算，排水體頂高程61.50m，頂寬12.5m，頂長200m，外邊坡為1∶2。

排水體結合下游壩基抗震加固設計，將原排水體拆除后，底層鋪設一層300 g/m2無紡土工布，土工布以上為200mm厚粒徑為2~4 cm碎石層，然后堆筑壓重料，表層采用拆除的原排水體石料，要求表面平整、美觀。

（責任編輯遲明春）

【中圖分類號】TV697

【文獻標識碼】B

【文章編號】1009-6159（2015）-07-0047-02

收稿日期：2015-03-16

作者簡介：王榮磊（1983—），男，助理工程師