某小型水庫除險加固方案設(shè)計

高 坤 （安徽省碭山縣，安徽 碭山 230000）

1 工程概況

某水庫位于安徽省滁州市境內(nèi)，屬淮河流域女山湖水系，江淮丘陵區(qū)地形?，F(xiàn)狀興利水位33.40m，設(shè)計洪水位33.90m（20年一遇），校核洪水位34.28m（200年一遇），總庫容為40.4萬m3。水庫下游有8個村民組，約150人，灌溉面積100hm2，水面養(yǎng)殖近9hm2，水庫流域面積集水面積1.24km2，是一座以灌溉為主，兼有防洪、養(yǎng)殖等綜合效益的?、蛐退畮?。該水庫于1973年興建，1974年建成并投入運(yùn)行。

2 工程存在的問題

該工程由于建造時間較早，在建期間受資金及條件的限制，施工時主要由人工挑土填筑而成，大壩清基不徹底，壩體填筑質(zhì)量差，大壩部分壩段壩腳處存在滲漏現(xiàn)象。

2.1 壩體工程地質(zhì)

經(jīng)野外原位測試及室內(nèi)土工試驗資料綜合分析表明：壩身填土主要為①層重粉質(zhì)壤土，含水量范圍值24.80%～29.59%，干密度范圍值1.45～1.55g/cm3，平均干密度1.48g/cm3；標(biāo)準(zhǔn)貫入范圍值為2.4～6.0擊；液性指數(shù)平均值0.84，塑性指數(shù)平均值14.36；壓實度范圍值為86.8%～92.3%，平均壓實度88.1%，不滿足規(guī)范要求。在大壩頂孔做注水試驗，成果表明滲透系數(shù)均值1.9 ×10-4cm/s，屬中等透水性，說明該大壩碾壓不密實，防滲性能較差。直接快剪粘聚力小值平均值29.1kPa，直接快剪內(nèi)摩擦角小值平均值10.9о，Es=4.3MPa。

2.2 壩基工程地質(zhì)

壩基巖性自上而下分層如下：②層粉質(zhì)粘土(Q4al)，褐灰色，軟塑，濕；層厚0.70～2.50m，層頂分布高程29.61～30.04m，層底分布高程27.47～29.24m。③層粉質(zhì)粘土(Q4al)，黃褐夾灰色，可塑，濕，局部層底含有細(xì)砂約10%；層厚1.00～3.70m，層頂分布高程27.47～32.42m，層底分布高程24.91～31.32m。④層粘土(Q3al)，黃褐夾灰色，可塑～硬塑，濕；該層未揭穿，探及層厚≥（3.95～5.45）m，層頂分布高程27.53～29.45m，層底分布高程≤（24.00～24.05）m。⑤層泥質(zhì)砂巖，全風(fēng)化，該層僅探及層頂，探及層厚≥（0.30～1.00）m，層頂分布高程24.91～31.32m，層底分布高程≤（23.91～30.90）m。

3 除險加固方案

3.1 壩體防滲處理方案的選取

針對大壩部分壩段壩腳處存在滲漏現(xiàn)象，擬對大壩壩體進(jìn)行防滲處理。目前土石壩除險加固的方法主要有上游面土工膜防滲、混凝土防滲墻、高噴灌漿等等，因為該水庫屬于?、蛐退畮欤?guī)模不大，且投資有限，土工膜防滲作為一種新型的防滲處理方法正被廣泛的運(yùn)用在小水庫的除險加固工程中，實際工程效果證明土工膜防滲效果出色且投資較小，故本次選用鋪設(shè)PE土工膜的方法對該土壩進(jìn)行防滲處理。采用的PE土工膜技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為：兩布一膜、幅寬4m（400g/m3），縱橫向斷裂強(qiáng)力不小于16kN/m，縱橫向斷率伸長率50%，縱橫向撕破強(qiáng)力不小于0.48kN，CPR頂破強(qiáng)力不小于2.5kN，垂直滲透系數(shù)1×10-8cm/s，耐靜水壓0.6MPa。均符合GB/T17642—1998的要求。具體施工步驟如下。

①清除上游壩坡的雜草，通過回填、削土的方法將壩坡修整為1:2，在修整好的壩坡上鋪設(shè)0.1m的粗砂墊層，厚度為0.1m⑨

②鋪設(shè)PE土工膜，自上向下鋪設(shè)，留有一定余量，不能緊繃，以適應(yīng)地形的變化，采用熱焊法接縫⑨

③在PE土工膜上鋪設(shè)黏土層，厚0.3m，作為保護(hù)層，保護(hù)層應(yīng)該保持與設(shè)計上游坡面一致。

④再在粘土層上鋪設(shè)0.1m厚的粗砂墊層，然后在粗砂墊層上鋪墊混凝土預(yù)制塊面板護(hù)坡。

⑤PE土工膜防滑設(shè)置。因為上游壩坡總長330m，為防止土工膜滑落，需要在壩坡中央位置防滑齒槽，齒槽深1m，底寬0.5m，口寬1m，土工膜深入齒槽鋪設(shè)后，澆筑混凝土。

⑥壩腳處理。壩腳需開挖截水槽至不透水層，并深入不透水層1m，槽底寬1.2m，在開挖好的截水槽里澆筑C15混凝土，將土工膜澆筑于混凝土內(nèi)。

⑦岸坡處理。壩體與兩岸坡接合處須開挖截水槽，槽深為不透水層以下0.5m，槽底寬0.5m，邊坡1:0.5，槽內(nèi)現(xiàn)澆C15混凝土，厚度0.2m，土工膜澆入混凝土內(nèi)0.5m，混凝土上回填粘土夯實。

3.2 土工膜鋪設(shè)前后土壩滲流計算結(jié)果對比

3.2.1 計算參數(shù)的選取

根據(jù)工程地質(zhì)勘探鉆孔及土工試驗等資料，選取樁號為0+196的典型斷面進(jìn)行滲流計算。滲流計算參數(shù)結(jié)合注水試驗成果取值，具體參數(shù)選用值詳見表1

各分區(qū)的滲透系數(shù) 表1

3.2.2 計算工況

依據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》，土壩滲流計算應(yīng)考慮水庫運(yùn)行中出現(xiàn)的不利條件，本次滲流計算考慮下列4種工況：

①上游正常蓄水位33.4m，下游無水時；

②上游設(shè)計洪水位33.9m，下游無水時；

③上游校核洪水位34.28m，下游無水時；

④正常蓄水位33.4m降至死水位30.98m，下游無水時。

土工膜處理前滲流計算結(jié)果匯總表 表2

土工膜處理后滲流計算結(jié)果匯總表 表3

從上述計算結(jié)果可以看出，未采用土工膜進(jìn)行防滲處理時，壩體最大的滲透比降多發(fā)生在下游壩腳處，大于滲透允許比降，導(dǎo)致滲流性態(tài)極不安全，易發(fā)生流土現(xiàn)象，且下游浸潤線逸處位置較高，導(dǎo)致壩體飽和區(qū)增加，飽和區(qū)內(nèi)石料承受上浮力，減輕了抵抗滑動的有效重量，不利于壩坡的穩(wěn)定；采用土工膜進(jìn)行防滲處理后，土石壩壩體的滲透比降減小，其值在規(guī)范規(guī)定的范圍內(nèi)；同時，浸潤線高度也大幅度降低，壩體飽和區(qū)減小，增加了抵抗滑動的有效重量，有利于壩坡的穩(wěn)定。

4 結(jié)語

某水庫作為集灌溉、防洪等綜合效益為一體的?、蛐退畮?，運(yùn)行至今已有40年，其壩體和壩腳多處發(fā)生滲漏現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了大壩的安全。本文采取在大壩上游鋪設(shè)PE土工膜的方式對壩體進(jìn)行防滲處理，該方案既保證了水庫的安全運(yùn)行，使得其能充分發(fā)揮防洪、灌溉等綜合效益，也有效降低了除險加固的資金預(yù)算。