壩仔水庫工程除險加固措施分析

王小龍

(浙江省水利水電勘測設計院有限責任公司惠州分公司，廣東 惠州 516000)

1 工程概況

壩仔水庫位于惠東縣稔山鎮(zhèn)壩仔村，始建于1970年，建庫集雨面積2.2 km2，總庫容為142.97萬m3，設計灌溉面積160 hm2，是一座以灌溉為主的小(1)型水庫。稔山鎮(zhèn)地處惠東沿海，鎮(zhèn)域東距汕頭190 km，西至深圳70 km，北距惠州機場38 km，南臨香港海面46海里，鎮(zhèn)內(nèi)主要河流有白云河、鹽灶背河、聯(lián)豐河、大埔屯河及范和河等，均為獨立流入海的河流。壩仔水庫樞紐工程由大壩、溢洪道、輸水涵管各一座組成，水庫原設計總庫容為136.0萬m3，正常庫容98.0萬m3，死庫容9.0萬m3，興利庫容為89.0萬m3。設計灌溉面積160 hm2，是一座以灌溉為主的小(1)型水庫。根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標準》(SL 252—2017)及《防洪標準》(GB 50201—2014)，壩仔水庫屬于小(1)型水庫，工程等別為Ⅳ等，主要建筑物為4級，次要建筑物為5級。設計洪水標準為30 a一遇，校核洪水標準為500 a一遇[1]。

壩仔水庫1999年曾進行過除險加固。設計洪水標準為30 a一遇，校核洪水標準為500 a一遇，為小(1)型水庫，工程等別為Ⅳ等，主要建筑物為4級，次要建筑物為5級。1999年加固的項目有后坡培厚，重建干石棱體反濾；重建溢洪道消力池、護坦。后坡馬道以上坡比1∶2.2，馬道以下1∶2.75；消力池池長20.5 m，大壩長95.0 m。2008年度列入惠東縣省人大議案小型水庫除險加固實施計劃，已實施加固的項目有對壩體進行白蟻防治，除蟻滅蟻；前坡混凝土護坡；后坡培厚；重建溢洪道消力池；輸水涵的啟閉房重建并新?lián)Q置拉桿鋼索；新建管養(yǎng)房、拓寬平整進庫路及完善相關水情觀測配套設施等。2018年，受“8·30”洪水影響，壩仔水庫溢洪道泄槽末端底板損毀，已由稔山鎮(zhèn)水利所進行修復[2]。

2 現(xiàn)狀存在問題分析

2.1 大 壩

(1)壩頂為碎石路面，容易造成水土流失。

(2)壩上下游壩坡現(xiàn)狀較為完好，但背水坡草皮護坡?lián)p壞，表土裸露；馬道排水溝局部坍塌破壞。

(3)大壩壩體各部位透水性不均勻，總體呈中等透水狀態(tài)。從標準貫入實驗及天然孔隙比看，大壩填土不均勻，主要呈稍實狀態(tài)，密實度欠佳。

2.2 溢洪道

壩仔水庫溢洪道建于20世紀70年代，雖于1999年和2008年進行過消力池和護坦等局部改造(重建)，但進口段及泄槽段未進行改造，從現(xiàn)場來看，漿砌石表面破損老化，泄槽段表面受水流沖刷坑塵洼不平，經(jīng)安全鑒定復核計算，溢洪道陡槽側(cè)墻頂高度滿足超高要求，溢洪道擋土墻在各工況下抗滑穩(wěn)定系數(shù)不滿足安全要求，抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)滿足安全要求；消力池池長滿足要求，池深不滿足規(guī)范要求；經(jīng)消力池側(cè)墻高度復核計算，消力池側(cè)墻高度滿足不規(guī)范要求。故安全鑒定結論建議拆除重建溢洪道側(cè)墻；重建溢洪道消力池。結合水庫管理單位及建設單位意見，有必要對溢洪道進行拆除重建。溢洪道消力池在2018年臺風“山竹”時被沖毀，管養(yǎng)單位對其進行局部修復，但總體仍存在安全隱患，本次考慮對其一并進行拆除重建[3]。

2.3 輸水涵

根據(jù)實測地形資料，現(xiàn)狀輸水涵管采用鐵鏈斜拉的轉(zhuǎn)動門蓋啟閉，管身為0.8 m預應力混凝土管；涵管出口采用混凝土結構出水渠。涵管出口采用混凝土結構，涵管進口高程為44.23 m，出口高程為43.37 m，原輸水涵管長度約58 m。輸水涵涵管自建庫50 a以來沒有加固或重建過，涵管沖刷腐蝕嚴重，經(jīng)涵管結構穩(wěn)定計算，涵管結構強度不滿足結構承載能力要求。建議加固輸水涵管；輸水涵啟閉設備老舊，拉桿銹蝕存在不同程度的破損，建議改造啟閉設施；輸水涵出水渠漿砌石擋墻存在松動剝落老化現(xiàn)象，且進庫路就在出水渠上方，出水渠與進庫路之間無護坡，土方容易坍塌，建議重建輸水涵出水渠，并砌筑出水渠與進庫路之間的護坡。安全鑒定結論提出：輸水涵涵管自建庫50 a以來沒有加固或重建過，涵管沖刷腐蝕嚴重，經(jīng)涵管結構穩(wěn)定計算，涵管結構強度不滿足結構承載能力要求。

3 工程除險加固措施

3.1 大壩加固措施

結合安全鑒定有關結論，確定大壩需作除險加固處理的主要內(nèi)容如下：壩頂路面加固及重建壩頂排水溝；壩體防滲加固；重建壩后草皮護坡；新增壩腳出水渠[4]。

3.1.1 壩頂加固

根據(jù)《小型水利水電工程碾壓式土石壩設計規(guī)范》(SL 189—2013)第6.3.1條，壩頂寬度應根據(jù)構造、施工、運行和抗震等因素要求確定，可采用4～6 m，現(xiàn)狀壩頂寬5.6 m，滿足規(guī)范要求?，F(xiàn)狀壩頂為碎石路面，坑洼不平，本次設計加固后壩頂路面高程為55.8 m，路面凈寬4.75 m，路面結構采用瀝青路面，下部鋪設6%水泥石屑墊層厚200 mm，路面坡度向背水側(cè)斜2%，并在背水側(cè)沿路設排水溝，排水溝采用C20混凝土，寬0.2 m，深0.3 m。壩頂路面見圖1。

圖1 壩頂路面加固結構(單位：mm)

3.1.2 大壩防滲加固

本次大壩防滲加固的主要范圍為壩體部分，防滲起點樁號是Z0+000.0處，截止樁號為Z0+094.5處，共計防滲長度94.5 m；深度為進入相對不透水層1 m。采用高壓擺噴灌漿方法，高壓噴射水、氣或漿切割地層，灌注水泥漿，切割和置換土層部分細粒土，形成墻體。高壓擺噴采用三重管法施工，為擺噴拆接形式，擺動中心線與灌漿中心線夾角為15°，擺角不小于22°，三管法施工。鉆孔孔徑130 mm，孔距1.5 m，灌漿平面布置如圖2所示。

圖2 灌漿平面布置(單位：mm)

3.1.3 壩后坡重建草皮護坡

重建壩后草皮護坡，對壩腳后三角區(qū)域進行平整及新增草皮護坡。

3.1.4 新增壩腳出水渠

在現(xiàn)狀量水堰后新增壩腳出水渠(見圖3)，與輸水涵出水渠連接。

圖3 壩腳出水渠大樣(單位：mm)

3.2 溢洪道改造措施

經(jīng)2019年安全鑒定復核，溢洪道進口段、陡槽段側(cè)墻高度實際超高值均大于最小安全超高值0.5 m，滿足500 a一遇(P=0.2%)洪水標準設計水面的超高要求；消力池段側(cè)墻高度不滿足500 a一遇(P=0.2%)洪水標準設計水面的超高要求。經(jīng)消能復核計算，溢洪道消力池池長滿足消能要求，池深不滿足規(guī)范消能要求。針對溢洪道現(xiàn)狀情況及存在的問題，確定溢洪道需作除險加固處理的主要項目如下：

(1)重建進口段與控制段，進口段坡比1∶22，與現(xiàn)狀地面銜接，堰頂高程為52.70 m，控制段凈寬10 m，側(cè)墻頂高程55.80 m，控制段新建工作橋，工作橋?qū)? m。

(2)重建泄槽段，泄槽凈寬為10 m，坡比1∶4.5，矩形斷面，側(cè)墻采用混凝土擋墻，底板采用300 mm厚C25鋼筋混凝土，100 mm厚C15混凝土墊層。

(3)重建消力池段及海漫段，消力池采用底流消能形式，池深1.1 m，總長22 m，消力池底板采用500 mm厚C25鋼筋混凝土，下設100 mm厚C15混凝土墊層。消力池水平段設梅花狀Φ50PVC排水管，反濾層采用200 mm厚的粗砂墊層和200 mm厚的碎石墊層。消力池后接海漫段，海漫段長15 m[5-6]。

3.3 輸水涵管加固措施

針對放水涵現(xiàn)狀情況及存在的問題，本次設計輸水涵管加固主要建設內(nèi)容如下：

(1)新建閘室段及放水塔，閘室段長8.0 m，寬3.2 m，正常蓄水位以上0.5 m處設檢修平臺，上部采用梁板柱結構，啟閉機室大小為3 m×3 m。

(2)在原φ800的鋼筋混凝土輸水涵管內(nèi)襯φ700鋼管長56 m，鋼管壁厚10 mm，鋼管與原輸水涵管間采用微膨脹水泥漿填充，壩體上游段27.7 m范圍內(nèi)采用充填灌漿，設兩排灌漿孔，灌漿孔間距為2.0 m×1.0 m。

(3)新增工作橋，連接啟閉機房和壩頂，工作橋總長25.2 m，設三跨。

(4)新增出水涵管后渠道長78.5 m，順接下游渠道，出水渠與進庫路之間采用草皮護坡。

3.4 大壩安全監(jiān)測布置

壩仔水庫本次除險加固工程需完善壩體的安全監(jiān)測設施，主要包括變形觀測和滲流監(jiān)測設施。根據(jù)《土石壩安全監(jiān)測技術規(guī)范》(SL 551—2012)要求，具體布置如下：

(1)變形觀測。新建3排測點共1個校核基點及12個變形觀測點。

(2)滲流監(jiān)測。新建3排測點共11條測壓管。滲流量感知原則上應采用自動化監(jiān)測，可通過線纜集成于現(xiàn)狀一桿式裝置。

4 結 語

我國水庫大壩工程運行中，各種病險問題較多，如：壩體邊坡穩(wěn)定性欠佳，安全不達標；壩基和壩體滲漏問題；溢洪建筑物功能欠佳等。對此，必須在做好安全性評估、鑒定結果核查的基礎上，合理制定水庫除險加固方案，保證水庫安全運行，以提供區(qū)域供水保障能力，發(fā)揮水庫工程應有的功能。