淺談小型水庫除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)

楊運(yùn)寶，梁清宇，褚高強(qiáng)

（浙江廣川工程咨詢有限公司，浙江 杭州 310020）

1 問題的提出

浙江省現(xiàn)有3 600余座小型水庫[1]。其中大部分始建于20世紀(jì)五六十年代。因當(dāng)時(shí)缺少建設(shè)資金和技術(shù)，難以保證水庫工程先勘察后設(shè)計(jì)再施工，水庫質(zhì)量得不到保障[2-6]。經(jīng)過多年運(yùn)行，缺少有效的維護(hù)及管理，許多水庫存在滲透等安全隱患，降低水庫效益，影響下游安全，急需進(jìn)行除險(xiǎn)加固。通過對麗水市某小型水庫除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)前后的滲流問題進(jìn)行分析復(fù)核，得出主要結(jié)論。

2 工程概況及主要問題

2.1 水庫概況

浙江省麗水市某小型水庫位于練溪流域，壩址以上集水面積0.66 km2，壩址以上河長1.6 km，比降4.12%，總庫容26.94萬m3，正常庫容22.60萬m3，設(shè)計(jì)灌溉面積66.67 hm2。主要由大壩、溢洪道、輸水隧洞等建筑物構(gòu)成，屬小（2）型水庫，工程等別為V等。大壩始建于1957年，后于1980年進(jìn)行加高，經(jīng)勘察為均質(zhì)壩。加固前壩頂高程為422.14 m（1985國家高程基準(zhǔn)，下同），最大壩高為18.7 m，壩頂長90.0 m，寬4.0 m。大壩平面布置見圖1，典型斷面見圖2。

圖1 大壩平面布置圖 單位：m

圖2 大壩典型斷面示意圖 單位：cm

2.2 存在的主要問題

2019年12月對大壩進(jìn)行安全鑒定，得出主要結(jié)論：水庫大壩工程質(zhì)量為基本合格，滲流安全性為“B”級，結(jié)構(gòu)安全性為“A”級，金屬結(jié)構(gòu)安全性為“A”級，綜合評定為“二類壩”。

經(jīng)現(xiàn)場踏勘，發(fā)現(xiàn)大壩下游壩坡中部存在一處滲漏點(diǎn)，目前雖未發(fā)生嚴(yán)重的滲透破壞，但壩體存在明顯的滲流安全隱患。壩腳排水棱體底部有一處滲水現(xiàn)象，滲水無渾濁，水量、顏色較穩(wěn)定。

根據(jù)現(xiàn)場踏勘并結(jié)合地質(zhì)勘探成果，綜合分析得出大壩存在明顯的滲流安全隱患，應(yīng)及時(shí)開展水庫除險(xiǎn)加固工作，消除存在隱患，保障水庫安全運(yùn)行。

3 除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)

3.1 壩體防滲方案選擇

針對大壩壩體滲漏問題[3]，從施工、投資、工期等角度形成3種處理方案的對比結(jié)果（見表1）。

表1 壩體防滲加固方案比較表

本工程已納入當(dāng)?shù)亍笆竺裆こ獭?，需保證2020年底前完工，時(shí)間非常緊迫。由于方案2低彈?；炷练罎B墻的處理方案周期長，造價(jià)較高，大型施工設(shè)備難以進(jìn)場，護(hù)壁泥漿環(huán)保處理較困難；用方案3高壓噴射灌漿結(jié)合壩基帷幕灌漿，需嚴(yán)格控制壓力和對比選擇灌漿材料，由于全風(fēng)化厚度較厚，高噴防滲心墻方案施工技術(shù)要求高，施工結(jié)果存在較大不確定性。

結(jié)合工程特點(diǎn)，認(rèn)為方案1套井回填施工設(shè)備工藝簡單、操作方便[7]、進(jìn)場容易、工期較短及造價(jià)低，因此本次設(shè)計(jì)采用方案1對該大壩進(jìn)行防滲加固。

3.2 壩體套井回填設(shè)計(jì)

（1）防滲范圍。壩體防滲體用套井回填黏土防滲加固方案，沿壩軸線采用單排套井布置，局部蟻巢范圍采用雙排套井，施工時(shí)套井井底至強(qiáng)風(fēng)化以下1.0 m。

（2）防滲墻厚度。防滲墻的允許比降[J]一般6~8，若防滲心墻厚采用0.6 m，最大滲透坡降Jmax=8.6＞[J]，不滿足要求；墻厚采用0.8 m，則Jmax＝6.4＜[J]，滿足設(shè)計(jì)要求。因此采用套井孔徑1.1 m，孔距0.75 m，心墻有效厚度0.8 m。

（3）質(zhì)量要求。套井回填采用當(dāng)?shù)貎?yōu)質(zhì)黏土，要求黏粒含量為35%~50%，壓實(shí)度≥96%，滲透系數(shù)≤1×10-5cm/s。在套井井底為基巖的部位，套井底部1.0 m采用水泥土回填，水泥土中水泥和黏土比例為1:5。

3.3 壩基帷幕灌漿設(shè)計(jì)

本次對壩基及壩肩采用單排帷幕灌漿防滲，帷幕灌漿的位置在壩軸線上，帷幕灌漿頂部與防滲心墻緊密相連。

本工程以帷幕伸入相對不透水層（10 Lu）5.0 m控制進(jìn)行灌漿處理，壩基帷幕灌漿孔軸線與齒槽中心線一致，孔距2.0 m，共計(jì)灌漿孔59孔。鉆孔深度21.0~32.0 m，孔底最大允許偏差值按0.5 m控制。以水泥灌漿為主，42.5級的普通硅酸鹽水泥，細(xì)度要求通過80 μm方孔篩的篩余量不超過5%。帷幕灌漿采用“地質(zhì)-100型”巖芯鉆機(jī)造孔，按分序加密的方式，自上而下分段灌漿，灌漿方法宜采用孔內(nèi)循環(huán)法。初擬灌漿壓力范圍采用0.3~1.0 MPa，視灌漿試驗(yàn)情況調(diào)整。

4 大壩滲流分析

4.1 滲流分析計(jì)算參數(shù)

選取典型斷面（見圖3），采用Autobank 7.0軟件進(jìn)行二維有限元法滲流計(jì)算。大壩壩體分區(qū)巖土層滲透系數(shù)指標(biāo)見表2。

圖3 大壩巖土層分區(qū)示意圖 單位：m

表2 大壩巖土層分區(qū)滲透系數(shù)指標(biāo)表

4.2 滲流分析計(jì)算工況

根據(jù)規(guī)范要求并結(jié)合本工程，滲流計(jì)算工況選取如下：1上游正常蓄水位419.07 m與下游相應(yīng)的最低水位；2上游設(shè)計(jì)洪水位420.08 m與下游相應(yīng)的水位；3上游校核洪水位420.39 m與下游相應(yīng)的水位；4校核洪水位驟降至正常蓄水位對上游壩坡穩(wěn)定最不利的工況。

4.3 滲流計(jì)算成果

經(jīng)計(jì)算，加固前后大壩滲流計(jì)算成果見表3，加固后滲流情況見圖4~7。

表3 加固前后大壩滲流計(jì)算成果表

圖4 正常蓄水位工況下浸潤線及等勢線分布圖 單位：m

圖5 校核洪水位工況下浸潤線及等勢線分布圖 單位：m

圖6 設(shè)計(jì)洪水位工況下浸潤線及等勢線分布圖 單位：m

圖7 校核洪水位驟降至正常蓄水位工況下浸潤線及等勢線分布圖 單位：m

由以上計(jì)算成果可知，加固前大壩壩體出逸滲透比降未滿足規(guī)范要求；加固后大壩滲流浸潤線出逸點(diǎn)最終落于堆石排水棱體中，各工況下壩體出逸段滲透比降計(jì)算值均小于規(guī)范允許值，大壩滲透穩(wěn)定滿足要求。

經(jīng)現(xiàn)場對施工前后的情況進(jìn)行觀測比較，發(fā)現(xiàn)壩腳滲水變少直至消失，滲漏情況明顯好轉(zhuǎn)，說明壩體滲漏得到一定程度改善。

5 結(jié) 語

小型水庫經(jīng)長期運(yùn)行，普遍存在各種隱患，其中滲透問題尤為突出。本文通過對浙江省麗水市某小型水庫加固前后的水庫壩體滲流問題進(jìn)行對比分析，得出以下結(jié)論：

（1）針對水庫隱患可采用不同的處理方法，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況選取合適的方案；

（2）套井回填結(jié)合灌漿能夠較好處理土壩水庫滲漏問題，具有操作方便、工期短和經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)點(diǎn)，可供同類工程參考。