后山水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)分析

陳 寅

(福建省江海工程管理有限公司， 福建 泉州 362000)

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后山水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)分析

陳 寅

(福建省江海工程管理有限公司， 福建 泉州 362000)

近年來(lái)，中小型水利工程除險(xiǎn)加固是中國(guó)水利工程建設(shè)的重點(diǎn)，做好工程除險(xiǎn)加固的質(zhì)量控制工作具有重要意義。本文以惠安縣后山水庫(kù)為例，對(duì)工程除險(xiǎn)加固方案進(jìn)行了分析探討，旨在為同類型水庫(kù)加固維護(hù)提供參考。

水庫(kù)大壩； 除險(xiǎn)加固； 防滲； 溢洪道

后山水庫(kù)是一座以農(nóng)業(yè)灌溉為主，結(jié)合防洪、養(yǎng)殖等綜合利用的小(2)型水庫(kù)。有效灌溉面積600畝，水庫(kù)工程施工質(zhì)量受當(dāng)時(shí)條件因素的影響和幾十年的運(yùn)行日趨老化。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘發(fā)現(xiàn)，雖然水庫(kù)管理員每年均對(duì)水庫(kù)迎水坡、背水坡進(jìn)行簡(jiǎn)易的修整，但目前水庫(kù)仍存在較多問(wèn)題。為確保水庫(kù)正常安全運(yùn)行，改善工程管理和運(yùn)行條件，進(jìn)一步發(fā)揮水庫(kù)工程防洪、灌溉等效益，對(duì)水庫(kù)進(jìn)行除險(xiǎn)加固十分必要。

1 工程概況

水庫(kù)位于東園鎮(zhèn)東園村后山，所在河流屬東墩溪。壩址以上集雨面積0.658km2，主河道長(zhǎng)1.51km，河道比降54.7‰，始建于1971年，原壩高11.0m，總庫(kù)容14萬(wàn)m3。該次除險(xiǎn)加固參照《惠安縣后山水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)報(bào)告》采用復(fù)核設(shè)計(jì)洪水重現(xiàn)期為30年一遇，洪水位20.56m，庫(kù)容13.13萬(wàn)m3，復(fù)核校核洪水重現(xiàn)期為300年一遇，洪水位21.01m，庫(kù)容14.46萬(wàn)m3。

2 水文計(jì)算

后山水庫(kù)壩址以上流域面積為0.658km2，屬特小流域，擬采用福建省小流域推理公式法和華東特小流域推理公式法兩種方法比較推求設(shè)計(jì)洪水[1]。設(shè)計(jì)成果見(jiàn)表1。

表1 后山水庫(kù)各頻率設(shè)計(jì)洪水成果

由于水庫(kù)缺乏洪量實(shí)測(cè)資料，復(fù)核依據(jù)《福建省省產(chǎn)匯流計(jì)算方法》，以24h設(shè)計(jì)暴雨扣除損失計(jì)算洪水總量。經(jīng)計(jì)算設(shè)計(jì)洪水總量見(jiàn)表2。

表2 后山水庫(kù)洪水總量成果

根據(jù)《福建省晉江地區(qū)、廈門(mén)市簡(jiǎn)易水文計(jì)算手冊(cè)》中的設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線查算表，先計(jì)算出過(guò)程線形狀系數(shù)，查表即可求出每隔時(shí)段的Qi和Ti，最終得到該場(chǎng)洪水的洪水過(guò)程線。

根據(jù)計(jì)算，后山水庫(kù)10年一遇洪水形狀系數(shù)為0.15，30年一遇洪水形狀系數(shù)為0.11，300年一遇洪水過(guò)程線系數(shù)為0.11[2]。

3 工程地質(zhì)

水庫(kù)工程區(qū)域內(nèi)構(gòu)造基本穩(wěn)定，地震基本烈度為7度，地震動(dòng)峰值加速度為0.15g，設(shè)計(jì)地震分組屬第二組，場(chǎng)地類別Ⅱ類，區(qū)域地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.40s。水庫(kù)整個(gè)庫(kù)周的地下水分水嶺均高于正常蓄水位19.52m高程，庫(kù)盆基巖一般由弱透水性的燕山早期混合二長(zhǎng)花崗巖組成；水庫(kù)四周未發(fā)現(xiàn)滲漏現(xiàn)象。樞紐工程區(qū)巖性為燕山早期侵入混合二長(zhǎng)花崗巖(γ52)。左岸、右岸多有強(qiáng)風(fēng)化巖出露；左岸、右岸緩坡處多為坡殘積堆覆蓋，主要成分為殘積砂質(zhì)黏性土，溢洪道下伏地層多為全—強(qiáng)風(fēng)化巖。河床偶有弱風(fēng)化巖出露。該工程左岸、右岸壩肩多為全—強(qiáng)風(fēng)化巖，局部為弱風(fēng)化巖。礫砂為強(qiáng)透水層，強(qiáng)風(fēng)化巖為中等透水層，應(yīng)采取相應(yīng)的加固措施以滿足壩基滲漏穩(wěn)定性的要求。兩側(cè)壩肩局部強(qiáng)風(fēng)化巖滲透系數(shù)相對(duì)較大；另外，壩體填筑土與壩基結(jié)合處往往是大壩防滲的薄弱部位，應(yīng)采取加固措施防止其產(chǎn)生滲透變形[3]。

4 除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)

4.1 大壩防滲加固設(shè)計(jì)

壩體滲流穩(wěn)定計(jì)算雖然理論上滿足要求，但根據(jù)地勘揭示，壩體與壩基接觸面處存在厚約50cm的砂層，壩基處砂層呈不連續(xù)狀態(tài)遍布整個(gè)壩基。雖大壩現(xiàn)狀未發(fā)現(xiàn)滲漏現(xiàn)象，但考慮到砂層屬?gòu)?qiáng)透水性滲透系數(shù)K=7.46～9.17×10-2cm/sec，一旦發(fā)生滲漏將對(duì)大壩產(chǎn)生嚴(yán)重危害，除險(xiǎn)加固對(duì)砂層采取防滲措施。

4.1.1 防滲方案擬定

該次加固選取基礎(chǔ)充填灌漿與基礎(chǔ)防滲帷幕灌漿2個(gè)方案，通過(guò)經(jīng)濟(jì)技術(shù)及施工方案等方面進(jìn)行比較，設(shè)計(jì)如下：

a.方案一：基礎(chǔ)充填灌漿。充填灌漿樁號(hào)范圍為0+000～0+123沿壩軸線布設(shè)一排(0+040～0+080段布設(shè)2排)，孔距2m，進(jìn)入壩基0.5m，壩體部分灌漿長(zhǎng)度2m，共83孔，分2序施工。充填灌漿鉆孔總長(zhǎng)度518.23m，充填灌漿總長(zhǎng)度207.5m。

b.方案二：高壓旋噴樁+防滲土工膜。在大壩迎水坡15m高程以上采用鋪設(shè)復(fù)合土工膜防滲，15m高程以下壩體采用高壓旋噴樁構(gòu)筑垂直防滲墻[4]。旋噴樁單排布置，樁基0.6m，孔距0.5m，進(jìn)入壩基全風(fēng)化巖0.5m，共布置168孔，灌漿鉆孔總長(zhǎng)度568.4，灌漿長(zhǎng)度522m，分兩序施工。防滲墻頂采用C20混凝土蓋梁。

4.1.2 防滲方案比較與選擇

大壩防滲采用基礎(chǔ)充填灌漿與高壓旋噴樁+防滲土工膜兩個(gè)方案進(jìn)行方案比較，各方案投資概算見(jiàn)表3。

表3 防滲方案工程量及投資比較

參照類似工程經(jīng)驗(yàn)，各方案優(yōu)缺點(diǎn)見(jiàn)表4。

表4 大壩兩種防滲方案比較

從表3、表4可看出充填灌漿方案比高壓旋噴樁方案節(jié)約近一半的投資，且結(jié)合該工程實(shí)際，壩體原有滲透系數(shù)K=4.28×10-5～7.19×10-5cm/sec(大值平均值=7.19×10-5)，屬弱透水，滿足規(guī)范要求1.0×10-4cm/sec，無(wú)需對(duì)大壩整體進(jìn)行防滲處理，僅需對(duì)砂層進(jìn)行防滲加固處理[5]。因此該次加固采用方案一，即基礎(chǔ)充填灌漿防滲。

4.2 大壩迎水坡加固設(shè)計(jì)

大壩迎水坡原有干砌塊石砌體松散，砌縫雜草叢生，該次除險(xiǎn)加固對(duì)其進(jìn)行拆除重建，拆除高程15.00m以上干砌塊石，進(jìn)行壩面除雜整平。護(hù)坡方案采用現(xiàn)澆C20混凝土護(hù)坡和C20混凝土預(yù)制塊護(hù)坡進(jìn)行方案比較，現(xiàn)澆C20混凝土護(hù)坡411元/ m3、C20混凝土預(yù)制塊護(hù)坡655元/ m3，在方量相同的情況下現(xiàn)澆C20混凝土護(hù)坡比C20混凝土預(yù)制塊護(hù)坡節(jié)約約40%的投資，故采用現(xiàn)澆C20混凝土護(hù)坡。

由于現(xiàn)有壩坡無(wú)下壩臺(tái)階，觀測(cè)水尺已缺損，該次除險(xiǎn)加固在大壩左岸樁號(hào)0+014處設(shè)置M7.5漿砌塊石下壩臺(tái)階和觀測(cè)條石水尺，水尺埋設(shè)高程從14.00m至21.00m，共8根，每根水尺高度為1m。

4.3 大壩背水坡加固設(shè)計(jì)

4.3.1 背水坡排水設(shè)計(jì)

由于水庫(kù)大壩未設(shè)置排水棱體，對(duì)下游坡的排水及壩坡穩(wěn)定極為不利，該次除險(xiǎn)加固對(duì)大壩背水坡增設(shè)排水設(shè)施。大壩下游坡設(shè)置貼坡排水，在大壩下游坡壩體樁號(hào)0+27.5～0+83.8設(shè)置貼坡排水，貼坡排水底層為200mm厚的砂墊層，中間為300mm的碎石反濾層，面上為500mm厚的干砌塊石貼坡排水，貼坡排水坡比為1∶1.5，壩腳處外延1m，設(shè)置高程范圍為下游壩腳底標(biāo)高13.86m至下壩坡平臺(tái)高程16.08m。貼坡排水投資低，施工簡(jiǎn)便，便于維修，可有效保障壩體穩(wěn)定[6]。

4.3.2 背水坡加固設(shè)計(jì)

清除背水坡原有雜草和高程16.08m的平臺(tái)處耕地，種植蜈蚣草。為方便管理人員上下壩坡，在背水坡樁號(hào)0+28處設(shè)置一M7.5漿砌塊石下壩臺(tái)階。同時(shí)在大壩右岸新建一條C20現(xiàn)澆混凝土排水溝，采用矩形斷面，尺寸0.5m×0.5m，排水溝每隔15m設(shè)置一道20mm寬的沉降縫，采用瀝青杉木板填縫。

4.4 壩頂加固

因壩頂原有防浪墻已破損，該次除險(xiǎn)加固修復(fù)防浪墻，采用M10砂漿勾縫。對(duì)壩頂原有土路進(jìn)行除雜整平，現(xiàn)澆C20混凝土路面硬化，澆筑時(shí)向下游坡面傾斜1%，壩頂路下游側(cè)路肩為M7.5漿砌條石路肩。

4.5 溢洪道加固設(shè)計(jì)

溢洪道平流段原有兩岸側(cè)墻高度不能滿足校核洪水水位泄洪需要，因此對(duì)樁號(hào)溢0+000～溢0+040段兩岸擋墻澆筑50cm高的C20混凝土壓頂，其中樁號(hào)溢0+029～0+036段右岸原有干砌條石擋墻已失穩(wěn)，拆除翻砌為M10漿砌條石擋墻。樁號(hào)溢0+044.2～溢0+120段泄槽和排洪渠段擬采用重力式擋墻結(jié)構(gòu)型式，擋墻采用C20混凝土澆筑，墻頂寬600mm，墻背坡度1∶0.1，迎水坡坡度為1∶0.3，底部設(shè)置20cm厚的碎石墊層。因樁號(hào)0+237處舊水閘束窄溢洪道排洪斷面，不利排洪，對(duì)其進(jìn)行拆除并拓寬，以利排洪。

4.6 放水涵洞加固設(shè)計(jì)

原有放水涵洞的轉(zhuǎn)動(dòng)門(mén)蓋經(jīng)多年運(yùn)行，已銹蝕嚴(yán)重，轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活，影響啟閉，該次除險(xiǎn)加固擬更換新的轉(zhuǎn)動(dòng)門(mén)蓋。轉(zhuǎn)動(dòng)門(mén)蓋由鑄鐵門(mén)蓋、鋼板門(mén)框、角鋼轉(zhuǎn)桿組成；安裝時(shí)，把門(mén)框及轉(zhuǎn)桿采用螺栓固定在涵洞處，和壩坡成同一角度；在轉(zhuǎn)桿的兩端分別用直徑為10mm的鋼絲繩沿壩坡引出水庫(kù)水面，連于啟閉房?jī)?nèi)的絞車(chē)上，門(mén)蓋直徑為0.56m，啟閉設(shè)備為1臺(tái)3T手搖絞車(chē)，由于門(mén)蓋長(zhǎng)期處于水位變化處，需進(jìn)行防銹處理。

4.7 大壩白蟻防治

根據(jù)水庫(kù)堤壩白蟻防治技術(shù)要求，堤壩工程擴(kuò)建和除險(xiǎn)加固時(shí)必須對(duì)原底板工程內(nèi)的白蟻隱患進(jìn)行全面檢查和徹底處理；結(jié)合大壩實(shí)際情況擬采取錐探灌漿滅蟻治理方案。

白蟻防治實(shí)施方案：挖巢找穴→造孔→配制藥物漿水→灌漿→設(shè)置隔離防護(hù)溝。

a. 挖巢找穴。通過(guò)地表層仔細(xì)觀察找出泥被線，根據(jù)白蟻活動(dòng)規(guī)律，在大壩及大壩結(jié)合部，挖開(kāi)部分土層找出白蟻運(yùn)兵危害通道，找出白蟻主副巢穴，捕捉白蟻蟻王蟻后消滅部分白蟻營(yíng)巢。然后實(shí)施人工淺表錐探鉆孔灌入藥物漿水。

b.造孔。人工操作方式錐探打孔，用六方鋼釬，人工錐探造孔，孔深40cm，孔距比例2∶2，梅花形布孔，根據(jù)蟻患嚴(yán)重程度靈活運(yùn)用布孔。

c.配制藥物漿水。使用專用滅治白蟻的藥物進(jìn)場(chǎng)使用。施藥灌孔期間為了保證大壩土層質(zhì)量，不得使用其他原料加以配制，藥物的配制方法只能用原質(zhì)水加少許泥土攪拌。

d.設(shè)置隔離防護(hù)溝。大壩兩端分別開(kāi)挖兩條寬20cm、深30cm的隔離防護(hù)溝，在所開(kāi)挖的溝內(nèi)頭發(fā)白蟻藥漿，并用土回填夯實(shí)，防止白蟻向大壩蔓延。

5 結(jié)論與建議

后山水庫(kù)作為一座病險(xiǎn)水庫(kù)，存在較多的安全隱患，已經(jīng)影響了水庫(kù)的正常運(yùn)行，限制了水庫(kù)效益的正常發(fā)揮，水庫(kù)一旦失事，將給水庫(kù)下游人民的生命財(cái)產(chǎn)造成重大危害。建設(shè)該項(xiàng)目可大大提高水庫(kù)工程安全性，同時(shí)可改善庫(kù)區(qū)環(huán)境，提高區(qū)域水資源利用率，確保工程能夠發(fā)揮應(yīng)有的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，從而達(dá)到提高區(qū)域綜合品質(zhì)、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的目標(biāo)。

[1] GB 50201—94防洪標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，1994.

[2] SL 252—2000水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國(guó)水利水電出版社，2000.

[3] 孫洪民.碾壓土石壩水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程地質(zhì)勘探方法的探究[J].水利水電技術(shù)，2014，45(4):127-129.

[4] 馬健，武營(yíng)軍，丁曄，等.液壓抓斗造塑性混凝土防滲墻在梅鋪水庫(kù)除險(xiǎn)加固中的應(yīng)用[J].探礦工程—巖土鉆掘工程，2010，37(8):64-66，69.

[5] 林志敏.壩體與壩基垂直連體防滲加固中墻幕結(jié)合關(guān)鍵技術(shù)[J].水利建設(shè)與管理，2012(11)：65-68.

[6] SL 303—2004水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)水利水電出版社，2004.

Analysis on risk removal and reinforcement project design in Houshan Reservoir

CHEN Yin

(FujianJianghaiEngineeringManagementCo.,Ltd.，Quanzhou362000,China)

In recent years, risk removal and reinforcement of small and medium-sized water resources projects are keys in China water conservancy projects. The quality control work of project risk removal and reinforcement has important significance. In the paper, Houshan Reservoir of Hu’an County is adopted as an example for analyzing and discussing risk removal and reinforcement plan of the project, thereby providing reference for the reinforcement maintenance of similar reservoirs.

reservoir dam; risk removal and reinforcement; seepage control; spillway

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2016.11.017

TV697.1

B

1005-4774(2016)11- 0061- 04