独山泗亭水库除险加固工程设计方案

2017-08-07蒲继刚

水利科学与寒区工程 2017年6期

关键词：溢洪道除险坝体

蒲继刚

(贵州省水利科学研究院，贵州贵阳 550001)

独山泗亭水库除险加固工程设计方案

蒲继刚

(贵州省水利科学研究院，贵州贵阳 550001)

基于目前水库工程进行除险加固工程设计过程中存在的问题及影响，以实际工程为例，分析了水库大坝安全鉴定结果，并据此提出了相应的除险加固工程设计方案，其目的是为相关建设者提供一些借鉴依据。

水库；大坝安全；鉴定；除险加固

1 工程概况

泗亭水库坝址以上集水面积2.5 km2，经安全评价复核水库总库容125万m3，兴利库容96.29万m3。主要功能是农田灌溉用水，兼有一定的防洪功能。泗亭水库工程1964年动工兴建，1965年建成，水库工程原设计灌溉面积133.33 hm2，由于渗漏严重，实际灌溉面积40 hm2。水库枢纽由大坝、放水涵洞、左岸溢洪道等建筑物组成。大坝为均质土坝，坝顶高程896 m，最大坝高17 m，坝顶轴线长57 m，坝顶宽3.0 m，坝顶无防浪墙。上游坝坡1∶2.2，无护坡设施。下游坝坡为1∶2，无排水棱体。大坝右坝段设有一个无压放水涵洞，全长51 m，尺寸 40 cm×40 cm的箱型涵洞，涵洞出口底板高程884.25 m，进口设有消力井，石球阀控制，进水口高程885.18 m，目前石球阀及拉杆均已损坏。为保证整个工程项目建设使用的安全稳定性，相关人员应加大除险加固工程设计方案研究力度，从而满足项目施工建设的设计需求。

2 独山泗亭水库大坝安全鉴定结果

对于工程质量评价，大坝建坝时间早，建坝时施工用料差，土质防渗体不能满足规范要求，坝体工程质量评价为不合格。溢洪道底板为浆砌石，有开裂、变形等现象，溢洪道工程质量评价为不合格。放水设置不能正常使用，控制石球闸阀已被损坏，现已无控制设置，放水设置工程质量评价为不合格。工程质量综合评价为不合格。运行管理评价为，泗亭水库建成早期，没有设置专门的管理所，主要由当地水利站管理，无专职管理人员，技术力量有限，也无专门的管理经费等。水库不符合《水库工程管理通则》(SLJ T02-81)要求，水库运行管理综合评价为差。

根据上述鉴定结果，相关人员对水库大坝的防洪标准进行了复核，结果为：水库抗洪能力不能达到现行规范要求，且坝顶未设置防浪墙，不能满足防洪要求。在复核不同渗透系数的坝体分区渗流计算可参考《水力计算手册》心墙坝的渗流计算方法[1]。将具有较小渗透系数的土工膜转引化成具有与坝壳同一渗透系数的均质坝，便可按均质坝的方法进行渗流计算。如图1所示，为计算转化简图。

图1 渗流计算转化简图

抗洪能力综合评价定为C级。在结构安全评价方面，经坝坡稳定计算，坝体上、下游坝坡稳定安全系数不能满足《碾压式土石坝设计规范》(SL 274-2001)要求[2]；溢洪道结构安全不能满足现行规范要求；取水设施结构安全不能满足现行规范要求。水库结构安全综合评价定为C级。

由于库区右岸存在邻谷渗漏，坝基渗流性态不安全，坝身渗流性态不安全，放水建筑物渗流性态不安全，因此，渗流安全评价等级为C级。此外，相关人员还对水库大坝的抗震安全性能进行了复核，即根据《中国地震动参数区划图》(GB 18306-2015)中的规范标准[3]，水库区域地震动峰值加速度小于0.05 g，地震动反应谱特征周期为0.35 s，本区域地震加速度小于6°。为此，按《水库大坝安全评价导则》(SL 258-2000)的规定，不用进行抗震复核[4]。针对上述安全鉴定结果，水库大坝施工建设人员必须对其进行除险加固工程的优化设计，从而保证工程项目建设使用的科学合理性。

3 泗亭水库除险加固工程设计方案

3.1 大坝除险加固设计

由以上计算知，各工况下，大坝上、下游面坝坡稳定均不能满足规范要求。根据现场注水试验成果知，坝体渗流系数为8.4×10-4cm/s，透水率不满足规范要求。从勘察分析成果来看，坝体下游面坝坡与涵洞出口接触带有散浸现象，坝脚与基础接触处有渗漏点，坝体防渗土料密实度较差，存在渗漏问题，需进行防渗加固处理。

大坝除险加固设计方案为：①防渗采用上游坝面土工膜+基础帷幕灌浆；②大坝坝顶平整和增设防浪墙；③大坝下游坝面采用草皮护坡处理并增设排水棱体；④溢洪道整治；⑤增设大坝左岸丫口防渗墙；⑥放水设施改造。

3.2 大坝防渗处理方案比选

据勘查分析，坝体左、右坝肩接触面存在渗漏情况，主要为原大坝清基不彻底，施工方法为给定受益群众完成任务的方法突击施工，施工质量难以保证，经过多年运行与渗透破坏，接触面形成渗漏通道以致接触面渗漏。在库水位升高蓄水时，大坝下游面浸润出点较高，大坝填筑质量较差。针对该大坝渗漏情况，根据土坝防渗技术的发展和工程实际情况，拟采用方案一：上游面采用土工膜结合坝基防渗帷幕；方案二：坝体劈裂灌浆结合坝基帷幕两种处理方案。

方案一：采用土工膜加坝前截流墙结合帷幕灌浆处理。本方案存在开挖工程量较大、须修建临时工程，工程投资较劈裂灌浆方案要大(约5万元)等缺点。优点是采用土工膜防渗处理不会受填筑质量不均影响，防渗效果及可靠性都较好。且土工膜施工工艺简单，施工技术成熟，施工队伍选择范围较广，处理方案明确，防渗效果较好，与坝体内埋管有利连接，且施工工期较短，灌浆无效进尺较小。

方案二：坝体劈裂灌浆防渗处理可同时对坝体与坝基防渗，采用坝体劈裂灌浆具备施工简单，无水下施工，无临时工程等方面的优点。但根据坝体填筑材料开挖痕迹揭示，本工程坝体填筑材料填筑料含较多风化碎块，受坝体填筑材料的影响，劈裂灌浆在坝体内不易形成连续防渗体，施工质量不易保证，且劈裂灌浆技术要求较高。若灌浆压力控制不当，可能引起坝体变形，从而可能影响坝坡自身稳定；另外，劈裂灌浆施工期较长，单孔两次灌浆间隔时间为5～6 d，单孔吃浆量大的不少于10 d，初步估算本工程若采用劈裂灌浆需要6个多月有效工期；因劈裂灌浆属于隐蔽工程，工程质量在施工过程中和施工完成后，不能直接观察，其缺陷常在使用时才能发现，出现质量事故返工比较困难甚至无法弥补；尤其该方案处理涵洞进口渗漏段灌浆较难控制，稍有误差，渗漏很难得到控制，极有可能造成投资大量资金而解决不了渗漏问题。因此，在能采取其他工程措施的情况下不推荐采用劈裂灌浆方案。因此，本工程进行大坝的除险加固方案推荐方案一：土工膜加坝前截流墙结合帷幕灌浆处理方案。

3.3 泄洪建筑物

方案一：拓宽溢洪道，即根据水文计算结果，在保持原有兴利库容情况下，溢流堰净宽需拓宽到15 m才能满足要求，拓宽后溢洪道正常水位为894.84 m，校核水位为895.78 m，距坝顶高程896 m低0.22 m，加上上游坝坡粗砂垫层0.2 cm，校核洪水位低于坝顶高程0.42 m，满足规范要求。溢洪道布置于大坝左岸。该方案只需拓宽溢洪道，封堵左岸丫口(高程894 m)并进行大坝整治即满足要求。

方案二：溢洪道宽度7 m，降低溢洪道堰顶高程。由于原有溢洪道宽度为6.5 m，因此，设计人员将其调整为7 m，降低堰顶高程使其满足防洪要求。经水文计算，正常水位为894.4 m时，校核水位为895.78 m，堰上水头为1.38 m，校核洪水位满足现状坝顶高程，防洪能力满足要求。