通海县甸苴坝水库大坝主要病害及除险加固方案分析比选

吕爱红

摘 要：通海县甸苴坝水库修建于上世纪五十年代。2009年2月经安全鉴定分析评价，坝体下游存在变形，白蚁活动严重；坝体、坝基、坝肩存在渗漏；输水涵洞边墙、顶拱渗水，底板冒水，涵洞无检修闸，工作闸老化锈蚀严重，手动启闭困难；溢洪道泄水槽、尾渠损毁严重，出口无消能防冲设施，不满足泄洪要求；水库监测、管理等设施不完善，运行管理差；库区水土流失严重，水库淤积严重。甸苴坝水库大坝安全性评定为三类坝，不满足现行规范要求，为病险水库，须对坝体进行加固处理。根据工程病险情况，选择坝体帷幕灌浆方案和塑性砼防渗墙结合两坝肩帷幕灌浆两个方案，从方案布置、技术可行性、经济合理性等方面进行综合论证，选取最优方案。结果，甸苴坝水库大坝选择帷幕灌浆加固处理方案，是经济合理的。

关键词：主要病害；坝体除险加固；帷幕灌浆方案；砼防渗墙方案；分析比选

1 概述

甸苴坝水库位于玉溪市通海县河西镇曲陀关村委会甸苴坝村，水库坝址处距通海县城22km，属珠江流域南盘江水系杞麓湖支流。工程始建于1957年6月，1959年12月竣工，坝型为均质土坝，水库控制径流面积19.24km2，设计坝高34.5m，坝顶长198米，坝顶宽6.0m，总库容408万立方米，属小（一）型水库工程。水库兴建至今，上下游坝坡蠕动滑塌严重，坝体、坝基、坝肩存在渗漏，溢洪道不能安全泄洪，输水涵洞不能正常供水，水库现已不能正常蓄水。

甸苴坝水库下游影响人口1.7万人，耕地5000亩。2009年2月，经省、市组织有关专家对甸苴坝水库进行大坝安全鉴定，鉴定结论综合评定为三类坝，属病险水库，需进行加固处理。

作为大坝除险加固工作，方案选择尤为重要，将直接关系到工程处理的安全、经济合理性。因此，就本工程而言，坝体除险加固方案的分析比选是设计工作的重点。

2 大坝主要病害及其原因

2.1 坝体病害

坝体碾压不密实，大坝变形严重，有三条明显裂缝，坝面有冲沟，凸凹不平，下游水位较高，存在接触带及绕坝渗漏。白蚁活动严重，无观测设施。

2.2 输水涵洞病害

输水涵洞为浆砌石城门洞拱涵，涵洞边墙、顶拱有11处渗水，底板两处冒水，多处可见碳酸钙溶蚀沉淀，涵洞渗漏量达0.4L/s。工作闸锈蚀严重，操作困难，无检修闸门。出口段设有分水闸门二套，均锈蚀严重，操作困难。已不能正常控制供水，对大坝运行存在较大安全隐患。

2.3 溢洪道病害

溢洪道进口段和控制段边墙浆砌石衬砌质量较差，局部损毁严重，陡槽段、出口段为明挖沟槽，无支砌，两岸蹋落，无过水能力，无消能设施。溢洪道闸门锈蚀老化。溢洪道不能满足泄洪要求。

2.4 上、下游坝壳

填筑料场分散，土质不均，细粒含量偏高，压实度低，力学指标低，存在透水性大（渗透系数为3.4×10-3cm/s～4.9×10-5cm/s）。

由于坝体施工质量较差，水库投入运行后，坝身多次出现纵向及横向裂缝，特别是1962年外坝坡中部老河床发生不均匀沉陷，最大沉陷深达1m，1970年1月5日通海发生7.8组地震，造成上游滑坡，出现纵横缝，缝宽达3～5cm，1995年外坝坡偏左坝肩部位出现一条纵裂缝，裂缝长80m，宽10cm，深10m，严重危及坝身的安全运行。

2.5 大坝稳定安全分析

（1）设计洪水位稳渗、正常蓄水位稳渗正常应用工况下，大坝上游坡抗滑稳定安全系数满足现行规范稳定要求，大坝下游坡抗滑稳定安全系数不满足现行规范安全稳定要求；（2）在水库允许最高非常运用水位稳渗非常应用工况（I）、（Ⅱ）下，大坝下游坡抗滑稳定安全系数不满足现行规范安全稳定要求；坝坡抗震稳定两种工况安全系数下游坝坡均小于1.10，不能满足现行抗震规范要求；（3）实测浸润线高低不一，说明坝体填料粗细不均、渗透存在差异；坝基砂砾石层最大水力坡降小于规范允许值，不会发生管涌、流土坡坏；（4）大坝运行中有一定的渗流异常，但不致影响大坝安全；大坝无渗漏量观测资料，不能准确判断大坝渗漏是否正常。

3 加固方案比较选择

针对甸苴坝水库大坝存在的病险，选择帷幕灌浆及塑性砼防渗墙两方案进行坝体防渗方案比选。对于大坝输水涵洞、溢洪道处理，按常规处理方法，即钢筋砼浇筑溢洪道，涵洞进行回填灌浆处理。

3.1 帷幕灌浆方案

3.1.1 布置方案。帷幕灌浆坝轴线灌浆，灌浆剖面结构单一，与岸坡为直线连接，整个防渗体系结构简单。帷幕沿坝轴线单排布孔，孔距2米，按三个次序逐渐加密的原则进行，帷幕防渗标准为q≤10Lu，帷深插入相对隔水层5米，该方法施工简单，防渗效果好。

3.1.2 下游坝坡培厚。帷幕灌浆效果按1×10-6cm/s考虑，经浸润线及稳定分析计算，坝身浸润线帷幕后跌落较小，下游坝坡还需进行培厚才能满足抗震稳定要求。因此，对于灌浆方案，下游坝坡须进行培厚加固。

3.1.3 白蚁防治。甸苴坝水库大坝坝体白蚁危害严重，每年都进行挖巢处理，常规方法很难彻底治理，灌浆方案对白蚁危害处理效果不大。因此，采用灌浆方案，需考虑在下游坝坡增加一层砂砾料，并进行草皮护坡，截断白蚁与坝体内部的接触。

3.1.4 使用年限。坝体帷幕灌浆，从玉溪市已处理的多座水库来看，坝身灌浆使用年限基本为10年左右，有的工程不到十年就需重新处理。因此，帷幕灌浆正常使用年限较短。

3.1.5 投资。坝体、坝基帷幕灌浆、下游坝坡培厚、白蚁危害处理。该方案工程总投资为545.86万元。

3.2 塑性砼防渗墙结合两坝肩帷幕灌浆方案

3.2.1 布置方案。大坝塑性砼防渗墙布置于坝轴线上，墙顶高程1795.18m，墙底达到本次勘探基岩相对隔水层顶线（q≤10Lu），坝基F5断裂带位置适当加深。墙顶长度118m，墙底板最低高程1738.28m，最大墙深度56.90m。左、右岸接灌浆帷幕，形成新的大坝防渗体系，彻底解决大坝的防渗问题。该方法施工复杂，但比帷幕灌浆效果相对要好一些。

3.2.2 坝坡稳定。塑性砼防渗墙K值按1×10-8cm/s计，经计算，浸润线在墙后跌落较大，下游坝坡稳定达到安全要求，不需进行培厚。在下游坝脚增加一堆石棱体，设置反滤，对坝基砂卵石层进行保护。

3.2.3 白蚁防治。采用塑性砼防渗墙方案，坝体浸润线很低，下游坡基本处于干燥状态，不适合白蚁生存。砼防渗墙可以彻底根治白蚁危害。

3.2.4 使用年限。砼防渗墙可以彻底解决大坝的渗漏险情，使用年限达50年以上。

3.2.5 投资。采取砼防渗墙结合两坝肩帷幕灌浆作为大坝的防渗体系，下游坝脚增加一堆石棱体。该方案工程总投资为655万元。

3.3 综合比较选择

甸苴坝水库坝体结构简单，坝基砂砾石层透水性不大，两岸基岩基本完好，坝体施工质量较差，白蚁危害严重。针对以上实际情况，常规帷幕灌浆方法可以彻底解决大坝整体防渗问题。

虽然砼防渗墙灌浆比帷幕灌浆使用年限长，防渗效果好，可靠性高，但投资大，施工复杂，对于小（一）型水库的除险加固处理来说，在保证质量的前提下，帷幕灌浆更经济实用。因此，推荐采用帷幕灌浆作为大坝防渗加固措施。坝脚设置堆石棱体及反滤过渡，对下游坝基砂卵石进行保护。

4 结束语

通海县甸苴坝水库，建成于上世纪五十年代，至今已运行了五十七年，大坝坝体及渗流存在严重安全隐患，不满足现行规范要求，对下游城市及周边农村人民群众的生命财产安全构成严重威胁，加固处理势在必行。针对土石坝的病险状况，加固方案的选择是设计的重点，从方案的布置、技术可行性、工程安全可靠性、经济合理性等不同角度进行综合分析论证，选取最优方案。因此，甸苴坝水库选择帷幕灌浆的除险加固处理方案，是科学合理的。