米家寨水库大坝除险加固设计简述

摘 要：通过介绍米家寨水库概况及存在的问题，分析了水库除险加固的必要性，并对水库大坝各部提出了设计方案。工程建成后，既提高了水库防洪能力，又改善和恢复了灌区灌溉面积，具有显著的社会效益和防洪效益。

关键词：米家寨水库；大坝；防渗加固；加固设计

中图分类号：TV697.3 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.03.132

1 工程概況

米家寨水库位于忻州市忻府区境内的云中河中游出山口处，控制流域面积305 km2，距忻州市城区约30 km，米家寨村上游300 m，是一座以域镇防洪、农业灌溉为主的中型水库，建于1976年，1977年拦洪蓄水，1989年进行了泄洪工程改建与大坝防渗加固，总库容1.025×107 m3。水库枢纽主要由大坝、深孔泄洪闸和灌溉洞组成，大坝为壤土斜墙混合料碾压坝，坝址河底高程887.58 m，坝顶高程909.0 m，最大坝高21.42 m。

米家寨水库工程等别为三等，永久性建筑物中主要建筑物级别为3级，次要建筑物级别为4级，临时建筑物级别为5级。水库设计洪水标准为百年一遇，校核洪水标准为千年一遇。下游河道设防标准为10～20年一遇洪水，正常蓄水位906.73 m，设计洪水位906.29 m，校核洪水为908.56 m。

2 除险加固的必要性

根据大坝安全鉴定结果，水库综合类别为三类坝，存在的主要问题有：①坝体填土质量差，干容量1.29～1.6 g/cm3，坝顶出现纵向通缝；②坝基、坝肩渗漏严重，且存在明显的渗透变形、破坏问题，坝后在低水位时就有管漏问题存在；③水库大坝防洪标准不达现行部颁标准；④大坝两坝端岸坡存在明显的滑坡危险，危及水库枢纽工程的安全；⑤泄洪闸未设检修门，工作门漏水严重，泄槽挑流段混凝土灌注桩有断桩问题，局部基础下况，挑流段已产生横向贯通缝，危及泄洪工程乃至大坝的安全；⑥灌溉洞检修门锈蚀严重，启闭设备简陋，钢丝绳报废，阀门井漏水严重，工作闸阀不能使用；⑦大坝缺乏正常的、必要的观测和通迅设施，流域内无水情、雨情测报系统，不利于水库的安全运行与管理。

综上所述，现在“多病多险”的米家寨水库不仅不能保证下游工农业用水需求，水资源浪费严重，而且在遇较大洪水时存在垮坝的危险。水库一旦垮坝，将会给国家和人民的生命财产带来严重的危害。为此，米家寨水库除险加固工程已迫在眉睫，是非常必要的。

3 除险加固设计

3.1 大坝坝体、坝基防渗加固工程

3.1.1 防渗墙轴线及位置的确定

米家寨水库是一座碾压壤土斜墙混合坝，坝体前半部分为碾压壤土，后半部分为碾压纯砂反滤层和碎石渣、砂砾石，座于透水性较严重的砂砾石层上，坝体填土质量差，最小干容重仅1.29 g/cm3。鉴于此，综合考虑造墙工程量最小、墙体便于与两岸坝头帷幕灌浆相衔接和减少坝体渗漏等，确定混凝土防漏墙轴线布置在平行于坝轴线上游3 cm处。考虑到现状坝顶宽仅6 m，无法安排施工设备和道路交通，将施工平台高程设在908.00 m，即坝顶下切1 m，施工平台宽度达到11 m。

3.1.2 墙型选样

综合工程地质和防渗效果，板柱式和槽板式混凝土防渗墙适合于坝基防渗处理，考虑到板柱式造价昂贵，且工期较长，采用槽板式混凝土防渗墙。

要将基础埋置于淘刷线以下。基础埋深不足时，可以按不同河床堆积物的情况在脚墙外修较宽的沉排、石笼，或堆垒大量漂砾或混凝土块体，或砌筑圬工护墙；也可以用改河和导流的办法避免路基直接受激流冲刷。

3.1.3 混凝土防渗墙墙厚确定

综合防渗墙的强度、渗透、稳定、施工以及地质条件，并结合坝址区的工程地质条件，确定0.8 m厚的防渗墙施工是可行的。

3.1.4 防渗墙截水轮廓与边界连接及造孔深度确定

根据地质情况，冲击钻钻透坚硬岩层较困难且弱风化岩层渗漏损失相对较小，根据北京已建防渗墙的实践经验，在可能的条件下，嵌入弱风化岩层深度下限以0.5～1.0 m较为合理，造孔也较容易，因此，设计防渗轮廓线在弱风化岩层下0.5 m左右，岸坡岩石比较破碎，透水性大，墙底嵌入弱风化基岩的深度为2.5 m。为了保证施工质量，从槽孔的造孔和混凝土浇筑方面考虑，各单孔之间的基岩面不应相差太大。所以防渗轮廓线为折线，造孔最大深度56.10 m，平均45.5 m。

3.1.5 混凝土防渗墙与两岸的连接设计

在平面布置上，应使防渗墙以最短的距离与岸坡连接起来。本次设计两岸坡采用帷幕灌浆防渗处理，所以防渗墙与两坝头帷幕灌浆浆脉以搭接的方式相连，搭接长度2.5 m。

3.1.6 槽孔接头设计

根据北京地区的施工经验，槽孔接头均采用套接一钻，也就是相邻槽孔之前搭接一个主孔宽度（0.8 m），如果遇接头部位存在较大质量问题时，可在接头部位重新凿孔浇筑混凝土。接头孔的开凿时间可根据混凝土强度增长情况和钻孔深度确定，一般在浇混凝土后24～48 h开凿接头孔较为合理。

3.1.7 坝体工程

1989年改建设计坝顶高程909.00 m，本次复核坝顶高程应为910.05 m，设计结合坝体防渗加固工程施工要求，坝顶下切1.0 m。坝体防渗墙工程完成后，在施工面加高大坝1.2 m（即新增坝高0.2 m），上、下游坝坡仍沿用原坝坡坡度，采用粒径大于30 cm的块石进行护坡处理，并设反滤层。新增0.2 m坝顶，依靠上游端的防浪墙和下游端的坝沿石拦护垂直加高。坝顶路面从上游向下游放坡2%.坝顶上游设立C20混凝土现浇防浪墙，墙底直接座于混凝土防渗墙顶，墙底宽0.8 m，基础埋深1.2 m，坝顶面以上高1.5 m，相应墙顶高程为910.7 m。防浪墙每20 m设一沉降缝，缝内设1.0 cm厚的聚乙烯膨胀泡沫塑胶止水板。

3.2 坝端帷幕灌浆及库岸削坡减重工程

3.2.1 坝端帷幕结构设计

右坝端坝体防渗墙与泄洪闸左闸墩相接，帷幕设计沿左闸墩外边垂直坝体防渗墙，向闸室上游沿伸12.15 m，然后转角90°，从闸前铺盖底板一直沿伸至右岸山岩。左坝端帷幕轴线与坝体防渗墙轴线一致，伸入左岸山岩。左坝头伸入山巖深度17.5 m，帷幕轴长17.5 m；右坝头伸入山岩深度25 m，帷幕轴长57.05 m。两种防渗体采用搭接法连接，搭接长度2～3 m。闸基及两坝头均座于强风化黑云母花岗片麻岩上，节理发育，破碎较严重。为保证灌浆效果，灌浆孔深均要求伸入完整基岩2～3 m。采用接地式灌浆帷幕，帷幕厚度取单排孔帷幕厚1.6 m，防渗帷幕要求单位吸水率小于0.0 5 L/min·m·m。

帷幕灌浆采用两排孔。在左坝头与坝基防渗墙接头部位的2.5 m范围内，与防渗墙搭接。孔距2.5 m，排距0.8 m，幕厚3.63 m。

3.2.2 两坝端岸坡削坡减重工程

两坝端实施削坡减重，在下部做适当的护坡工程，并对岸坡设以2～3 m深锚杆和挂钢丝网保护，彻底清除滑坡隐患。右坝端岸坡，削坡从泄洪闸右侧导水墙顶897.0 m开始，设2.5 m宽马道平台，向上以1∶0.75的坡削至909.0 m重力坝顶高程。同时，为出渣方便，在909.0 m高程设2.0 m宽马道平台，仍以1∶0.75的坡削至920.0 m高程，设2.0 m宽马道平台，以1∶1的坡削至岸边顶部940.0 m。削坡范围下游始点设计从重力坝后坝端开始，上游终点控制在闸室上游90 m处，并对闸室上游段897.0 m高程以下实施贴面护坡。

左坝端岸坡工程，结合上坝公路的维修进行。削坡范围为从岸边上坝公路的始点开始至大坝上游50 m。削坡设计根据岸坡现状从上坝公路内侧以1∶0.75的坡度一直削至920～950 m高程。在岩层破碎严重段，采用贴岸护坡式护坡工程。

对两岸坝端岸坡实施削坡减重工程后，为保证岸坡经长期运行后的稳定性，对削坡段全断面设以梅花状布置的钢锚杆，间距3.0 m，并设钢丝维护网，喷锚混凝土护层。

3.2.3 泄洪闸泄槽加固设计

泄槽挑流段横缝的产生是由基础混凝土灌注桩有断桩和施工质量不达设计要求，桩柱强度不足所致。本次设计拟从泄槽桩号0+171.9 m处的伸缩沉降缝处至末端全部拆除重建，以彻底清除泄槽存在的隐患。通过结构计算，原设计结构布局合理，设计强度符合规范要求。为使水流畅顺，改建段泄槽仍采用原结构。为防河床严重下切，影响水库枢纽工程安全，在泄槽下游800 m河槽内设置二座稳固河床的暗坝。暗坝结构设计为砌石坝，坝顶高程高于现河床0.2 m，基础深入现河床下2.0 m。每条暗坝坝长62 m，坝顶宽1.5 m，坝底宽2.5 m，下游面垂直上游面设坡。

3.2.4 灌溉洞阀门井防渗工程

目前，灌溉洞阀门长期浸在水中而报废，井深达18.0 m，工作门位于井底，管理困难。设计拟在灌溉洞阀门井内从底部至上3.0 m高度范围内，在原砌石墙壁上内衬12 m混凝土贴面，并以梅花状布置的锚筋杆入原砌石墙，以增加其结合强度。结合右岸山岸削坡减重工程，从大坝右岸山坡修设台阶，通至灌溉洞阀门井底部拓开管理门，高2.0 m，宽1.2 m，同时在阀门井内新挖集水井一处，在阀门井下游右侧角拓通一条排水沟道，使其顺泄槽后墙流入下游河道。

3.2.5 坝体测压管设计布置

原坝体无坝体浸润线和坝基渗透压力观测管，更无绕渗观测管。设计拟在坝体内埋设浸润线观测管和坝基埋设渗透压力观测管。同时在坝两端安装绕坝渗漏观测管。坝体浸润线观测管和坝基透水层渗水压力观测管均设三排，位置基本在同一桩号上，只是前后错位2 m。

4 结束语

本文针对米家寨水库目前存在的问题，从坝体和坝基防渗加固、坝端帷幕灌浆及库岸削坡减重、泄洪闸泄槽加固、上坝公路改建、灌溉洞阀门井防渗、坝体测压管布置等六方面进行了设计。工程实施后，水库防洪标准达到部颁标准，不仅水库防洪能力将明显提高，而且下游132.8 km2范围内的交通设施（京原铁路、朔黄铁路、108国道、原太高速公路、忻保公路）和军用通迅光缆，18.7万人口和14.3万亩耕地（忻州城区及7个乡镇，33个自然村的）以及双乳山中型水库等水利设施的防洪安全得以保障，同时与下游7.5 km处的旁引水库双乳山中型水库的联合运用可保证云中河水利管理处16.6万亩农田得到适时适量的灌溉，具有显著的社会效益和防洪效益。

作者简介：冯东升（1970—），男，2016年毕业于大连理工大学水利水电建筑工程专业，助理工程师。

〔编辑：王霞〕