小型病险水库除险加固工程设计

□张 瑨 □彭仁锋

（1信阳市水土保持监督监测站；2商城县水利水电工程建设质量监督站）

0 引言

上世纪六七十年代，我国修建了大量水库工程，由于当时特定的历史条件，工程存在严重的“三边”（边勘察、边设计、边施工）问题，防洪标准低，质量控制不严，尾工和隐患较多，时刻威胁着下游人民生命财产安全，限制了当地的经济发展。大多数小型水库都存在大坝坝体、坝基、坝肩渗水问题，水库输水洞和溢洪道年久失修，不能正常运行，如果不及早采取除险加固措施，就会极大地制约当地经济的发展。本着实事求是的原则搞好大坝安全鉴定工作，必须精心设计，既要彻底除险加固又要经济安全，把有限的资金用到最需要除险加固的地方和项目。文章总结了河南信阳市寨里水库除险加固工程设计中需要注意的问题，介绍工程中经常采用的典型措施和方法。

1 工程概况

寨里水库位于河南信阳市新县八里畈乡南冲村，淮河流域泼河支流上，控制流域面积为0.70 km2，总库容为35.70万m3，兴利库容为24.50万m3，是一座以防洪、灌溉为主，结合水产养殖等综合利用的小（2）型水库。

水库原设计洪水标准为：水库设计洪水标准按30 a一遇洪水设计，相应洪水位为155.29 m；300 a一遇洪水校核，相应洪水位为155.51 m；正常蓄水位为153.95 m，死水位为147.30 m。本次除险加固采用的洪水标准为：水库设计洪水标准按30 a一遇洪水设计，300 a一遇洪水校核，20 a一遇的设计洪水位为155.39 m，洪峰流量为17.6 m3/s，24 h洪水总量为16.80万m3；300 a一遇的校核洪水位为155.93 m，洪峰流量为25.80 m3/s，24 h洪水总量为26.90万m3。总库容为37.70万m3，兴利库容为24.50万m3，死库容为4.50万m3。水库工程等别为Ⅴ等，主要建筑物为5级。

2 除险加固的必要性

2011年4 月，河南信阳市水利局组织专家对寨里水库进行了安全鉴定，经省水利厅核查，鉴定为三类坝。鉴定结论分析，水库存在以下问题：①大坝心墙填筑土料不合格，填筑质量差，坝体渗漏，坝脚沼泽化；②大坝上游护坡塌滑严重，下游排水设施不完善；③溢洪道下游山体面层全风化，垮塌淤堵严重，不能安全泄洪；④输水洞进口坍塌，启闭设施损毁严重；⑤无观测管理设施。

寨里水库存在诸多安全隐患，严重影响水库的安全运行，使水库不能正常发挥应有的综合效益，应尽早进行除险加固。

3 水库的除险加固措施

3.1 防渗处理措施

寨里水库由于大坝心墙填筑土料不合格，填筑质量差，坝体渗漏严重，下游坝坡出逸点高，坝脚沼泽化，同时心墙最低处顶部高程低于校核水位高程，不满足防洪标准要求。通过计算，工况取平心墙高程152.10 m及危险水位（1/2坝高水位）两种情况，当水位到152.10 m时，出逸点高程为144.58 m，单宽渗漏量为0.16 m3/d/m；当水位到148.10 m时，出逸点高程为144.44 m，单宽渗漏量为0.16 m3/d/m，由计算结果可知，大坝下游坝坡浸润线出逸点高，且坝体渗漏量大，已危及大坝安全。

针对坝体渗漏问题，经过大坝劈裂粘土灌浆、水泥土深层搅拌桩防渗墙和塑性混凝土防渗墙三种方案比选，最后决定采用水泥土深层搅拌桩防渗墙方案。方法如下：对大坝桩号0+000-0+150坝段进行处理，单排布桩，桩径600 mm，桩与桩之间搭接长度200 mm，设计泥浆水灰比1:1，水泥渗入比15%，防渗墙中心线位于坝轴线处，深入坝基以下0.20 m。

3.2 坝坡工程

根据寨里水库大坝内外坡度和坝顶情况，将坝顶进行混凝土硬化，上游坡比为1:2.40，在150.85 m高程处设一平台，宽1.50 m；下游坝坡在149.50 m高程处设一平台，宽1.00 m，平台以上坡比为1:2.50，以下坡比为1:2；下游护坡采用草皮护坡，上游护坡采用现浇混凝土形式。

3.2.1 护坡形式选择

大坝上游坝坡护砌拟选混凝土护坡和干砌石护坡两种方案进行比较，考虑到当地块石料运输距离较远，石质不易得到保证，当地缺乏砌石技工，且两种方案工程造价相差不大，综合比较，采用混凝土护坡经济合理又美观，因此本次上游坝坡采用现浇混凝土护坡进行加固。

3.2.2 现浇混凝土护坡厚度计算

对具有明缝的混凝土或钢筋混凝土板护坡，当坝坡坡度系数m=2～5时，板在浮力作用下稳定的面板厚度可参照《碾压式土石坝设计规范》附录A中公式计算：

式中：η为系数，对整体式大块护面板取1.00；hp为累积频率为1%的波高；b为沿坝坡向板长，取2m；ρc为板的密度，取2.40 t/m3；ρw为水的密度，取 1.00 t/m3；m 为边坡系数，取 2.40；Lm为平均波长。经计算，混凝土护坡厚度t=0.12 m，为安全起见，取混凝土护坡厚度为0.13 m。

为此，对大坝按1:2.40设计坡比对上游坡整修后浇筑0.13 m厚C20混凝土护坡，范围为整个上游坝坡高程147.80 m至坝顶，下部铺设0.12 m厚砂石混合垫层，护坡每块混凝土板尺寸为3.00 m×2.00 m（长×宽），板间采用无砂混凝土填缝。大坝下游坝坡采用草皮护坡。在大坝下游坝坡桩号0+050、0+100及左右坝肩分别设横向排水沟一道，在149.50 m和144.50高程处分别设纵向排水沟一道。下游坝坡坡脚新建干砌石贴坡排水体，贴坡排水顶部高程应不低于计算浸润线逸出点以上1.50 m，故贴坡排水顶部高程为144.50 m，位于大坝桩号0+030-0+125段，贴坡排水体由内至外依次为0.20 m厚粗砂垫层、0.20 m厚碎石垫层、0.30 m厚干砌块石护坡。

3.3 输泄水工程

3.3.1 溢洪道加固工程

寨里水库溢洪道位于大坝右侧，堰顶为生产道路，路下埋设φ400 mm的圆涵，下游山体面层全风化，垮塌淤堵严重，溢洪道不能安全泄洪。设计对老溢洪道进行拆除重建，溢洪道控制段底部高程为153.95 m，尾水渠设计底部比降为1/50，过流断面为梯形，渠道深2.00 m，底板和护坡采用C20混凝土进行护砌，为保证溢洪道两边通行安全，新建溢洪道交通桥。

3.3.2 输水洞加固工程

寨里水库输水洞现状为斜拉闸门型式，位于大坝桩号0+010处，斜拉杆位于水库右侧山坡上，洞身直径为φ400 mm，进口由斜拉闸门控制，并建有砖砌体闸室。但由于修建时技术、经济条件限制和年久失修，造成输水洞进口砌体坍塌，斜拉闸门拉杆严重锈蚀，拉杆支墩砼碳化，启闭室破旧不堪，如果不及时进行除险加固处理，势必威胁大坝安全。

针对输水洞存在的问题，对输水洞进出口及拉杆基墩拆除重建，拆除现有启闭机房，在原址重建启闭机房，更换0.40×0.40 m铸铁闸门1扇，并配套10 t手动螺杆启闭机1台。

4 结语

寨里水库除险加固工程实施后，能够确保水库安全度汛，正常蓄水，发挥其应有的防洪社会效益和经济效益，保证了水库下游人民群众的生命财产安全，对于发展当地农村水利具有积极意义。该工程于2014年8月进行了竣工验收，通过蓄水运行和质量检查，大坝防渗效果良好，达到了预期效果。寨里水库工程除险加固技术的成功运用，不仅对其他病险水库加固处理工程具有借鉴作用，也为病险水库处理技术研究积累了经验。