路下勒水庫(kù)堤壩防滲加固研究

植發(fā)龍

（云浮市云安區(qū)白石鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)水利站,廣東 云浮 527523）

1 工程概述

路下勒水庫(kù)位于云安區(qū)白石鎮(zhèn)橫逕村委,所屬水系是珠江流域西江水系白石河支流上游,于1968 年建成。水庫(kù)集雨面積1.27 km2,總庫(kù)容23.74 萬(wàn)m3,庫(kù)區(qū)內(nèi)三面環(huán)山,是一宗以灌溉為主,兼顧防洪的?。?）型水庫(kù)。水庫(kù)大壩設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為20 年一遇,設(shè)計(jì)水位165.05 m,相應(yīng)庫(kù)容為22.36萬(wàn)m3,校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為200 年一遇,校核水位165.57 m,相應(yīng)庫(kù)容為23.74 萬(wàn)m3。

水庫(kù)為峽谷型水庫(kù),兩岸山體雄厚穩(wěn)定,巖性屬非可溶巖的相對(duì)隔水巖系,庫(kù)區(qū)及壩基均揭露碎石、裂隙較發(fā)育的強(qiáng)風(fēng)化石英片巖等中等透水層,可能存在沿壩基中等透水層向下游滲漏問(wèn)題。大壩填土填料主要為含砂低液限黏土,含少量礫質(zhì)和強(qiáng)風(fēng)化碎石,密實(shí)度差異性較大,填壓實(shí)度較低,含水量偏高,未達(dá)規(guī)范要求；壩體土料透水性大多以中等透水性為主,未達(dá)規(guī)范要求,建議對(duì)壩體進(jìn)行灌漿加固。大壩左、右壩肩未發(fā)現(xiàn)開(kāi)裂、變形等狀況,現(xiàn)狀穩(wěn)定；大壩左、右壩肩分別置于強(qiáng)風(fēng)化石英片巖上,大壩左壩肩存在繞壩滲漏的可能性較大。針對(duì)路下勒水庫(kù)的實(shí)際情況,決定開(kāi)展堤壩防滲加固措施[1]。

2 工程存在問(wèn)題

2.1 大壩存在的問(wèn)題

根據(jù)大壩安全鑒定報(bào)告及本次地質(zhì)鉆探、計(jì)算復(fù)核及現(xiàn)場(chǎng)檢查結(jié)果,大壩存在主要問(wèn)題如下：壩體填土滲透系數(shù)為3.75×10-5cm/s～8.25×10-4cm/s,平 均 值4.20×10-4cm/s,屬 于弱～中等透水。不滿足《小型水利水電工程碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 189-2013）5.1.6 的要求?，F(xiàn)場(chǎng)檢查,大壩壩頂為石粉路面,局部出現(xiàn)坑洼,兩側(cè)長(zhǎng)滿雜草,未見(jiàn)明顯的變形；大壩上游砼護(hù)面局部破損嚴(yán)重,長(zhǎng)滿雜草；下游坡為草皮護(hù)坡,雜草較多,壩坡排水溝局部損壞,淤積嚴(yán)重,雜草叢生,排水不順暢。根據(jù)《云浮市云安區(qū)路下勒水庫(kù)安全鑒定報(bào)告書》,大壩防洪標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)洪水和壩頂高程和泄洪能力均符合要求。路下勒水庫(kù)大壩正常蓄水位穩(wěn)定滲流條件下的下游壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)不能達(dá)到1.15,大壩下游壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)不滿足規(guī)范要求,處于不穩(wěn)定狀態(tài)[2]。

2.2 溢洪道存在問(wèn)題

經(jīng)安全鑒定、現(xiàn)場(chǎng)檢查和復(fù)核計(jì)算,溢洪道存在問(wèn)題如下：①溢洪道為開(kāi)敞式的寬頂堰,現(xiàn)狀交通橋?qū)?.8 m,年久失修,無(wú)法滿足交通要求。阻斷防汛公路和大壩連接,阻礙防汛物料運(yùn)輸和防汛搶險(xiǎn)[3]；②溢洪道泄槽末端末設(shè)置消能防沖建筑物,現(xiàn)狀溢洪道下泄洪水直接跌落,對(duì)下游岸坡沖蝕較為嚴(yán)重；溢洪道對(duì)沖防汛道路,阻礙防汛物料運(yùn)輸和防汛搶險(xiǎn)；③進(jìn)口段底板泥沙堆積,影響泄洪。

2.3 輸水涵管存在問(wèn)題

經(jīng)復(fù)核計(jì)算及現(xiàn)場(chǎng)檢查,輸水涵管存在問(wèn)題如下：①輸水涵管進(jìn)口處破損,涵管局部破損漏水,導(dǎo)致水庫(kù)無(wú)法蓄水,水庫(kù)長(zhǎng)期處于低水位運(yùn)行,水庫(kù)效益嚴(yán)重衰減。②出口無(wú)消能設(shè)施,影響下游壩坡穩(wěn)定[4]。

3 水利工程管理中的堤壩防滲加固措施

3.1 大壩防滲加固措施

壩體填土滲透系數(shù)為3.75×10-5cm/s～8.25×10-4cm/s,平均值4.20×10-4cm/s,屬于弱～中等透水,存在壩體滲漏問(wèn)題；輸水涵管進(jìn)口處破損,涵管局部破損漏水,導(dǎo)致水庫(kù)長(zhǎng)期處于低水位運(yùn)行[5]。路下勒水庫(kù)現(xiàn)有大壩為均質(zhì)土質(zhì),本次設(shè)計(jì)針對(duì)工程現(xiàn)狀存在的主要問(wèn)題采取必要的除險(xiǎn)加固措施。

3.1.1 壩頂構(gòu)造

根據(jù)壩頂高程計(jì)算結(jié)果,壩頂路面高程取165.80 m,原防浪墻拆除重建,防浪墻頂高程為166.30 m,壩頂總長(zhǎng)59.7 m。本次加固壩頂寬度為5 m,路面為0.2 m的摻5%水泥石粉路面,路面下游側(cè)設(shè)置0.2 m寬的路緣石,路緣石每10 m分縫一道,寬20 mm,聚乙烯低發(fā)泡沫板填縫,壩頂向下游做成2%斜坡,以排除壩頂雨水[6]。

3.1.2 壩坡及護(hù)坡設(shè)計(jì)

迎水坡設(shè)置C25 砼護(hù)坡厚100 mm,坡比為1∶3。背水側(cè)先清理表面表土厚200 mm,一、二級(jí)坡均按1∶2.75坡比回填粘性土,采用草皮護(hù)坡,中間設(shè)置2.5 m寬?cǎi)R道。上游砼護(hù)坡采用3 m×3 m板塊并錯(cuò)縫布置,縫下設(shè)1.0 m寬反濾土工布,并在每個(gè)板塊中間設(shè)φ50排水孔,孔底鋪土工布。

3.1.3 壩體及壩面排水

拆除重建岸坡、下游壩坡排水溝,拆除重建上下壩坡步級(jí)；對(duì)現(xiàn)狀排水棱體加厚,并在設(shè)計(jì)壩腳重建干砌石排水棱體。

3.1.4 壩體防滲設(shè)計(jì)

壩體河槽段采用劈裂灌漿,兩壩頭采用充填灌漿,劈裂灌漿沿壩軸線布置一排孔,孔距5 m,兩壩頭充填灌漿沿壩軸線布置兩排,孔距2.0 m,排距1.5 m,呈梅花型布置,灌漿孔進(jìn)入壩基土層1.5 m,并滿足最小灌漿段長(zhǎng)度要求。本方案工程量：劈裂灌漿132 m,充填灌漿326 m[7]。

3.1.5 壩體處理

①漿孔布置。灌漿在現(xiàn)有壩體進(jìn)行,對(duì)壩體采用充填灌漿防滲處理,灌漿孔沿壩頂軸線方向布置2 排,孔距2 m,排距1.5 m,孔底進(jìn)入壩基土層1.5 m,大壩充填灌漿總計(jì)59 孔,灌漿總進(jìn)尺為507.65 m。②充填灌漿材料。充填灌漿土料各項(xiàng)指標(biāo)應(yīng)滿足表1要求。

表1 充填灌漿土料各項(xiàng)指標(biāo)

3.2 溢洪道加固

溢洪道除險(xiǎn)加固包括控制段拆除原有橋板及7 m寬側(cè)墻、底板,新建交通橋凈寬5 m,采用1孔箱涵形式；拆除現(xiàn)狀側(cè)墻表面厚50 mm,鋪設(shè)鋼絲網(wǎng),采用M25 水泥砂漿抹面厚50 mm,現(xiàn)狀底板鋪設(shè)鋼絲網(wǎng),采用M25水泥砂漿抹面厚50 mm；新建排洪渠長(zhǎng)10.3 m,底板為C25 砼底板厚400,底板高程為157.21 m～157.49 m,側(cè)墻采用C25 重力式砼擋墻,墻頂高程為 157.21 m～160.49 m[8]。

3.2.1 現(xiàn)狀泄槽邊墻高度復(fù)核計(jì)算

路下勒水庫(kù)溢洪道為無(wú)閘門開(kāi)敞式寬頂堰,堰頂高程163.30 m,溢流總凈寬5 m,現(xiàn)狀泄槽段水平總長(zhǎng)60 m,底坡i=0.082,兩側(cè)墻頂高程159.85m～165.67 m,墻高1.55 m～2.37 m,20 年一遇設(shè)計(jì)下泄流量18.4 m3/s,上游水位165.05 m；200年一遇校核下泄流量 23.74 m3/s,上游水位165.57 m。查溢泄槽水面線依據(jù)《溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 253-2017）相關(guān)公式進(jìn)行計(jì)算[9]。泄槽水面線根據(jù)能量方程,用分段求和法計(jì)算,其計(jì)算公式如下：

式中：ΔI1-2為分段長(zhǎng)度,m；h1、h2為分段始、末斷面水深；V1、V2為分段始、末斷面平均流速,m/s；a1、a2為流速分布不均勻系數(shù),取1.05；為泄槽底坡角度,（°）；i為泄槽底坡,i=tg；為分段平均摩阻坡降；n為泄槽槽身糙率系數(shù)；為分段平均流速,=（v1+v2）/2,m/s；為分段平均水力半徑,R=（R1+R2）/2,m。

測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表2。從表中可以看出,泄槽現(xiàn)狀墻的高度比計(jì)算側(cè)墻要大,這與規(guī)范的要求相吻合。

表2 陡坡段水面線的計(jì)算結(jié)果

3.2.2 溢洪道邊墻穩(wěn)定計(jì)算

溢洪道邊墻的穩(wěn)定復(fù)核斷面選取新建排洪渠段最高的擋土墻作為最危險(xiǎn)斷面進(jìn)行計(jì)算,3.5 m高的C25 砼擋墻。按照《水工擋土墻設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 379-2007）進(jìn)行抗滑穩(wěn)定計(jì)算、基底應(yīng)力計(jì)算。采用公式分別如下：

抗滑穩(wěn)定計(jì)算采用以下公式計(jì)算：

式中：KC、∑H、f、∑G分別為沿?fù)鯄酌娴目够€(wěn)定安全系數(shù)、作用在擋墻上的全部水平荷載、擋墻基礎(chǔ)底面與地基間的摩擦系數(shù),取0.35、作用在擋墻上的全部豎向荷載。

取基底面的面積為A,沿基底面的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)應(yīng)滿足：5級(jí)岸堤擋墻抗滑穩(wěn)定安全系數(shù) 正常運(yùn)用時(shí)不小于1.20,非常運(yùn)用條件Ⅰ（施工期）時(shí)不小于1.05。

基底應(yīng)力計(jì)算公式：

在各種計(jì)算工況下,基底摩擦系數(shù)取0.35,最大基底應(yīng)力不大于地基允許承載力的1.2倍,基底應(yīng)力不均勻系數(shù)基本組合不大于2.0,特殊組合不大于2.5。

溢洪道邊墻穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。從表中可以看出,各工況下,擋墻抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)滿足相應(yīng)規(guī)范的要求。

表3 溢洪道邊墻穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

3.3 輸水涵管加固

經(jīng)復(fù)核計(jì)算及現(xiàn)場(chǎng)檢查,輸水涵管存在問(wèn)題如下：①輸水涵管進(jìn)口處破損,涵管局部破損漏水,水庫(kù)長(zhǎng)期處于低水位運(yùn)行,水庫(kù)效益嚴(yán)重衰減。②出口無(wú)消能設(shè)施,影響下游壩坡穩(wěn)定。

本次輸水涵加固措施比選兩種方案,各方案如下,①新建Q235 的DN800 鋼管,涵管采用頂管的方式過(guò)壩,鋼管壁厚12 mm,共86.34 m；②新建Q235 的DN600 鋼管,涵管采用拉管的方式過(guò)壩,鋼管壁厚12 mm,共86.34 m；兩種方案主要的差異點(diǎn)見(jiàn)表4。

表4 方案對(duì)比

可以看出輸水涵采用頂管施工,投資相對(duì)較大,但由于頂管施工面積相對(duì)較小,由傳統(tǒng)的線狀縮小為點(diǎn)狀,因此對(duì)壩體破壞不嚴(yán)重,在施工的過(guò)程 中對(duì)現(xiàn)有構(gòu)筑物影響較小,且施工完成后的管道由于管徑較大,也便于今后日常的維護(hù)及檢修。故本次設(shè)計(jì)推薦采用頂管方案。本次加固措施為：拆除重建輸水涵管總長(zhǎng)91.74 m,其中DN800 鋼管頂管段86.34 m,出口新建 DN800 輸水涵鋼管段長(zhǎng)5.4 m；輸水涵管兩側(cè)充填灌漿,輸水涵鋼管末端設(shè)置消力池長(zhǎng)6 m,采用C25鋼筋砼U型槽形式,下設(shè)碎石、中粗砂反濾厚均為100 mm,池內(nèi)布置Φ75 PVC排水管,間距為1 m×1 m梅花形布置。消力池末端連接現(xiàn)狀灌溉渠道?，F(xiàn)狀防汛公路硬化,鋪設(shè)C25砼道路長(zhǎng)1546 m。新增測(cè)壓管、量水堰、位移觀測(cè)等觀測(cè)設(shè)施。補(bǔ)充防汛物料、設(shè)置標(biāo)識(shí)標(biāo)牌、并建設(shè)智能感知系統(tǒng)。

4 結(jié)語(yǔ)

路下勒水庫(kù)在當(dāng)前運(yùn)行過(guò)程中,其大壩、溢洪道與輸水涵管存在破損、排水不暢等問(wèn)題,嚴(yán)重影響了水庫(kù)運(yùn)行的安全性及穩(wěn)定性。針對(duì)該問(wèn)題,通過(guò)改進(jìn)大壩結(jié)構(gòu)、優(yōu)化護(hù)坡設(shè)計(jì)、設(shè)置排水溝、加強(qiáng)壩體防滲設(shè)計(jì)等方式,對(duì)大壩進(jìn)行加固；同時(shí),綜合考慮泄槽邊墻高度及溢洪道邊墻穩(wěn)定進(jìn)行分析,對(duì)溢洪道進(jìn)行加固,確保其能夠滿足水庫(kù)運(yùn)行需求；最后,拆除重建輸水涵管,采取加固措施保證其使用性能,為路下勒水庫(kù)的正常、穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。