侣村水库除险加固工程设计

朱鑫

【摘 要】当前，我国绝大多数中小型病险水库年久失修，老化渗漏，严重影响了水库的正常运行，因此必须对这些病险水库进行除险加固。文章针对侣村水库存在的主要问题和隐患，对大坝的渗流和稳定情况进行了数据分析，并提出了大坝、溢洪道、放水设施等主要建筑物的加固方案，简述了工程布置形式和建筑物具体尺寸，同时可以为其他中小型水库的除险加固工程提供经验和参考。

【关键词】小型水库；除险加固；设计

【中图分类号】TV697.3 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2016）10-0062-03

1 工程概况

侣村水库位于广西柳州市鹿寨县四排乡侣村。水库坝址控制集雨面积为1.81 km2，总库容为27.33万m3，设计灌溉面积为0.133 km2（200亩），是一座以灌溉为主结合养殖的小（2）型水库，工程等别为Ⅴ等，主要建筑物大坝、溢洪道、放水设施等为5级建筑物，洪水标准为30年一遇洪水设计，设计洪水位为177.55 m，300年一遇洪水校核，校核洪水位為177.89 m。由于年久失修，现实际灌溉面积为0.106 km2（159亩），且水库大坝存在坝肩渗漏、下游排水体松散、溢洪道两岸挡墙高度不满足要求、消力池池长不满足要求、放水设施老化漏水严重、溢洪道进口处无交通桥等现象。根据桂水水管〔2010〕104号文《广西小（2）型水库大坝安全鉴定暂行办法》和《水库大坝安全评价导则》（SL 258—2000），综合评价侣村水库为“三类坝”，已严重影响水库的安全运行，为确保水库能发挥应有的综合利用效益，必须进行除险加固。

2 工程存在的主要问题

侣村水库主要由大坝、溢洪道、放水设施组成，目前水库在实际运行过程中存在以下比较突出的问题。

2.1 大坝存在的主要问题

（1）水库防洪标准为30年一遇洪水设计，300年一遇洪水校核，坝顶高程不满足规范要求。

（2）大坝下游坝坡出逸段渗流坡降为0.5，大于坝体允许水力坡降0.43，坝体渗透坡降不满足规范要求。大坝下游坝坡坡脚排水体松散，大坝左坝肩有约20 m2散浸漏水现象，局部坝坡较陡。

（3）大坝上游坝坡无防护，坝肩两侧无排水设施，下游坝坡无人行踏步，无排水沟。

（4）大坝填土渗透系数大（7.7×10-4 cm/s），填土质量较差，不利于大坝渗流稳定。

2.2 溢洪道存在的主要问题

溢洪道两侧边墙高度均不满足要求，消力池长度不满足要求，浆砌石衬砌抹面砂浆老化、脱落，底板浆砌石损坏严重，溢洪道进口段无交通桥。

2.3 放水设施存在的主要问题

放水斜管为混凝土结构，老化且通气孔低，高水位运行易气蚀；坝内放水平管为浆砌石结构，已出现开裂漏水病害。

3 除险加固设计

3.1 工程总体布置

根据侣村水库安全鉴定结论及意见，本次除险加固主要设计内容包括上游铺设土工膜防渗、新增混凝土护坡、坝脚设混凝土趾墙、坝肩设混凝土齿槽；坝顶新建防浪墙、新建泥结石路面；下游种植草皮护坡、坝肩新建排水沟，拆除重建排水棱体；拆除溢洪道全段浆砌石挡墙及底板；新建进口段两侧浆砌石导墙、新建斜坡段、消力池段挡墙及底板、新建护坦段；新建跨溢洪道交通桥；拆除原跨消力池输水管，新建渡槽；拆除原放水斜管，封堵原放水平管，新建梯级放水斜管和放水平管；新建管理房；维修防汛抢险道路。

3.2 大坝加固设计

3.2.1 坝体（肩）渗流计算及防渗处理

经水库现有资料显示，大坝始建于1965年，限于当时的经济和技术条件，坝基和岸坡清理不彻底，筑坝土料没有经过严格筛选，施工质量较差。工程运行以来，出现坝体、坝肩渗漏问题，导致水库长期不能蓄水，严重影响水库的安全运行。

经现场勘察发现，水库大坝左坝肩有约20 m2散浸漏水现象；同时，采用北京理正渗流计算软件和有限元法进行计算，大坝下游坝坡出逸段渗流坡降为0.50，大于坝体允许水力坡降[J]=0.43，坝体渗透坡降不满足规范要求，大坝填土渗透系数为7.7×10-4 cm/s，规范要求均质土坝渗透系数不大于1×10-4 cm/s，坝体填土质量较差，压实度偏低，透水性偏大。针对大坝存在的问题，各计算工况浸润线溢出点高，渗流出逸点均从坝坡逸出。

坝肩渗水处理一般采用“截、排、堵、导”等措施，针对大坝存在的问题，对大坝防渗进行了2个处理方案的比选：方案一，在坝顶设灌浆孔对坝体进行高压摆喷灌浆处理；方案二，在大坝上游坝坡铺设复合土工膜防渗。方案一的优缺点是高压摆喷灌浆方案可以直接在坝顶进行施工，不需在上游设围堰，但需架设专用用电线路，施工技术要求比较高，施工质量难以控制，很难达到良好的防渗效果，工程投资较大；方案二的优缺点是采用复合土工膜防渗的方案，施工简单，施工质量容易控制，复合土工膜的渗透系数达1.0×10-9～9.9×10-9 cm/s，防渗效果好且投资较少，但复合土工膜铺设受季节限制，需放空水库进行。

经综合比较，考虑到方案二施工简单，技术上可靠，投资少，故采用复合土工膜防渗方案作为推荐方案。本次加固设计先对坝面进行平整夯实，清理上游坝坡，再铺设规格为150 g/0.3 mm/150 g的针刺短线涤纶两布一膜（PE膜），复合土工膜上再铺50 mm厚中粗砂垫层，再浇筑100 mm厚的C15混凝土护坡。

3.2.2 坝体稳定计算及加固

由于加固后大坝的筑坝材料及坝体结构改变，需要对加固后的坝体进行稳定计算，计算依据《碾压式土石坝设计规范》（SL274—2001）及《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》（SL189—96），目的在于确保坝体在各种工况情况下稳定运行。

大坝坝坡抗滑稳定分析计算采用北京理正软件的碾压式土石坝边坡稳定分析软件，按瑞典圆弧法进行计算。计算工况见表1，计算成果见表2。

从表2可以看出：加固后，大坝上下游坝坡在各工况下抗滑稳定安全系数均大于规范要求的最小安全系数，满足规范要求。

3.3 溢洪道加固设计

桩号Y0-006～Y0+000段为进口段，本次设计新建两侧导墙，为M7.5浆砌石结构，墙顶宽0.4 m，背坡为1∶0.4，外露面用3 cm厚的M10水泥砂浆抹面。左侧挡墙顶高程为175.80～178.20 m，右侧挡墙顶高程为178.20 m，两侧挡墙基础埋深应不少于30 cm。墙背填土为压实黏土。

控制段为开敞式无坎宽顶堰，桩号为Y0+000～Y0+004，堰顶高程为176.53 m，堰宽13.5 m，长4 m，为矩形断面。拆除原浆砌石底板及挡墙，新建0.3 m厚的C20混凝土底板，新建M7.5浆砌石挡墙，挡墙顶宽0.4 m，背坡为1∶0.4，挡墙顶高程为178.20 m。挡墙外露面用3 cm厚的M10水泥砂浆抹面。墙背填土为压实黏土。

控制段后为斜坡段，桩号为Y0+004～Y0+031.35，斜坡段长27.35 m，宽度为13.5～8 m，拆除原浆砌石底板及两侧浆砌石挡墙，新建0.3 m厚的C20混凝土底板，底板高程为176.53～170.10 m；两侧新建M7.5浆砌石挡墙，挡墙顶宽0.4 m，背坡为1∶0.4，挡墙顶高程为178.20～172.70 m，挡墙外露面用3 cm厚的M10水泥砂浆抹面。两侧挡墙及底板设φ50 mmPVC排水管，间距为2 m，呈梅花状布置。墙背填土为压实素土。在斜坡段桩号为Y0+010～Y0+013.5处顶部设一交通桥，桥总宽3.5 m，净宽3 m，跨度为11 m，梁板式結构，桥面高程为178.82 m。

斜坡段后接消力池，桩号为Y0+031.35～Y0+041.85，消力池长10.5 m，池深0.9 m，宽8 m，池底高程为170.10 m。消力池为矩形断面，两侧为M7.5浆砌石挡墙，挡墙顶宽0.4 m，背坡为1∶0.4，挡墙顶高程为172.70 m，挡墙外露面用3 cm厚的M10水泥砂浆抹面。底板为0.4 m厚的C20混凝土，边墙及底板设φ50 mmPVC排水管，间距为2 m。墙背填土为压实素土。拆除原跨消力池输水管，新建跨消力池钢筋砼渡槽，渡槽为C25钢筋砼矩形结构，底厚0.2 m，壁厚0.25 m，断面净尺寸为0.4 m×0.4 m。

消力池后接护坦段，桩号为Y0+041.85～Y0+049.85，护坦段长8 m，宽8 m，新建0.3 m厚的C20砼底板，底板高程为171.0 m。

3.4 放水设施加固设计

本次放水设施改建方案为拆除原放水斜管，封堵原放水平管，新建放水斜管及放水平管。

拆除原放水斜管；原放水平管进口段新建C20砼截水墙，尺寸为3 m×3 m×1.5 m（长×宽×厚）；在大坝上游侧紧贴原平管两壁挖孔桩，挖至原平管处后将原平管截断，施工上、下游堵头段，上游采用C20微膨胀混凝土封堵，下游采用1∶3水泥砂浆封堵。孔桩直径为1.2 m，采用C20钢筋砼护壁，厚150～100 mm，施工完成后，孔桩井筒回填C20砼至坝面。

放水斜管新建于大坝上游右侧岸坡，建基面高程为171.91 m，斜管顶部高程为178.51 m，坡比为1∶2.5，放水斜管共14级，每级高0.3 m，宽0.75 m，为C25钢筋混凝土箱涵结构，断面尺寸为0.8 m×0.9 m（宽×高）。

放水平管用DN800钢筋混凝土预制管，采用顶管法施工。放水平管进口高程为172.71 m，放水平管出口高程为172.45 m，水平投影长度为28 m，底坡i=0.002 8。放水平管设两道止水环，管外壁进行回填灌浆。放水平管出口处新修明渠将水引至原灌溉渠道，明渠段长3 m，净宽1 m，净高0.9 m，两侧挡墙为M7.5浆砌石结构，宽0.8 m，底板为0.1 m厚C15砼。

4 结语

水库除险加固应遵循“追根溯源，对症下药“的原则，对病险水库出现的问题和现象进行分析与论证，从而制定相应的加固措施。针对同一问题可提出多种解决方案，参照各项指标对方案进行比选，综合各方面因素比选出最优方案。目前侣村水库除险加固工程的设计工作已完成，正在进行施工。

参 考 文 献

[1]周万文.广西小型水库除险加固设计问题的探讨[J].广西水利水电，2009（2）：56-60.

[2]虞松宾.小（2）型水库除险加固设计经验探讨[J].企业科技与发展，2011（15）：76-77.

[3]阳炎，杨曦.白岩塘水库除险加固设计与施工技术[J].广西水利水电，2015（2）：58-60.

[4]刘永豪，李飞燕.三连水库除险加固工程设计[J].广西水利水电，2015（3）：67-68.

[责任编辑：陈泽琦]