涼州區(qū)南營水庫大壩結(jié)構(gòu)穩(wěn)定分析及加固處理措施探討

蘇來文

（武威市涼州區(qū)金塔河水利管理處，甘肅武威 733000）

1 基本情況

南營水庫位于甘肅省武威市金塔河干流出山口處，北距武威市區(qū)約18 km。水庫正常蓄水位1 938 m，總庫容2 000萬m3，是一座以防洪為主，兼顧灌溉、發(fā)電等綜合效益的中型水庫。水庫樞紐工程主要由主壩、副壩、輸水洞、泄洪洞、排沙泄洪洞、老輸水洞（涵管）及壩后電站等組成。經(jīng)過多年運行，水庫副壩上游坡出現(xiàn)塌坑，且副壩防滲墻延伸長度不足，存在滲漏現(xiàn)象。

2 壩體現(xiàn)狀復(fù)核

2.1 主壩復(fù)核

2.1.1 壩頂高程復(fù)核。南營水庫壩頂超高計算表（表1）。南營水庫目前壩頂高程1 943 m，壩頂設(shè)置1 m高防浪墻，墻頂高程1 944 m。壩頂高程滿足規(guī)范要求。

表1 壩頂超高計算表（單位：m）

2.1.2 壩體結(jié)構(gòu)復(fù)核。南營水庫主壩最大壩高46 m，壩頂高程1 943 m。壩頂長314.3 m，壩頂寬7 m。壩頂設(shè)防浪墻，墻頂高程1 944 m，壩頂為碎石路面。主壩上游坡采用三級坡，自上而下坡比分別為1∶2.75、1∶3.5、1∶3.75，分別在高程1 923 m、1 911.8 m設(shè)置馬道。其中，第一級坡1 935.3 m高程以上采用厚25 cm鋼筋混凝土面板護(hù)坡，1 935.3 m高程處設(shè)有200 cm寬C20砼基座，基座以下壩坡采用干砌卵石護(hù)坡。下游坡分三級，自上而下坡比分別為1∶2.25、1∶2.5、1∶2.75，采用干砌卵石護(hù)坡，壩腳1 896 m高程以下設(shè)有排水棱體。主壩防滲體在高程1 932.5 m以下為壤土心墻加混凝土防滲墻，混凝土防滲墻距壩軸線上游25.1 m，墻頂高程1 932.5 m，墻體厚度100 cm，底部穿透壩基砂卵礫石層，深入基巖約0.5 m，斷層帶等不良基礎(chǔ)深入5 m左右。高程1 932.5 m以上為壤土斜墻，除險加固設(shè)計采用的混凝土面板加壤土斜墻的方案，現(xiàn)面板已失去防滲作用，上游混凝土板僅可視為護(hù)坡。

2.1.3 滲透穩(wěn)定復(fù)核。本次滲透穩(wěn)定復(fù)核成果（表2）。經(jīng)復(fù)核，主壩滲透穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求。

表2 大壩關(guān)鍵部位滲透比降計算成果表

2.1.4 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定復(fù)核。本次用主壩最大斷面0+469.80進(jìn)行了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定復(fù)核計算（表3）。根據(jù)實測資料，目前南營水庫壩前淤積高程為1 922 m。針對壩體淤積情況對壩體進(jìn)行了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定復(fù)核計算（表4）。

表3 大壩壩坡靜力抗滑穩(wěn)定計算成果表

表4 大壩上游壩坡靜力抗滑穩(wěn)定計算成果表

分析計算結(jié)果表明，主壩在正常運用條件及非常運用條件下的上、下游壩坡靜力抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均大于規(guī)范要求值，大壩上、下游壩坡靜力抗滑穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求。主壩復(fù)核結(jié)果，主壩壩頂高程符合現(xiàn)行規(guī)范要求，主壩壩體結(jié)構(gòu)符合現(xiàn)行規(guī)范要求。主壩現(xiàn)狀防滲體結(jié)構(gòu)在高程1 932.5 m以上可視為壤土斜墻，主壩面板已失去防滲作用，僅可作為上游護(hù)坡使用。主壩滲透穩(wěn)定符合現(xiàn)行規(guī)范要求，主壩結(jié)構(gòu)穩(wěn)定符合現(xiàn)行規(guī)范要求。

2.2 副壩復(fù)核

南營水庫副壩長度388 m，壩頂高程1 943 m，防浪墻頂高程1 944 m，與主壩分界線為老輸水洞。副壩上游坡基本為壤土斜墻防滲，干砌石護(hù)面，坡比1∶2.75，厚度40 cm。副壩下游坡為壤土山體，山體高度除部分低于1 943 m外，其余部位均高于壩頂高程?；诂F(xiàn)存資料，對副壩上游壩坡進(jìn)行壩坡穩(wěn)定計算，根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》SL274-2001規(guī)定，大壩計算采用簡化畢肖普法，滑裂面形狀采用圓弧滑裂面。計算結(jié)果如表5。

表5 壩體穩(wěn)定計算成果表

計算結(jié)果表明，副壩上游坡滿足穩(wěn)定要求。副壩基礎(chǔ)為右岸三級階地前緣陡坡經(jīng)開挖的砂卵石斜坡，上部土層為黃土狀亞砂土，室內(nèi)試驗天然狀態(tài)下滲透系數(shù)2×10-4cm/s。亞砂土下部為砂卵石，基巖為灰綠色、灰黑色粉砂巖、砂質(zhì)頁巖、頁巖互層夾薄煤層。根據(jù)鉆孔壓水試驗，完整的基巖基本不透水，即使斷層破碎，影響帶內(nèi)滲透性也不大，單位吸水率0.0027～0.0493 L/min·m，可視為相對不透水層。副壩基巖頂面起伏，為階地古河槽形態(tài)，基巖高程1 916～1 927 m，沿副壩軸線至基巖出露處總長約430 m。

經(jīng)過勘測，副壩段壤土層下游沙礫石層，厚度15 m左右，高程1 918～1 933 m左右，是副壩滲漏的主要原因。當(dāng)水庫正常蓄水位在1 938 m時，推薦的防滲線在無防滲設(shè)施的前提下，估算全斷面的滲漏量為15 863 m3/天，滲漏損失嚴(yán)重，必須采取防滲漏工程措施。

水庫副壩滲漏是影響水庫安全運行的主要問題。形成副壩滲漏的主要原因：①原副壩壤土斜墻防滲體系設(shè)計厚度不夠，壤土斜墻設(shè)計厚度只有2 m左右，水力坡降不滿足規(guī)范要求。②壤土斜墻后無過濾層，導(dǎo)致壤土斜墻細(xì)顆粒被帶走，進(jìn)一步降低了壤土斜墻的防滲性能，導(dǎo)致壩面出現(xiàn)塌坑。③壤土斜墻基礎(chǔ)未做到基巖，存在滲漏通道。④古河床厚層砂礫石的存在，加劇了副壩的滲漏量。副壩復(fù)核結(jié)論：副壩上游壩坡滿足穩(wěn)定要求，副壩防滲體結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，滲透穩(wěn)定不滿足規(guī)范要求，正常高水位時，估算滲漏量為15 863 m3/天。

3 工程除險加固措施

3.1 主壩除險加固措施

3.1.1 砼基座與面板錯縫處理。依據(jù)主壩結(jié)構(gòu)復(fù)核結(jié)果，現(xiàn)狀混凝土面板僅起到上游護(hù)坡的作用，故按護(hù)坡結(jié)構(gòu)處理。具體為：在面板距基座下游50 cm位置，每1.2 m打砂漿注漿孔，孔深25 cm，孔徑45 mm，用不大于0.1 MPa注漿壓力將M10砂漿注入面板下部空腔，使之底部密實。將基座外表面、面板按照1：5的坡比進(jìn)行鑿除，深度5～8 cm。清洗鑿除面，用C50環(huán)氧樹脂砂漿對鑿除部位進(jìn)行修補。

3.1.2 左岸防浪墻裂縫處理。主壩左岸靠近壩肩部位，由于靠近左壩肩，施工時機械設(shè)備無法靠近，造成該部位上游防滲斜墻土層碾壓不密實，隨著上游防滲斜墻沉降造成防浪墻底產(chǎn)生不均勻沉降，最終形成防浪墻張性裂縫。目前壩體沉降已趨于穩(wěn)定，裂縫不再發(fā)展。除險加固時，拆除該20 m防浪墻，在壩頂用M7.5砂漿找平后，重新砌筑防浪墻。

3.2 副壩防滲措施

依據(jù)南營水庫右岸副壩段的地質(zhì)條件，經(jīng)過多方案分析比較，為徹底解決副壩防滲問題，推薦采用砼連續(xù)防滲墻方案。副壩0+000～0+163段基巖高程介于1 924～1 915 m，該段已有防滲墻，防滲墻入巖100 cm，防滲墻頂高程1 937.5 m，在高程1 936.5 m以上采用壤土心墻防滲，副壩0+000～0+163段防滲體系完整。副壩0+163～0+296段地面高程介于1 943～1 950 m，基巖高程介于1 915～1 918 m，防滲墻伸入基巖0.5～1 m，防滲墻頂高程介于1 943～1 945 m，該段成墻面積3 940 m2。副壩0+296～0+395段地面高程介于1 950～1 952 m，基巖高程介于1 918～1 913 m，防滲墻伸入基巖0.5～1 m，防滲墻頂高程1 945 m，該段成墻面積3 060 m2。合計防滲墻體面積7 000 m2。

防滲墻0+200后，地面高程均高于1 945 m。為了方便砼防滲墻的施工，需要對0+200～0+395段進(jìn)行平整或開挖處理。因砼防滲墻施工需要8 m寬平臺，為此確定開挖原則：平臺高程1 945 m，粉積沙壤土開挖邊坡系數(shù)1：1.25，開挖棄料拉運至水庫管理房后的溝道。

4 結(jié)語

對南營水庫大壩進(jìn)行除險加固，可以有效解決南營水庫存在的主要問題：減少副壩滲漏損失，提高水資源的利用率。水庫進(jìn)行除險加固后，消除了工程隱患，滿足了設(shè)計要求，其蓄水位達(dá)到設(shè)計正常高水位。由于水庫蓄水容積及調(diào)蓄能力的增加，水庫具備了防洪攔洪及調(diào)蓄的作用，可抵御百年一遇之洪水，為水庫下游的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了可靠保證，確保了下游人民的生命財產(chǎn)及生產(chǎn)安全，經(jīng)濟社會效益顯著。