龙头水库除险加固工程存在的问题及处理措施

2016-09-28刘俊生董丽丽

东北水利水电 2016年1期

关键词：土坝水洞坝坡

刘俊生，董丽丽

（1.吉林省水利科学研究院，吉林长春 130022；2.吉林省水利水电勘测设计研究院，吉林长春 130012）

龙头水库除险加固工程存在的问题及处理措施

刘俊生1，董丽丽2

（1.吉林省水利科学研究院，吉林长春 130022；2.吉林省水利水电勘测设计研究院，吉林长春 130012）

龙头水库见于1958年，存在水工建筑物规模小，不满足主体功能要求，坝体坝基存在渗漏问题，对其采取了水工建筑物重建措施，并对坝体渗漏采取了防渗土工膜等措施进行防渗是很好的方法。

建筑物规模；滑动稳定；渗透问题；防渗

1　工程概况

龙头水库位于梅河口市水道镇龙头村，属于辉发河水系，流域位置位于大沙河下游左岸支流。是一座以灌溉为主，兼有防洪的综合效益的小（2）型水库。附近有公路通过，交通较为便利。

水库始建于1958年，现水库枢纽工程主要由土坝、输水洞和溢洪道组成。土坝为均质土坝，坝长270.0 m，最大坝高5.7 m，坝顶高程301.23～301.66 m，坝顶宽2.0～4.1 m。上游有毛石护坡，坝坡1∶2.5左右，下游无护坡，坝坡1∶2.0左右。输水洞工程位于土坝右侧，轴线桩号0+209 m处，与大坝正交，为直径100 cm混凝土圆管。溢洪道位于坝体左端，轴线桩号0+035 m处，堰顶高程299.60 m。

在2011年3月大坝安全鉴定中被评为三类坝。龙头水库现存主要问题：上游坝坡毛石护坡，粒径小，凹凸不平，上、下游坝坡较陡；高水位运行时，坝体局部湿润，坝基有轻微渗漏问题，无明显水流；溢洪道和输水洞规模低，混凝土破损严重，钢筋外露，存在闸门启闭失灵问题，不能正常运行。

2　工程地质条件

坝址区按成因类型，主要地貌形态有：人工堆积的坝体、河谷漫滩、丘陵斜坡。岩性主要有为第四系松散堆积层和华力西期花岗岩组成。其中坝体填筑土由夹砂低液限粘土组成，根据钻孔资料，砂质成分分布极不均匀，一般称透镜体散布在坝体内，含泥量仅7.4%；淤泥质粘土为坝基主要组成成分；两坝肩分布厚层低液限粘土，钻孔揭露的花岗岩呈全风化状态，由砂砾夹泥质成分组成。

该水库建设于20世纪50年代，兴建时无勘察设计资料，土坝填筑无标准要求。由于坝体填筑土料不均匀，含有粗砂，虽未形成连续的透水层，但高水位长时间运行，坝体湿润，导致水库不能正常运行，不能充分发挥水库效益。溢洪道和输水洞建设初期缺少必要的水利计算，规模较小，根本不能满足泄洪和灌溉建设需要，汛期和灌溉时，只能在坝体临时开挖土渠进行泄洪和灌溉，使得水库一直带病运行。

3　坝体稳定分析

3.1坝体渗流稳定分析

工程选取大坝桩号0+135断面（最不利断面，由坝体填筑土、中砂夹层、淤泥质粘土构成）作为计算断面，采用北京理正公司软件设计研究所编制的《渗流分析程序》进行电算（采用有限元法）。

经计算，大坝下游坡溢出点为坝脚，单宽渗漏量q=0.002 79 m3/d，渗流宽度按全坝长270 m计算，库现状年渗漏量为274.95 m3，多年平均径流量12万m3，年渗透量可忽略不计。

坝后坡溢出段由坝体填筑土及中砂夹层组成，坝体填筑土最大渗透比降值为0.26，小于坝体土允许渗透比降2.0；坝基最大出逸比降为0.23，小于坝基表层土允许渗透比降1.0。坝体坝基无渗透稳定问题。

3.2坝体滑动稳定分析

坝体滑动稳定分析根据SL274—2001《碾压式土石坝设计规范》，采用瑞典圆弧法进行滑动稳定分析。计算断面取土坝桩号0+135最不利断面。坝体的滑动稳定计算成果见表1。

表1　土坝坝坡抗滑稳定计算成果表（现状）

经坝坡稳定计算，各种计算情况下，上下游坝坡均满足稳定要求。由于土坝现状在各种运用条件下均满足稳定要求，故加固后不再进行抗滑稳定计算。不同工况的稳定计算图见图1。

4　除险加固工程处理措施

4.1坝坡设计

经过计算，坝体滑动稳定满足规范要求，本着不破坏现有坝坡的原则，按照现有坝坡，采用抛石固脚，干砌块石护坡的型式进行护砌，后坝坡进行了简单整型处理。

4.2防渗设计

经过计算，土坝坝体坝基渗漏量较小，不存在渗稳问题。但其运行至今，高水位运行存在坝体湿润现象，不利于坝体滑动稳定，所以水库一直低水位运行，不能充分发挥效益。此次除险加固设计，设计进行了防渗处理设计。

图1　龙头水库现状坝体0+135断面稳定计算图

灌浆一直是坝体、坝基防渗处理的常用方法，该方法无需水库放空即可进行，但该方法工程费用较高。由于水库除险加固设计有资金要求，在完成常规的建筑物重建和坝体护砌工作后，基本无力支付帷幕灌浆的费用。由于水库基本可以放空，设计采用了防渗土工膜进行防渗的处理办法。即在坝前坡护砌时，采用铺设防渗土工膜，坝脚处与粘性土充分结合，形成良好的相对不透水层，起到较好的防渗效果。

4.3水工建筑物设计

水库主要水工建筑物为溢洪道和灌溉洞，存在规模小，不满足行洪和灌溉要求，混凝土破坏严重，存在启闭失灵等问题。此次设计按现行规程规范要求，在原输水洞位置将溢洪道和输水洞合并修建1.0 m×1.2 m泄洪灌溉洞，满足水库的泄洪和灌溉需要，充分发挥了水库主体工程。