水库大坝除险加固工程设计探究

□姚小丰 □胡长江（余庆县水利局）

0.引言

大中型病险水库除险加固项目具有很大的经济效益和社会效益。除险加固工程，可以改善大坝防洪体系、确保防洪安全，消除大坝安全隐患，从而提高洪水驱控制系统，使得河道防洪能力提高。除险加固工程也提高了水资源的监管，以确保供水安全。加固后主要是恢复原来的大中型水库的蓄水供水功能，提高农业灌溉的工作效率，改善农村用水和城市供水。此外，大中型病险水库除险加固工程带来了显着的环境效益，修建水库后可以凭借崭新的面貌形成完美的景观。

1.工程概况

桥边水库位于余庆县花山苗族乡花山村境内，坝址距花山村1.2km，距花山苗族乡集镇9km，有简易公路到达坝址，交通较为方便。水库所在河流为乌江右岸支流桥边河，坝址以上流域面积3.05km2，水库总库容160万m3，枢纽建筑物大坝、溢洪道等永久建筑物为4级。工程以灌溉为主，原设计灌溉面积228.7 hm2亩，是以灌溉为主的水利枢纽工程。

2.大坝

2.1 渗漏

2.1.1 坝体渗漏

坝体渗漏主要表现为集中渗漏，大坝下游坝脚存在一处集中渗漏点W：和两个浸润渗漏区q1（785.42～788.87m）、q2（791.5～791.6m)，其渗漏量分别为1.5,2.5,2.0L/s。大坝下游坝脚设置有贴坡排水，顶部高程为790.77m。

2.1.2 坝基渗漏

根据钻孔资料揭露:坝基岩体风化破碎，特别是坝基接触带，岩体风化严重，岩体破碎，透水性强，坝基肩岩体透水率(q)：左岸在785.35m高程以上>5.0Lu，右岸在784.92m高程以上>5.0Lu，坝体在775.55m高程以上>5Lu，最大达17.6Lu(即坝体与坝基接触带)，说明坝基岩体透水性较强，左、右岸强风化岩体透水性较强，弱风化带岩体相对较弱。

2.2 坝坡稳定

2.2.1 计算工况

根据现场检查情况，桥边水库大坝未产生危及安全的变形，本次复核坝坡稳定考虑坝体的工作情况拟定4种工：①死水位(793.00m)情况时的上游坝坡，土料抗剪强度计算方法采用总应力法；②正常蓄水位骤降至放水涵洞底板高程C792.50m)时的上游坝坡，土料抗剪强度计算方法采用总应力法；③正常蓄水位(803.00m)情况时的上、下游坝坡，土料抗剪强度计算方法采用有效应力法；④校核洪水位(804.29m)情况时的下游坝坡，土料抗剪强度计算方法采用有效应力法。

2.2.2 坝坡稳定分析

通过计算，四种计算工况的计算成果见表1。

2.3 大坝存在的问题

经过计算和分析，大坝存在以下四方面的问题：上游坝面抗风浪能力不能满足规范要求；大坝坝顶局部不平整；大坝下游坝面无护坡，雨水冲刷严重:坝体存在渗漏。

2.4 大坝除险加固设计

根据水库大坝安全鉴定结论，大坝坝顶高程满足要求，上游护坡局部浪蚀破坏，坝顶局部不平整，下游坝面不规则。由于上游护坡只是局部破坏，因此，大坝除险加固采取维持上游坝坡不变、对上游坝面局部沉陷部位采用粘土回填后恢复干砌块石护坡，满足水库大坝的抗洪能力和上游坝面抗风浪能力要求，坝顶结合坝顶公路要求整治，下游坝坡采用土料平整至设计坝坡，坝面采用浆砌石框格草皮护坡，两侧设排水沟。

表1 坝坡稳定计算成果表

3.坝体、坝基及坝肩防渗处理

3.1 渗漏现状性质、范围及渗漏量

该水库至建成蓄水以来，经过多年运行，大坝现存在坝基(肩)渗漏，且渗漏量随库水位升高而增大，特别是位于大坝下游坝脚以及左坝基、坝肩接触带出露的一处集中渗漏点W,(785.3 m)和两个浸润渗漏区 q1,(785.42～788.87m)、q2(791.S～791.6m)，根据调查，当库水位于803.55m(即测图时水位)时，其渗漏量分别为1.5，2.5，2.0L/s，渗漏量有逐年增大的趋势。

3.2 防渗处理方案的选择

大坝为粘土斜墙坝，根据大坝工程现状以及钻孔资料，由于坝体整体为非均质体 (上游侧及中部为粘土夹少量碎石，下游侧则由岩体风化料、砂质粘土等组成的粗粒混合料)，坝体填料抵抗外力变形的能力不一，施工中灌浆压力难以控制，且稍有不慎极易造成对坝体以及原有防渗幕体的破坏，难以形成均一的、连续的防渗体，故本次防渗设计不予采用，坝体防渗方案进行了坝体充填充填灌浆、坝基及两坝肩作帷幕灌浆的防渗方案与对大坝上游坝面采用土工膜防渗，坝基肩则结合土工膜铺设、沿土工膜边缘防渗墙(齿墙)布设帷幕灌浆的防渗方案比较。

4.放水及输水设施

4.1 现状描述及存在问题

放水涵洞位于大坝左坝段，为浆砌石箱涵，断面尺寸(bh)1.3m×1.4m，涵洞总长72.0m。涵洞进口中心高程92.50m，出口底板高程791.50m。涵洞进口双向转动闸门止水老化，关闭不严，存在漏水，测图水位时渗流量约0.2L/s，闸室启闭设备操作不灵，钢丝绳锈蚀严重，影响水库正常运行，金属结构存在隐患。放水涵洞洞身未发现明显变形，但洞身底板冲刷破坏严重，砌体局部勾缝材料已脱落，进口至洞身前10m范围内存在零星的浸润渗漏现象。

4.2 加固改造设计

本次除险加固设计拟对放水涵洞进口进行加固改造，拆除进水口段并修建取水口。涵洞进口中心高程792.50m，进口段结合闸门的安装采用C20混凝土浇筑，并安装500mm双向转动闸门，闸门后接2m的放水钢管至消力池。在涵洞首端设消力池，消力池长2m，宽3m，消力池和涵洞底板采用C15混凝土衬砌。对涵洞进口约15m的涵身段，撤除原衬砌硅后浇筑C20混凝土。大坝左坝端新建启闭房12m2。

5.自动化监测系统总体设计

桥边水库己运行40多年，其枢纽建筑物大坝变形变位已处于稳定状态，本次除险加固方案只对主要建筑物进行改造加固处理，因此，监测的重点是大坝渗流和库区降雨量观测。根据监测资料对坝体的渗流状况及水情进行分析，用以评价水库及大坝的运行状态。

6.结语

大中型病险水库除险加固项目具有很大的经济效益和社会效益。除险加固工程，可以改善大坝防洪体系、确保防洪安全，消除大坝安全隐患。加固后主要是恢复原来的大中型水库的蓄水供水功能，提高农业灌溉的工作效率，改善农村用水和城市供水。此外，大中型病险水库除险加固工程带来了显着的环境效益。要有效地促进我国的大中型坝加固项目工作，就应当高度重视险库对国民经济和人民生命财产安全的威胁，并进一步增加投资于大型和中型水坝，加强大中型水库大坝安全管理和监督，应严格控制大型和中型病险水库除险加固工程施工质量。加固工程中有很多的复杂性，要仔细识别危险的原因，施工管理要做到对症下药，应严格控制。在除险加固工程中注重新工艺、新材料和新技术的运用，最大限度的降低成本并提高产品质量。