白石里水库调洪演算及防渗加固设计研究

荀 俊，王 强

(常州市城市防洪工程管理处，江苏 常州 213000)

1 引言

水库具备防洪、灌溉等作用，经济、社会效益显著[1-2]。在长期使用过程中，水库周围环境的改变对水库防洪现状可能造成一定的影响。对于一些早期修建的水库，受限于当时的经济、技术水平，水库大坝修建质量较为低下，在水流的长期侵蚀作用下，水库出现了不同程度损坏，防渗、调洪等功能不能满足现状使用需求[3-6]。针对这一类型的情况，大坝采取加固处理措施是十分必要的。结合白石里水库，对水库调洪演算和防渗加固处理进行研究。

2 工程概况

白石里水库为小(1)型水库，库容103.5万m3，最大坝高15.9 m，工程等别为Ⅳ等。水库主要建筑物大坝、溢洪闸、放水涵洞均为4级建筑物。本工程永久性挡水和泄水建筑物所采用的设计洪水标准为30 a一遇，校核洪水标准为500 a一遇，消能防冲标准为30 a一遇。30 a、500 a一遇洪峰流量分别为64.1 m3/s、96.3 m3/s。根据大坝鉴定结果，存在主要问题是渗漏严重、抗滑稳定性不满足要求。

3 调洪演算

3.1 水库泄流能力

白石里水库水位～库容曲线见图1。水位～泄流能力曲线见图2。

图1 水位库容关系曲线

图2 水位～泄流能力曲线

3.2 控制运用条件

溢洪道位于大坝左岸，共分三孔，单孔净宽2 m，堰顶高程57.00 m，最大泄量50.4 m3/s，配3台8 t手动螺杆式启闭机。故水库调洪演算起调水位为57.00 m，即当库水位超过堰顶时，溢洪道开始溢流泄洪。

3.3 调洪演算

3.3.1 调洪演算基本原理

根据水库泄洪运用方式，以及水库容积关系曲线、溢洪道泄量关系曲线和设计洪水成果进行调洪演算，水库调洪演算方程式如下，水库瞬时进出水量平衡方程式：

雨量与汇流关系如下式：

Q=166.7φFi/10

式中：Q为汇流量，m3/s；F为设计排水面积；i为设计降雨强度；φ为径流系数。

3.3.2 调洪演算成果

调洪演算过程见表1、表2，计算结果见表3。由表1～表3可见，经洪水复核与调洪计算，水库设计洪水位59.19 m，相应下泄流量31.6 m3/s；校核洪水位60.14 m，相应下泄流量54.2 m3/s，与原设计洪水位59.13 m和校核洪水位60.15 m差别较小。因此本次安全评价和除险加固仍采用原特征水位，即设计洪水位59.13 m，校核洪水位60.15 m。

表1 白石里水库调洪演算过程(重现期30 a)

表2 白石里水库调洪演算过程(重现期500 a)

表3 白石里水库调洪演算结果

4 防渗加固方案设计

4.1 方案比选

白石里水库大坝长450 m，最大坝高15.9 m。根据勘察报告，坝体主要由素填土组成。根据注水试验结果可知，坝体局部密实度差、透水性强，渗透系数不满足要求。坝体加高填土来源于坝体左侧山体，砂砾石含量较大。目前，坝体主要存在渗漏严重等现象，主要和坝体填筑质量、填筑料有关，存在渗流安全隐患。根据坝体现状，提出以下三种防渗方案。

4.1.1 方案一：高压旋喷桩防渗墙

高压旋喷桩防渗墙主要是利用钻机成孔后，将灌浆管下降至预定位置，利用高压喷射的浆液形成墙体。高压旋喷桩防渗墙适应性较强，可在多种地层中使用，且成桩强度大、完整性好、噪音小、施工速度快等优势。结合大坝工程情况，沿坝顶轴线布设单排旋喷桩。

防渗墙厚度按下式计算：

T=ΔH/[J]

式中：T防渗墙厚度，m；ΔH最大上、下游水头差，ΔH=13.65 m；[J]允许水力坡降。

4.1.2 方案二：塑性混凝土防渗墙

该方法主要是利用机械成孔，之后向孔内灌注混凝土，从而形成连续的防渗墙。塑性混凝土防渗墙的主要优势为：耐久性好、墙体厚度可控，但该方法对施工场地要求较高，工程投资大。结合工程概况，初步确定配比如下：水泥∶砂∶碎石∶粘土=1∶1.5∶2.9∶0.2。施工前需要根据试验综合确定材料配比。经计算，设计防渗墙厚度为0.3 m。渗透系数k≤1×10-6cm/s。

4.1.3 方案三：多头小直径深层搅拌桩防渗墙

该方法是使用多头小直径深层搅拌桩机将浆液喷成土体，同时利用钻头搅拌。将浆液与土体混合，形成水泥土防渗墙，经计算，防渗墙厚度不应小于0.28 m。考虑到施工偏差，设计桩径为50 cm，桩心距为32 cm，搭接处成墙厚度38.4 cm。要求渗透系数k≤1×10-5cm/s。

4.2 各方案比选

上述3种方案均取得了许多成功经验，在防渗技术要求上是可行的，成功实施后可确保坝体满足防渗需求。但3种方案在施工过程中存在差别。各方案对比见表3。

表3 防渗方案比选

根据表3可知，方案三工程造价最低，但该方法一般在防渗墙深度小于15 m的情况下实施效果较好，针对本工程含有较多硬塑粘性土以及砂类土适宜性较差，本工程素填土液性指数IL=0.41～0.53，处于可塑状态，方案三基本适宜本工程土体。但是，白石里水库大坝右坝肩渗漏情况较严重，且前期加高过程中填筑料含有砂砾石，使用方案三存在不能成墙的可能，如成墙则耐久性较差。因此，方案三可不考虑作为此次防渗加固的推荐方案。方案一、二均具备良好的适宜性，防渗效果均较好，从经济方面考虑，方案一投资低。综合考虑，采用高压旋喷桩防渗墙作为防渗加固方案。

5 结论

为了改善白石里水库渗漏量、渗流稳定性不满足要求的现状，急需对其采取加固治理。通过调洪演算，采用原设计特征水位仍可满足现状防洪需求，除险加固水位按照原设计标准计算。通过3种方案比选，采用高压旋喷桩防渗墙作为防渗加固治理方案，具有防渗加固效果好、适应性强、施工难度低等优势，作为防渗加固的推荐方案。