皖南小型水库土石坝的除险加固设计实例

2013-01-28李志军

治淮 2013年7期

关键词：坝顶土工膜溢洪道

李志军

（安徽省水利水电勘测设计院蚌埠 233000）

皖南小型水库土石坝的除险加固设计实例

李志军

（安徽省水利水电勘测设计院蚌埠 233000）

针对某病险水库工程的缺陷和隐患，科学合理地提出了适宜该工程的除险加固设计方案。实践证明，该工程加固效果较好，有效发挥了防洪、灌溉等综合效益。

水库大坝除险加固设计

1 概况

某水库地处皖南石台县南部的仙寓镇建国村，距仙寓镇5km，距石台县城34km。该水库于1970年兴建，集水面积6.9 km2，是一座以防洪、灌溉为主，兼有养殖功能的小（2）型水库。灌溉面积600亩，下游防洪面积1.5 km2，涉及仙寓1个行政村，保护耕地800亩，保护人口1600人，总库容19.71万m3。枢纽工程由大坝、溢洪道、放水涵洞组成。水库大坝为粘土心墙砂壳坝。现状坝顶高程250.0m，最大坝高21m，坝顶长70m，顶宽3m，上下游坝坡面均为砂壳堆体，上游坡比1∶9.5～1∶2.00，下游坡比1∶1.8。溢洪道位于水库大坝右侧，距大坝顶50m，在山坡上人工开挖而成，为无闸门控制明槽溢洪道，进口底板高程224.9m，宽18m。溢洪道全长32m。穿坝放水涵洞在大坝右下部为浆砌石圬工涵，净高45cm、净宽30cm，全长75m，进口设一台Φ300闸阀斜拉杆控制放水，底涵进口底板工程233.3m，出口底板高程232.4m。

该水库存在的病险情况为：坝脚和坝体两侧渗水严重；迎水坡干砌石护坡大部分损毁，背水坡多处冲蚀沟和凹坑，防浪墙老化失修，局部坍塌；溢洪道泄流能力不足，进出口段离坝身太近，进口段未进行有效的护砌，存在安全隐患；穿坝放水涵洞破损渗漏严重，无法正常蓄水。

2 除险加固设计

依据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）及《防洪标准》（GB50201-94）规定，该工程设计洪水位30年一遇，300年一遇洪水校核。兴利库容12.5 万m3，兴利水位246.4m；死库容0.7万m3，死水位233.2m；总库容26.4万m3，设计水位249.5m。

2.1 坝体尺寸设计

根据《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》（SL189-96）及《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）有关规定，考虑工程构造、防汛抢险、交通等需要，本次加固坝顶宽度按4.5m设计。坝顶高程根据水库静水位及不同运行工况下静水位的坝顶超高核算坝顶高程，坝顶高程确定为251.3m，即在现有基础上加高坝顶1.3m。坝顶长由原来的70m增加到88m。粘土心墙土坝的心墙防渗体在正常蓄水位或设计水位以上超高0.6m，心墙防渗体顶部不应低于非常运用条件静水位。本次加固后粘土心墙顶高程为250.1m，低于坝顶1.2m。根据工程现状并考虑坝型、坝高、坝基材料等因素，参照已建类似土坝工程做法，确定大坝迎水坡在高程248.0m处设1.5m宽戗台，戗台以下、以上坡比均为1∶2.5；背水坡在高程243.0m处设1.5m宽戗台，戗台以上坡比为1∶2.0，以下坡比设计为1∶2.5。在大坝与溢洪道相接处增设浆砌石裹头防护，上游端与迎水坡护坡石衔接，护至坝顶，并采用浆砌块石封顶。

2.2 迎水坡工程

迎水坡进行清基补土以达到设计坡比，并进行翻压。坝土压实度经试验确定为0.97。采用浆砌混凝土预制块护坡，下设有土工膜（规格为200g/0.3mm/200针刺短线涤纶两布一膜PE膜）和25cm厚砂砾石垫层。护坡石下设反滤层。预制块设计强度为C20，其边长为0.25m，厚度为0.20m，砌筑砂浆为M7.5。沿坝脚及两侧山体与坝体接触处清基到微风化基岩，坝脚设0.5m厚C25混凝土截渗墙，坝侧设0.3m厚C25混凝土齿墙。土工膜铺盖前开挖齿槽，将复合土工膜嵌入齿槽，坝顶开槽后将复合土工膜嵌入原坝体中，坝体与周边山体、放水涵洞连接处将复合土工膜与建筑物混凝土连接，形成半封闭的不透水防渗结构体。

2.3 背水坡工程

按设计坡比补土筑坡并翻压。施工中，清除坡面杂草、腐质土，自下而上，水平上升，分层铺土，层土层压，提高密实度，增强坝坡抗滑稳定能力。新土与原坝坡土粒料搭接处，搭接宽度不少于0.5m。沿坝轴线每隔30m设置竖向排水沟一道，计4道，戗台及坡脚各设横向排水沟一道。排水沟按10年一遇洪水标准设计，竖向排水沟断面宽×高为0.40m× 0.25m，横向排水沟断面宽、高分别为0.40m×0.25m和0.5m×0.4m。排水沟底部采用C15细石混凝土现场浇筑，厚度15cm，两侧墙采用10cm厚C20混凝土预制板镶砌，1∶3.0水泥砂浆勾缝。背水坡全部植草皮防护，以防止雨水漫流造成坡面冲刷。坡脚处堆石排水棱体进行整修。

2.4 坝顶工程

取消原有防浪墙，坝顶设混凝土路面，考虑到交通要求，硬化路面净宽4.5m，底部设15cm厚的水泥砂砾稳定层，面层为30cm厚的混凝土，路面横坡倾向下游，坡比为2%。坝体防渗土工膜上下铺粘土厚15cm保护压入道路基层。

2.5 放水涵洞工程

拆除原有放水斜拉杆控制闸阀，原浆砌石圬工涵疏通后换用壁厚8.6mmDN225mmPE管，进水口处设2m×4m前池，前池口和上方设钢筋拦污栅栏，出水口处设一截止阀控制。PE管进水口用预埋钢板配止水橡胶片压坝体土工膜固定防渗处理。原涵道从迎水坡和背水坡各设两2Φ50钻孔，进行灌浆处理。材料用525#普通硅酸盐水泥，水灰比为1∶1.25，另加入速凝剂水玻璃，水泥浆液与水玻璃的重量比为1∶10000。灌浆最大压力不大于涵管处土的最大主应力，设计灌浆压力定为不大于0.25MPa。施工时应按从下游至上游的顺序进行，出水口应用细石混凝土预封堵2～3m，进水口用模板封堵留排气孔，至少复灌两次。

2.6 溢洪道工程

溢洪道两侧各拓宽1m，岸坡挂网喷混凝土处理。在大坝与溢洪道相接处增设浆砌石裹头防护，上游端与迎水坡护坡石衔接，护至坝顶，采用浆砌块石封顶。底板破损处做修复处理。