李橋水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)與應(yīng)用

李永中

（甘肅省張掖市甘蘭水利水電建筑設(shè)計(jì)院，甘肅 張掖 734000）

李橋水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)與應(yīng)用

李永中

（甘肅省張掖市甘蘭水利水電建筑設(shè)計(jì)院，甘肅 張掖 734000）

通過(guò)李橋水庫(kù)大壩壩坡塌坑事件，對(duì)運(yùn)行50多年的壤土心墻土石壩進(jìn)行了全面及時(shí)的安全復(fù)核和除險(xiǎn)加固，分不同壩段的病險(xiǎn)問(wèn)題，采取了培厚上下游壩坡、壩體高壓旋噴墻防滲、壩頂聚苯泡沫板防壤土心墻凍張破壞、壩基帷幕灌漿等加固措施，取得了較好的除險(xiǎn)加固效果，保證了水庫(kù)效益的正常發(fā)揮，可供其他類(lèi)似工程借鑒。

水庫(kù)；除險(xiǎn)加固；設(shè)計(jì)

1 工程概況

李橋水庫(kù)位于甘肅省張掖市山丹縣城南33.0km的馬營(yíng)河干流上，是一座以灌溉為主的年調(diào)節(jié)中型水庫(kù)。水庫(kù)總庫(kù)容1540萬(wàn)m3，有效庫(kù)容1416萬(wàn)m3，主要由大壩、輸水涵洞、溢洪道和壩后式電站組成。李橋水庫(kù)始建于 1958年，歷經(jīng)三期建設(shè)，于1980年竣工，而后又經(jīng)過(guò)兩次除險(xiǎn)加固，形成目前規(guī)模，現(xiàn)已連續(xù)運(yùn)行50多年。

水庫(kù)大壩為壤土厚心墻土石混合壩，大壩總長(zhǎng)1480m，壩頂寬5.4m，壩頂高程2179.90m，心墻頂部高程2179.20m，根據(jù)壩體結(jié)構(gòu)和高度的不同，分為西壩段、中壩段和東壩段。西壩段最大壩高11.8m，心墻為壤土心墻，心墻下游沒(méi)設(shè)置反濾層和排水設(shè)施。中壩段最大壩高25.4m，心墻為厚壤土心墻，心墻下游設(shè)置了反濾層，東壩段最大壩高13.1m心墻為壤土心墻，未設(shè)排水設(shè)施。

壩體基礎(chǔ)防滲西壩段在壩基設(shè)置混凝土防滲墻，墻伸入底部巖石0.8～3.0m，伸入上部壤土心墻為2.3～4.0m；中壩段底部設(shè)置紅粘土截滲齒墻，此墻底部伸入巖石1.5m，上部伸入壤土心墻1.5m；東壩段壩基設(shè)置混凝土防滲墻，墻體底部伸入巖石0.8～1.2m。

2 問(wèn)題提出

李橋水庫(kù)的建設(shè)過(guò)程受到不同時(shí)期不同社會(huì)背景條件下的制約，到1980年工程驗(yàn)收時(shí)，水庫(kù)還是一個(gè)先天不足的工程，遺留了很多缺陷和不足，投入運(yùn)行以來(lái)，一直存在滲漏問(wèn)題。對(duì)此，李橋水庫(kù)于1999年被甘肅水利廳確定為全省第一批重點(diǎn)病險(xiǎn)水庫(kù)，加之 2003年10月25日山丹發(fā)生6.1級(jí)地震，又造成防浪墻傾斜斷裂。雖經(jīng)2000年、2005年兩次加固，由于投入資金有限，主要對(duì)溢洪道、輸水洞進(jìn)行了加固，均未解決水庫(kù)大壩存在的滲漏穩(wěn)定問(wèn)題，存在極大的安全隱患。

2012年3月，水庫(kù)管理人員在巡視時(shí)，發(fā)現(xiàn)后壩坡頂部和后壩坡坡腳兩處各出現(xiàn)一個(gè)塌陷坑。壩坡頂部處塌陷坑坑口直徑0.7m，底部直徑2.6m，深2.8m。后壩坡坡腳處塌陷坑坑口直徑0.8m，底部直徑1.0m，深1.1m。分別編號(hào)為1#塌坑、2#塌坑。此時(shí)水庫(kù)水位2177.77m，比正常蓄水位2178.60m低0.83m。在壩體下游灘地發(fā)現(xiàn)滲水出逸點(diǎn)水流有渾濁現(xiàn)象，局部已出現(xiàn)孔穴點(diǎn)，帶出的土料為粉細(xì)砂顆粒。

水庫(kù)險(xiǎn)情出現(xiàn)后，水庫(kù)管理部門(mén)及時(shí)提出了降低庫(kù)水位、出現(xiàn)塌坑壩段壩前修建臨時(shí)圍堰等措施，使得水庫(kù)的險(xiǎn)情得到了有效控制。并控制此后水庫(kù)的蓄水位不超過(guò)2175m運(yùn)行。但病險(xiǎn)并沒(méi)有消除，所以要根據(jù)水庫(kù)存在的問(wèn)題，對(duì)該水庫(kù)進(jìn)行除險(xiǎn)加固才能徹底解決病險(xiǎn)問(wèn)題，使水庫(kù)發(fā)揮應(yīng)有的效益。

3 塌坑原因分析

（1）因變形不協(xié)調(diào)和局部應(yīng)力集中，導(dǎo)致有齒墻（東、西）壩段與無(wú)齒墻（中）壩段的接觸區(qū)、齒墻壩段齒墻頂部粘土心墻區(qū)產(chǎn)生裂縫，形成滲漏。因防滲體下游面與壩基砂礫石層之間無(wú)反濾層導(dǎo)致壩體和壩基產(chǎn)生滲流侵蝕，致使?jié)B透破壞現(xiàn)象長(zhǎng)期存在。這些因素是造成壩體滲流異常及 2012年3月壩體塌坑的主要原因。

（2）李橋水庫(kù)壩身壤土心墻填土總體密實(shí)性差，松散、不均勻、裂隙較多。東壩段壩頂軸線測(cè)線處存在較大的滲漏通道；西壩段壩頂軸線測(cè)線處存在較大的滲漏通道，壩后道路測(cè)線處仍可見(jiàn)此通道，說(shuō)明上下游存在連通的滲漏通道；壤土心墻由于當(dāng)初施工質(zhì)量較差，在滲水的長(zhǎng)期作用下形成了具有一定厚度的水平方向集中滲水通道；滲水通過(guò)心墻后影響范圍有所擴(kuò)大，總體趨勢(shì)從1#塌坑向2#塌坑方向發(fā)展。

4 大壩存在的主要問(wèn)題

（1）壩體心墻、砂礫石壩殼填筑質(zhì)量差。

（2）左壩肩Ⅲ級(jí)堆積階地砂卵礫石層屬?gòu)?qiáng)透水層，存在繞壩滲漏問(wèn)題；西壩段壩基的古河道清基不徹底，存在壩基滲漏問(wèn)題；中壩段壩基屬弱透水巖體，滲漏量較小，基本不存在壩基滲漏問(wèn)題，但局部屬中等透水巖體，存在局部壩基滲漏問(wèn)題；壩基東壩段與右壩肩的深厚覆蓋層清基也不徹底，也存在壩基與繞壩滲漏問(wèn)題。

（3）東、西壩段滲流不穩(wěn)定。

（4）中壩段在上游水位驟降情況下，上游壩坡抗滑不穩(wěn)定，東、西壩段上下游壩坡抗滑不穩(wěn)定。

（5）心墻頂部保護(hù)層厚度不滿足要求。

5 大壩除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)

本次除險(xiǎn)加固時(shí)，中壩段、西壩段和東壩段維持現(xiàn)狀壩軸線不動(dòng)，壩頂防浪墻不動(dòng)，壩頂寬度5.4m不變，在原壩體上解決大壩存在的主要問(wèn)題。除險(xiǎn)加固工程主要有中壩段壩體加固工程、西壩段壩體加固工程、東壩段壩體加固工程和東、西壩段壩基及左壩肩防滲處理工程。

5.1 中壩段壩體加固工程設(shè)計(jì)

中壩段存在的問(wèn)題是上、下游壩坡不穩(wěn)定的問(wèn)題，壩頂壤土心墻頂部保護(hù)層厚度不夠的問(wèn)題。

針對(duì)中壩段上游壩坡不穩(wěn)定的問(wèn)題，先在庫(kù)底2169m高程以下原壩體上開(kāi)挖梯形斷面抗滑槽，在槽內(nèi)拋填塊石作為壩前培厚砂礫的基礎(chǔ)后，再在上面填筑砂礫石蓋重，蓋重起點(diǎn)高程為 2169m，蓋重水平底寬 3.51m，頂部至壩頂高程，為2179.9m，填筑坡度 1∶2.75。

針對(duì)壩頂壤土心墻頂部保護(hù)層厚度不夠以及大壩下游壩坡不穩(wěn)定的問(wèn)題，由于心墻頂部保護(hù)層厚度只有0.7m，小于當(dāng)?shù)刈畲髢鐾辽?.62m，壩頂采用揭開(kāi)30cm的砂礫后，鋪設(shè)厚度6cm的保溫板以增加壩頂壤土心墻的抗凍張能力，然后填筑砂礫石厚24cm，達(dá)到原壩頂高程2179.9m。

為了便于碾壓和新老壩體的結(jié)合，首先拆除下游壩坡干砌石護(hù)坡，然后用砂礫石培厚下游壩坡，以增加下游壩坡的抗滑穩(wěn)定性，下游壩坡的培厚坡度自上而下為1∶2、1∶2.5，與現(xiàn)狀坡度一致，培厚水平寬度2.2m。上游壩坡蓋重砂礫石坡面在高程2176.1m以下采用厚度30cm的干砌石護(hù)坡，護(hù)坡下鋪設(shè)厚度50cm的砂礫墊層；高程2176.1m以上采用C25現(xiàn)澆混凝土護(hù)坡，厚度20cm，以避免原干砌石在風(fēng)浪和冰層作用下經(jīng)常被破壞的弊病，對(duì)混凝土護(hù)坡下鋪設(shè)50cm的礫石墊層。

對(duì)中壩段下游壩坡培厚以前，首先對(duì)2012年3月出現(xiàn)的1#塌坑、2#個(gè)塌坑進(jìn)行局部開(kāi)挖檢查，把該段下游壩坡砂礫揭開(kāi)到心墻，檢查心墻是否破壞，然后再夯填砂礫到設(shè)計(jì)厚度。加固設(shè)計(jì)典型橫斷面見(jiàn)圖1。

5.2 西壩段壩體加固工程設(shè)計(jì)

針對(duì)西壩段存在的壩體滲流不穩(wěn)定、清基不徹底，有齒墻（東、西）壩段與無(wú)齒墻（中）壩段的接觸區(qū)、齒墻壩段齒墻頂部粘土心墻區(qū)域產(chǎn)生裂縫，形成滲漏通道，以及下游壩坡不穩(wěn)定的問(wèn)題，采取以下加固處理措施。

對(duì)西壩段原壩體下游壩坡培厚，培厚坡度1∶2，壩體上游老壩體臺(tái)地上做高壓旋噴墻防滲。高壓旋噴防滲墻軸線布置在西壩軸線上游5.68m的原老壩頂（2178.4m高程）的臺(tái)地上。即高壓旋噴防滲墻與防浪墻基礎(chǔ)的凈距 2m，高壓旋噴墻厚度0.6m，旋噴樁半徑0.6m，旋噴樁中心距 1m，布置高噴防滲墻404m，平均孔深17.1m。采用單排旋噴樁套接的結(jié)構(gòu)形式，高壓旋噴墻采用三管法施工。壓旋噴防滲墻右端與中壩段壤土心墻連接，伸入壤土心墻35m，伸入中壩段部分高壓旋噴墻頂高程2179.6m，高壓旋噴墻底部伸入基巖1m。在高壓旋噴墻與防浪墻之間用25cm厚的C25混凝土護(hù)砌。加固設(shè)計(jì)典型橫斷面見(jiàn)圖2。

圖1 中壩段加固典型橫斷面設(shè)計(jì)圖

圖2 西壩段加固典型橫斷面設(shè)計(jì)圖

5.3 東壩段壩體加固工程設(shè)計(jì)

東壩段存在的問(wèn)題與西壩段類(lèi)同，采取的處理加固措施也與西壩段類(lèi)同。對(duì)東壩段原壩體下游壩坡培厚，培厚坡度1∶2，壩體上游老壩體臺(tái)地上做高壓旋噴墻防滲，高壓旋噴防滲墻左端與中壩段壤土心墻連接，伸入壤土心墻35m，右端做至溢洪道邊墻。共布置高壓旋噴防滲墻長(zhǎng)155m，平均孔深19.44m。高壓旋噴墻設(shè)計(jì)及與防浪墻的連接設(shè)計(jì)與西壩段設(shè)計(jì)類(lèi)同。加固設(shè)計(jì)典型橫斷面見(jiàn)圖3。

5.4 西、東壩段壩基及左壩肩防滲處理設(shè)計(jì)

（1）西壩段壩基防滲加固處理措施。沿著西壩旋噴樁墻墻軸線，從臺(tái)地頂部造孔對(duì)壩基中等透水巖體進(jìn)行帷幕灌漿。沿旋噴樁墻軸線布置防滲帷幕長(zhǎng)度404m，單排孔，孔距2m，灌漿深度根據(jù)規(guī)范按基巖透水率不高于10Lu控制，并伸入弱風(fēng)帶以下5m，平均灌漿深度為16.1m，先做帷幕灌漿，帷幕完成以后再做高壓旋噴墻，鉆灌比為1，見(jiàn)圖2。

（2）東壩段壩基防滲加固處理措施。沿著東壩段旋噴樁墻軸線，從臺(tái)地頂部造孔對(duì)壩基中等透水巖體進(jìn)行帷幕灌漿。共布置防滲帷幕長(zhǎng)度155m，灌至微風(fēng)帶以下5m，平均灌漿深度為22m。其余設(shè)計(jì)與西壩段壩基處理措施相同，見(jiàn)圖3。

（3）左壩肩防滲處理措施。對(duì)左壩肩進(jìn)行高壓旋噴防滲墻處理。高壓旋噴防滲墻長(zhǎng)度 50m。高壓旋噴墻設(shè)計(jì)與西壩段高壓旋噴墻設(shè)計(jì)類(lèi)同。

6 結(jié)語(yǔ)

水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程于2012年 7月開(kāi)工建設(shè)，于2013年10月完工。通過(guò)一年多的正常蓄水位運(yùn)行考驗(yàn)和觀測(cè)，壩后灘地滲水消失了，壩頂裂縫也再?zèng)]有出現(xiàn)，各壩段上、下游壩坡沒(méi)有出現(xiàn)異常，塌坑壩段完好，沒(méi)向不利方向發(fā)展，說(shuō)明采取的大壩加固措施是合適的，加固效果是理想的。尤其采取的從壩頂做高壓旋噴防滲墻至基巖的加固措施和壩頂鋪設(shè)聚苯泡沫板代替常規(guī)的加厚砂礫石層防止心墻凍脹破壞的辦法，對(duì)于類(lèi)似水庫(kù)除險(xiǎn)和工程設(shè)計(jì)具有較好的借鑒價(jià)值。

TV698

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1008-1305（2015）04-0089-03

李永中（1962年—），男，工程師。