淺析石巖水庫壩面修復(fù)及綜合整治問題

閆曉娜，楊東光

(1.深圳市水務(wù)規(guī)劃設(shè)計(jì)院，廣東 深圳 518000；2.深圳市水務(wù)工程建設(shè)管理中心，廣東 深圳 518000)

水庫在防御洪水災(zāi)害和保障國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮著重要作用，尤其是在經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，水庫周邊人口財(cái)富集中化的當(dāng)代。水庫如果存在病險(xiǎn)，帶病運(yùn)行，會(huì)對(duì)周邊人民生命財(cái)產(chǎn)安全造成巨大威脅。因此，病險(xiǎn)水庫除險(xiǎn)加固意義深遠(yuǎn)、責(zé)任重大，一直是水利工程的一項(xiàng)非常重要的工作。

近期，新疆聯(lián)豐水庫、黑龍江星火水庫、山西曲亭水庫相繼潰壩失事，給人民生命財(cái)產(chǎn)造成了重大損失，對(duì)類似工程的設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)行管理帶來了重要啟示。水利部及深圳市水務(wù)局高度重視，要求對(duì)水庫進(jìn)行安全專項(xiàng)檢查，重點(diǎn)排查大壩、溢洪道、輸水涵管等水庫“三大件”工程軟硬結(jié)合部位的安全隱患。

石巖水庫承擔(dān)著石巖、公明、光明、松崗、沙井、福永等街道的供水重任，水庫大壩安全分類級(jí)別為一類壩，水庫的重要性顯著。因此，石巖水庫壩面修復(fù)及綜合整治項(xiàng)目關(guān)系到水庫大壩安全運(yùn)行和三防安全，同時(shí)關(guān)系到深圳市鐵崗石巖水庫管理處國家一級(jí)水管單位的創(chuàng)建，項(xiàng)目的實(shí)施具有十分有必要性和迫切性。

1 工程概況

石巖水庫興建于1958年11月，1959年冬基本建成并開始蓄水，后經(jīng)多次除險(xiǎn)加固。目前，石巖水庫樞紐主要由主壩、1#、2#輸水涵、溢洪道、攔淤壩和管養(yǎng)樓、石巖抽水站等建筑物組成。壩址以上集雨面積44km2，水庫正常蓄水位36.59m，相應(yīng)庫容1690萬m3；設(shè)計(jì)洪水位38.75m，相應(yīng)庫容2599萬m3；校核洪水位39.81m，總庫容為3154萬m3；死水位30.20m，死庫容243萬m3。

主壩位于水庫北面，始建于1958年，壩型為均質(zhì)土壩，內(nèi)有混凝土防滲墻?，F(xiàn)狀主壩壩頂高程41.10m，防浪墻頂高程42.15m，壩頂長586m，最大壩高18.5m，壩頂寬度8.5m。主壩上游壩坡分2級(jí)，在30.00m高程處設(shè)有一級(jí)8m寬平臺(tái)，平臺(tái)以下為粗細(xì)砂石混合料構(gòu)成，坡比1∶1.5；平臺(tái)以上為混凝土護(hù)坡，壩坡坡比為1∶3。下游壩坡分2級(jí)，在33.10m高程處設(shè)有一級(jí)2m寬平臺(tái)；壩坡為草皮護(hù)坡，自上而下坡比為1∶2.5和1∶3。

2 水庫存在的問題

2.1 參照的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)陳舊，不符合新的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)GB50201—94《防洪標(biāo)準(zhǔn)》、SL252—2000《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》，水庫為中型水庫，工程等別為Ⅲ等，主要建筑物級(jí)別為3級(jí)；防洪標(biāo)準(zhǔn)為設(shè)計(jì)100年一遇、校核2000年一遇[1]。

但隨著社會(huì)發(fā)展，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)逐步完善，目前建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)已發(fā)生新的變更。目前石巖水庫主要參考以下三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。

2.1.1 防洪標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)GB 50201—2014《防洪標(biāo)準(zhǔn)》：石巖水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇、校核為2000年一遇。

2.1.2 工程等別及建筑物級(jí)別

根據(jù)SL252—2000，水庫為中型水庫，工程等別為Ⅲ等，主要建筑物級(jí)別為3級(jí)；次要建筑物為4級(jí)，工程壩下涵管封堵、壩體回填、壩后棱體排水及貼坡排水、防浪墻修復(fù)等建筑物級(jí)別為三級(jí)。

2.1.3 抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)1990年的深圳市地震烈度區(qū)劃圖劃分標(biāo)準(zhǔn)，本區(qū)地震烈度為Ⅶ度；依據(jù)GB50011—2001《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》和地區(qū)抗震設(shè)防烈度為Ⅶ度，地震動(dòng)峰值加速度值為0.10g。根據(jù)GB50287—99《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定判別，本場地內(nèi)砂層不具液化特征。

2.2 水庫的功能不斷發(fā)生變化

石巖水庫是深圳市城市供水網(wǎng)絡(luò)工程之一，是寶安區(qū)主要供水水庫，年供水量持續(xù)增長。截至2016年，年供水量已達(dá)到3.6億m3，承擔(dān)石巖、公明、光明、松崗、沙井、福永等街道的供水重任。該水庫主要功能為供水、調(diào)蓄，除庫區(qū)徑流外，還通過鐵崗水庫塘頭臨時(shí)泵站及永久泵站提水引東江水源工程水源入庫。同時(shí)，北線供水工程，亦通過鵝(頸)石(巖)隧洞，將粵港供水工程的水源引入石巖水庫。石巖水庫與鐵崗水庫、長流陂水庫、鵝頸水庫以及在建的公明水庫聯(lián)合運(yùn)行，是保證寶安區(qū)西部及光明新區(qū)供水的重要調(diào)蓄水庫。

2.3 水庫安全管理存在隱患

水庫機(jī)電設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)不靈。機(jī)電設(shè)備與金屬結(jié)構(gòu)過度老化，超出服役年限，嚴(yán)重銹蝕、止水作用喪失。不能正常工作，嚴(yán)重影響到水庫整體安全。

(1)在2015年檢查中發(fā)現(xiàn)水庫大壩2-4號(hào)、5-4號(hào)測壓管讀數(shù)異常，有測壓管失效或受損的可能，需修復(fù)或重置。

(2)抽水站年久未運(yùn)行(2003年后)，穿壩涵管未做封堵處理，僅靠管道的四座閘閥及泵后止回閥止水，存在一定的安全隱患。

2.4 水庫滲漏現(xiàn)象較為嚴(yán)重

石巖水庫位于花崗巖侵蝕、剝蝕的丘陵地帶，庫盤主要由第四系含礫質(zhì)黏性土的殘積層和燕山期第四期中粗粒黑云母花崗巖等隔水層構(gòu)成，庫區(qū)無明顯斷裂通過，水庫不存在大規(guī)模滲漏問題。

根據(jù)石巖水庫歷史檔案資料，主壩壩址區(qū)原為石巖水庫老河床，河床部分深達(dá)8.4m；建庫時(shí)未對(duì)水庫壩基進(jìn)行防滲處理，僅在河床部分鋪填90m長的黏土鋪蓋，加上壩體幾經(jīng)加固加高，填筑壓實(shí)質(zhì)量不足，水庫運(yùn)行過程中出現(xiàn)壩址漏水量增大的現(xiàn)象。

1993年對(duì)壩體增設(shè)混凝土防滲墻、帷幕灌漿后，防滲效果良好。2004—2005年石巖水庫2#輸水涵施工，穿壩涵管采用明挖回填的方法施工，施工中破壞了部分混凝土防滲墻，挖除了右壩肩部分帷幕灌漿，破壞了大壩的整體防滲，2012年對(duì)壩體防滲墻進(jìn)行了修復(fù)。如圖1所示。

根據(jù)《深圳市石巖水庫大壩安全評(píng)價(jià)報(bào)告》(2012年10月)[2]、石巖水庫管理處提供的水庫工程檔案及石巖水庫管理人員介紹，2004年大壩右壩端新建2#輸水涵，穿壩涵管內(nèi)徑DN800，采用明挖回填的方法施工，施工中破壞了部分混凝土防滲墻，挖除了右壩肩部分帷幕灌漿，破壞了大壩的整體防滲，施工結(jié)束后未對(duì)壩體防滲墻進(jìn)行修復(fù)。2#輸水涵新填壩段下游一直存在滲水現(xiàn)象，在2#輸水涵未建以前，區(qū)域下游存在3個(gè)滲水點(diǎn)。自1993年對(duì)大壩進(jìn)行防滲處理(防滲墻、帷幕灌漿)到2004年2#輸水涵修建以前，壩后坡滲流量都很??；由于無記量數(shù)據(jù)，現(xiàn)不能確定2#輸水涵修建以前區(qū)域滲漏量具體值。

2012年對(duì)2#輸水涵新填壩段(東壩頭)已進(jìn)行了除險(xiǎn)加固，恢復(fù)了壩體混凝土、防滲墻、上下游護(hù)坡、壩頂路面和防浪墻。經(jīng)2012年9月10日現(xiàn)場檢查，之前存在的滲水點(diǎn)的滲水量明顯減小、水質(zhì)清。2013年5月10日，在對(duì)該項(xiàng)目的現(xiàn)場查看時(shí)，兩處集中滲漏點(diǎn)滲流量仍然較明顯，滲出水流呈鐵銹狀顏色，夾帶細(xì)顆粒料土。如圖2所示。

3 水庫修復(fù)建議

3.1 水庫修復(fù)應(yīng)持續(xù)進(jìn)行和更新

石巖水庫運(yùn)行至今，曾進(jìn)行多次除險(xiǎn)加固。

圖2 滲漏點(diǎn)

(1)1960年冬至1962年秋，加固項(xiàng)目為加高土壩1.5m，高程達(dá)40.086m，筑防浪墻高1m，培厚下游壩坡、平臺(tái)(高程30.086)以上1∶2，以下1∶2.5(內(nèi)填導(dǎo)滲砂層1.0m厚)整修上游壩坡護(hù)坡石，將干砌石改為漿砌石。

(2)1971年冬至1972年春，加固項(xiàng)目為加高主壩0.3m，達(dá)到壩頂高程40.386m，防浪墻頂高程41.586m，壩頂寬5m，上游壩坡3086m高程以上增加厚100mm混凝土護(hù)坡。

(3)1992年12月至1993年5月，加固項(xiàng)目為增設(shè)混凝土防滲墻，該墻軸線距防浪墻2.35m，墻厚0.6m，墻頂高程37.0m，墻底插入全風(fēng)化層≥4m，最大墻高27.5。實(shí)際建造防滲墻凈長533.2m，防滲帷幕52.1m，合計(jì)軸線總長579.9m，完成防滲墻進(jìn)尺24153.75m，帷幕灌漿844.6m，防滲體總截水面積14800m2。

(4)1999年5月至2001年8月，進(jìn)行了安全達(dá)標(biāo)加固工程，分別為上游壩強(qiáng)夯平臺(tái)、輸水涵管、上游壩坡(填石粉、混凝土護(hù)坡)、下游壩坡(填土、草皮護(hù)坡)、壩頂?shù)裙こ?。加高主?.6m，高程為41.10m；墻頂加高0.45m，高程為42.15m；壩頂寬加寬3.5m，為8.5m；最大壩高18.5m。

(5)2012年4月至8月，加固項(xiàng)目為石巖水庫東壩頭防滲修復(fù)工程，主要修復(fù)2#輸水涵新填壩段施工期破壞的防滲體系(壩體混凝土防滲墻、充填灌漿)，修復(fù)已破壞的2#輸水涵上游壩坡混凝土防滲面板，修復(fù)2#輸水涵輸水涵新填壩段防浪墻。

3.2 解決工程隱患，保障水庫工程安全的需要

除險(xiǎn)加固通過四級(jí)抽水站穿壩涵管封堵及回填，水庫主壩下游壩面修復(fù)、壩后排水系統(tǒng)改造等措施，保證水庫的本身安全，達(dá)到消除潛在安全隱患和完善管理設(shè)施的目的，確保水庫安全運(yùn)行[3]。

3.2.1 涵管封堵

水庫的校核洪水位為38.7m，涵管中心高程為32.53m，管徑為0.8m，將石巖水庫水位降低至四級(jí)站出水口底高程以下，將涵管出口2m段及出口建筑物全部拆除后，采用鋼堵頭封堵DN800管道出口，涵管口的設(shè)計(jì)壓力為64.45kPa，因此鋼堵頭選用設(shè)計(jì)壓力0.3MPa的定型產(chǎn)品，留于壩體內(nèi)的涵管全段用C20泵送素混凝土填充。如圖3所示。

Hyperphosphatemia is one of the main risk factors for the development of cardiovascular pathology and mortality among patients with chronic renal failure.

3.2.2 涵管拆除及混凝土封堵回填施工

壩后DN800涵管拆除，拆除總長度128.28m，拆除的管道轉(zhuǎn)運(yùn)至指定地點(diǎn)放置。

涵管出口黏性土回填，首先采用人工清淤方式，清除半封閉箱涵內(nèi)的淤泥，通過人工開挖上岸、手推車轉(zhuǎn)運(yùn)至臨時(shí)堆放點(diǎn)，利用自卸汽車運(yùn)至棄置點(diǎn)；管道出口及箱涵部分預(yù)處理，需配備鼓風(fēng)機(jī)、污水機(jī)等臨時(shí)設(shè)備。壩體填土填筑按卸料、鋪料平整(含灑水)、碾壓工序平行流水作業(yè)，碾壓4～6遍。

圖3 DN800涵管出口封堵示意圖

3.2.3 大壩壩腳開挖及基坑排水處理

大壩壩腳開挖地層主要為壩體素填土、砂礫層。開挖分兩期進(jìn)行，一期開挖自樁號(hào)L0+080.000向西開挖至涵管東側(cè)棱體排水端，二期開挖自樁號(hào)L0+080.000向東開挖至東壩頭。開挖原則上采用機(jī)械開挖，人工進(jìn)行削坡、壩體側(cè)開挖后的土坡坡比不大于1∶1，基礎(chǔ)部分預(yù)留不小于50cm厚的人工撬挖保護(hù)層，以減少對(duì)壩基的擾動(dòng)。

為了保證反濾排水體正常施工，在大壩壩腳開挖時(shí)，可沿原排水溝開挖形成集水坑，集水坑內(nèi)設(shè)置抽水泵，布置1臺(tái)IS65-50-125型離心泵進(jìn)行經(jīng)常性排水。基坑開挖時(shí)，為了防止降雨時(shí)地面徑流進(jìn)入基坑，增加排水量，擬在基坑外緣用編織袋圍堰維護(hù)開挖基坑，圍堰防滲采用黏土心墻，并結(jié)合導(dǎo)流涵管排水，將水排向下游排水溝。

3.2.4 壩腳排水系統(tǒng)改造

石巖水庫右壩端下游邊坡排水棱體還存在3個(gè)滲漏點(diǎn)。根據(jù)《石巖水庫大壩輸水管平面位置、管涌點(diǎn)漏水原因、3處滲漏點(diǎn)滲漏通道探測成果報(bào)告》(2012年4月)，三處漏水點(diǎn)除在棱體內(nèi)集中滲漏外，其他地方應(yīng)為散浸，探測工作未發(fā)現(xiàn)明顯滲漏通道。應(yīng)急工程應(yīng)針對(duì)主壩樁0+327.612以東壩腳排水系統(tǒng)不完善進(jìn)行修復(fù)，修復(fù)措施為貼坡排水與棱體排水[4]。主壩0+065.248—0+327.612設(shè)置有排水棱體，而主壩0+327.612以東僅有壩腳排水溝，且埋深較淺，反濾排水效果及增強(qiáng)壩腳穩(wěn)定能力欠佳，在以往工程修復(fù)的基礎(chǔ)上，應(yīng)對(duì)主壩0+327.612以東進(jìn)行壩腳排水系統(tǒng)改造，以確保大壩安全運(yùn)行。

改造大壩下游排水系統(tǒng)總長165.55m，其中，樁號(hào)L0+000.00—L0+079.54棱體排水；樁號(hào)L0+079.54—L0+132.35棱體結(jié)合貼坡排水；樁號(hào)L0+132.35—L0+165.55貼坡排水。

3.3 完善水庫運(yùn)行管理設(shè)施，提高工程管理水平的需要

除險(xiǎn)加固應(yīng)與綜合利用及管理設(shè)施的改善相結(jié)合[5]。石巖水庫由于修建時(shí)客觀條件的制約以及建成后投入的更改，防汛道路、泵房等管理設(shè)施難以滿足要求。對(duì)石巖水庫加固規(guī)劃時(shí)，充分考慮到了修復(fù)或增設(shè)一些管理設(shè)施。同時(shí)應(yīng)定期對(duì)水庫大壩安全鑒定，對(duì)水庫運(yùn)行存在的隱患及時(shí)加固維修，將水庫隱患消除在萌芽狀態(tài)，確保水庫運(yùn)行和人民群眾財(cái)產(chǎn)安全[6]。

3.3.1 大壩下游草皮護(hù)坡

3.3.2 重設(shè)測壓管

水庫大壩2-4號(hào)、5-4號(hào)測壓管時(shí)常出現(xiàn)讀數(shù)異?，F(xiàn)象，有測壓管失效或受損的可能，為準(zhǔn)確監(jiān)測防滲體防滲效果及下游壩體內(nèi)的滲流水頭，現(xiàn)將2-4號(hào)、5-4號(hào)測壓管在原測壓管處偏移1～2m的位置重設(shè)。

3.3.3 上壩踏步

現(xiàn)水庫大壩西壩頭踏步距離壩端50m，為便于汛期大壩安全巡視檢查，在西壩頭下游壩面新建上壩踏步，長36m。

3.3.4 新增水尺及量水堰

在改造后的下游壩腳排水溝內(nèi)設(shè)置量水堰5座，測量其出溢滲流量。

4 結(jié)語

對(duì)病險(xiǎn)水庫進(jìn)行除險(xiǎn)加固，能讓水庫下方的地區(qū)安全得到保障，也給環(huán)境生態(tài)改善創(chuàng)造了更為合理的條件；對(duì)于保障人民生命財(cái)產(chǎn)與國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)都具有非常重要的作用。且安全的水庫周邊環(huán)境可以更加有利于發(fā)揮水庫在防洪、供水、發(fā)電、灌溉、旅游等方面的作用。

石巖水庫通過四級(jí)抽水站穿壩涵管封堵，水庫主壩下游壩面修復(fù)、壩后排水系統(tǒng)改造、新建防汛道路等措施，達(dá)到消除潛在安全隱患的目的，確保水庫大壩安全運(yùn)行。同時(shí)，加強(qiáng)水庫安全管理，為深圳市鐵崗石巖水庫管理處創(chuàng)建國家一級(jí)水管單位創(chuàng)造有利條件。

我們要切實(shí)把病險(xiǎn)水庫除險(xiǎn)加固作為關(guān)系全局的大事來抓，強(qiáng)化組織領(lǐng)導(dǎo)，加大資金投入力度，保證工程質(zhì)量，確保水庫安全運(yùn)行和效益充分發(fā)揮。