石岭河水库大坝防渗加固工程设计

李中泽 李 霞 贾跃东 周 晔

（桐柏县水利局）

0 引言

根据石岭河水库安全鉴定结论，结合现状大坝稳定、渗流分析成果，确定石岭河水库大坝除险加固工程内容包括：上游坝坡整修、新建粘土斜墙，混凝土护坡；坝顶挡墙拆除，新建防浪墙、路沿石及坝顶道路；下游坝坡整修，草皮护坡，新建坡面排水系统、排水体工程、上坝踏步及坝后北干渠管道工程；坝基高聚物防渗墙工程等。

1 石岭河水库大坝现状

石岭河水库位于西峡县田关乡西北约1.00 km 的湍河支流黄水河上，属长江流域白河水系。水库于1957 年11 月兴建，1960 年主体工程基本完成，为小（2）型水库，1968 年冬至1970 年水库扩建为小（1）型水库。石岭河水库大坝现状：①上、下游坡面凹凸不平，上游小粒径块石护坡，块石风化、脱落。下游无坡面排水系统，上坝台阶破损；下游无坡面排水系统，上坝台阶破损。②大坝河槽段坝体与坝基接触部位处理差，存在接触渗漏问题。左坝肩存在接触渗漏、右坝肩存在绕渗问题。下游坝脚常年集水、沼泽化，无排水体。③溢洪道进口底板无护砌，左岸自然岸坡坍塌淤积，右岸挡墙裂缝严重，基础淘空；泄槽及消力池混凝土碳化，有多条纵横贯通裂缝，存在位移现象，末端有一冲坑，左岸挡墙高度不足，右岸挡墙混凝土碳化剥蚀。出口无泄洪沟。北干渠穿溢洪道处漏水入溢洪道。④输水洞启闭房破损严重，洞身大部分未衬砌，工作闸设于下游坝坡洞身处，闸室倾斜；出口有两灌溉及一退水设施启闭机梁断裂，混凝土碳化，退水渠两岸边墙基础淘刷。⑤闸门及启闭设施结构不完善，损毁严重，无法使用。⑥水库管理和监测设施不完善等。石岭河水库病险严重，为三类坝，急需进行除险加固。

2 除险加固设计原则及任务规模

2.1 石岭河水库除险加固设计原则

石岭河水库运行以来已经发挥了较大的社会、经济、环境等方面效益，因此，除险加固方案考虑以下原则：①除险加固的重点是解决水库的病险问题，确保水库的安全运行。②设计及工程施工尽可能不影响水库正常效益的发挥，不应给库区带来新的移民安置问题，也不应再次造成安全隐患。③加固措施应做到技术先进、经济合理、安全可靠、有利于工程管理并为以后提高水资源的利用程度，提高水库灌区的保证率和下游河道防洪标准创造有利条件。

2.2 石岭河水库除险加固工程任务和规模

①大坝维修加固工程：包括大坝坝顶工程；坝体、坝基防渗加固处理；迎水坡护砌、背水坡整修；新建上坝踏步；完善坡面排水系统及坝后北干渠管道工程等。②溢洪道维修加固工程：包括进水渠、一级泄槽段、一级消力池及一级护坦、二级泄槽、二级消力池及二级护坦等。③输水洞工程：包括对输水洞进口闸室、出口灌溉闸和退水闸、陡槽、坝后启闭室等拆除重建，更换闸门、启闭机等设备。④管理工程：包括管理房屋及相关设施、防汛道路、坝体观测设施等。⑤环境绿化及水土保持工程。

3 大坝防渗加固工程设计

3.1 粘土斜墙

粘土斜墙顶部高程115.30 m，墙顶宽2.00 m，外边坡1.00:2.50，要求粘土压实度≥0.96，渗透系数≤10-5cm/s。

3.2 高聚物防渗墙

3.2.1 处理范围处理范围：桩号0+018.60～0+220.70；处理深度为下至坝基线，上至粘土斜墙内1.00 m。

3.2.2 技术参数

技术参数：①注浆孔孔距1.20 m，孔径6.00 cm；引导孔孔径4.00 cm，成墙厚度2.00 cm；②封孔布袋选用低密度的土工布袋，布袋直径大于搭接孔1.00 cm为宜；③布袋内高聚物密度宜选用0.08～0.10 g/cm3；④墙体密度控制在1.50～2.00 g/cm3为宜。

3.3.3 施工工序

石岭河水库除险加固工程施工工序：①按设计要求进行高聚物防渗墙施工放线，开挖后的废料进行及时清理，以便于成孔施工。②采用三探头型成孔钻具施工注浆孔模，使用静力压入设备将其压入土中，形成超薄型注浆孔模，要求压入设备精确调平，确保孔模垂直。③采用二序施工，将成孔钻具的一个侧翼探头对准前次生成的孔模的侧边孔，把前次生成的孔模的一个侧边孔作为本次成孔的引导孔，以形成连续的注浆孔模。④为避免浆液串孔，保证提升注浆时的浆液膨胀力，在两个孔模之间的连接孔中，采取布袋注浆的方法封孔，布袋注浆密度取0.08～0.10 g/cm3。⑤在超薄型孔模中置入注浆管，按照一定配比，应用集成化精密注射系统向孔模内注射双组份高聚物材料。

4 上游坝坡工程

石岭河水库除险加固工程上游坝坡新建粘土斜墙，坡比1:2.50，坡面采用现浇C20 混凝土护坡。上游坝坡混凝土板护坡厚度采用《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）的公式计算：

式（1）中：η—系数，对整体板式大面积面板取1.00；hp—累计频率为1.00%的波高，m；Lm—平均波长，取设计情况Lm=10.31 m；b—沿坝坡向板长，2.00 m；ρc—板的密度，2.30 t/m3；ρw—水的密度，1.00 t/m3；m—迎水坡坡比，2.50。

经计算：t=0.08 m。为便于施工和坝坡安全，护坡选用12.00 cm 现浇混凝土板，尺寸2.00 m×2.00 m。

5 坝顶工程

坝顶路面材料采用厚18.00 cm 厚泥结碎石，路面倾向下游侧3.00%的缓坡，路沿石在遇横向排水沟处设20.00 cm×20.00 cm 缺口，与横向排水沟连接。坝顶总宽4.00 m，坝顶高程115.30 m。

6 下游坝坡工程

现状下游坡面凹凸不平，杂草灌木丛生。除险加固将坝体表面的草皮、树根、含有植物的表土、卵石、垃圾及其它废料清除，清理厚度0.50 m，然后按设计边坡整修，对于培厚部位，回填风化代料，相对密度≥0.72，采用草皮护坡。设计在高程104.60 m 及干渠下游侧高程98.80 m 处各设置戗台一道，高程115.30～104.60 m 坡比1∶2.30，高程104.60 m 至干渠坡比1∶3，高程98.80 m 以下坡比1∶2.50。

7 背水坡排水沟工程

现状大坝背水坡无纵横排水沟和岸坡排水沟。

石岭河水库除险加固工程共新建排水沟10 条，总长521.00 m，其中：横向排水沟7 条，长160.00 m；纵向排水沟1条，长194.00 m；岸坡排水沟2 条，长167.00 m。

8 排水体工程

新建贴坡排水体位于大坝桩号0+070.00～0+195.00，顶部高程96.50 m。排水体干砌石厚40.00 cm，下部碎石垫层厚20.00 cm，粗砂垫层厚20.00 cm，坡比1:2.50。

9 坝后北干渠管道工程

现状北干渠为矩形断面，底宽1.50 m，高1.20 m，设计流量0.50 m3/s。北干渠年久失修，局部漏水，对坝坡稳定不利。因此，本次设计将北干渠由明渠改建为管道，全长154.00 m，采用C20 预制钢筋混凝土圆管，内径80.00 cm，壁厚10.00 cm，单节长2.00 m，采用承插口连接，管道连接处底部及两侧采用C20 混凝土填塞，在管道转弯处设至镇墩。

10 除险加固后大坝渗流及稳定计算

大坝按上述措施进行除险加固后，坝体渗流、结构稳定将发生变化，需重新进行分析计算，以确保工程安全。计算断面选用桩号0+140.00 断面，计算成果见表1、表2。

表1 除险加固后大坝渗流计算成果表

表2 除险加固后河槽段0+140.00断面稳定分析计算成果表

由计算结果可以看出，除险加固后，坝体单宽渗流量及出逸点高度显著降低，上、下游坝坡抗滑稳定安全系数均大于规范允许值，经除险加固后的大坝是稳定的。

11 结语

石岭河水库除险加固防渗工程完成后，不仅消除了水库险情，加固了大坝，而且使水库在防洪、灌溉、供水、养鱼等方面的综合效益得到充分发挥。该除险加固工程完成后，加固了大坝坝体，完善了溢洪道的泄流条件，改善了水库的周边环境，使防洪、灌溉、养鱼等效益大大提高，同时也保障了水库下游沿岸抵御洪水能力，使下游免受洪涝灾害，保证了人民群众生命财产的安全，促进了国民经济的持续稳定发展。