水库除险加固防渗处理研究——以塘坑坞水库为例

董红哲

（祁门县农业农村水利局，安徽 祁门 245600）

引言

由于多种历史原因，加之水库工程早期的设计和施工缺乏经验，导致水库的防洪标准较低，工程质量较差。同时，由于水库多年没有建立良好的运行和管理机制，导致病险水库大量出现。现阶段，这方面的问题不仅影响到了水库的经济收益和预期效能，还在一定程度上威胁了水库所在地人民的生命和财产安全[1]。

1 塘坑坞水库概况

本研究中的水库为塘坑坞水库，此水库位于祁门县，水库距离慈张线约4 km，流域面积约为0.33 km2。综合水库所在地的环境因素可知，该水库位于深山区域，地区的植被整体覆盖情况较好。

水库所在地区的气候条件相对良好，整体为亚热带季风气候，季节变化较为显著，四季较为温暖，通过综合调查可知，该地区的年均温度约为15.8 ℃，年均降雨量可以达到1 800 mm 以上，但降雨分配存在均衡度较差的问题，即每年的5 月到8 月降雨量较大，可以达到全年降雨量的70%甚至更多[2]。如果没有采取有效的措施进行降雨控制，便极易出现水库洪涝灾害。同时，该地区的秋季和冬季整体降雨量较少，如果不采取有效的措施，又会导致该地区出现旱灾的风险[3]。根据有关人员对水库的地质勘查，发现水库所在地的地质结构层大多为板岩和千枚岩，综合水库所在地的环境条件和地质条件可知，此水库的安全性和运维稳定性将直接影响到其下游的村民[4]。为满足工程的顺利施工需求，在施工前获取工程项目的概况信息，见表1。

表1 塘坑坞水库概况信息

2 水库除险加固防渗处理

2.1 水库挡水建筑物除险加固

在对塘坑坞水库的挡水建筑物进行除险加固前，先确定该水库的各项参数信息：坝顶高程140.05 m；溢洪道堰顶高程138.10 m；20 年一遇洪水位138.54 m；200 年一遇洪水位138.79 m；总库容10.23 m3；大坝最大坝高14.05 m。结合上述数据，确定水库挡水建筑物的渗流稳定系数[5]。由于塘坑坞水库大坝外壳的渗透系数为38×10-5cm/s，大坝2.0 心墙部分的渗透系数为48×10-6cm/s，根据二者比值可得出，其渗透系数比为7.9，明显小于规定要求的100 倍数值，因此塘坑坞水库大坝中间部分的土层不可作为整体防渗体心墙[6]。图1 为塘坑坞水库稳定计算简图。

图1 塘坑坞水库稳定计算简图

结合图1 内容，再结合透水地基上的均质坝计算得出，下游无水有排水棱体。根据前文论述，确定塘坑坞水库大坝标准计算断面单宽渗流量的计算公式为

式中：q 代表塘坑坞水库断面单宽渗流量；K 代表水库坝体渗流系数；KT代表水库坝基的渗流系数；H1代表水库坝前水深，取值为14.30 m；H2代表水库坝后水深，取值为0；T 代表渗水地基厚度；L 代表水库坝体渗径长度。

在确定塘坑坞水库大坝标准计算断面单宽渗流量后，对其采取相应的除险加固措施。根据塘坑坞水库大坝的地形和地质，结合现场实际情况，采用对坝体上游坝面进行堵漏处理的方式对水库挡水建筑物进行除险加固[7]。初步考虑采用PE 复合土工膜方案。根据工程实际需要，以0.5 mm的500 g/m2二布一膜的复合PE 土工膜作为主要材料，采用土工膜防渗处理时，在其上表面设置防护层和上垫层，厚度为400 mm，在其下面设置下垫层，厚度为100 mm。图2 为水库加固后的坡面结构示意图。

图2 水库加固后坡面结构

2.2 泄水建筑物除险加固

再针对泄水建筑物进行除险加固设计，为提升水库高溢流面抗冲耐磨能力和表面平整度，确保结构安全，新建溢流堰体和泄槽底板结构，并将上游导流墙顶部拆除，将建筑加高到设计高程[8]。在进行上述操作时，需要确定泄水建筑物的泄洪能力，计算公式为

式中：Q 代表水库溢洪道水位流量；m 代表流量系数，取值为0.502；e 代表侧收缩系数；B 代表总净宽；g 代表流体运动时的重力加速度；H0代表计入流速水头的堰上总水头。图3 为溢洪道纵断面结构示意图。

图3 水库溢洪道纵断面结构

通过上述计算，不同水库位及溢洪水深的下泄流量应当满足表2 中的条件。

表2 泄水溢洪道水位与下泄流量对照表

2.3 灌溉输水建筑物除险加固

对塘坑坞水库的灌溉输水建筑物进行除险加固设计，已知该水库放水底涵位于大坝左岸，底涵规格为250 mm 的砼圆管结构，底涵进口高程为128.10 m，出口位置的高程为127.70 m。图4 为水库底涵位置坡面示意图。

图4 水库底涵位置坡面

斜拉闸门用于实现对放水的控制，将操作平台设置在左岸岸坡上，闸门的尺寸为500 mm×500 mm。已知该水库灌溉输水建筑物存在斜拉闸门损坏问题，并且在闭门时存在拉杆弯曲的情况，这会导致闸门无法正常使用。除此之外，斜拉杆砼支墩砼碳化问题十分严重，存在钢筋外露的现象，安全隐患问题严重，需要对其进行除险加固处理。根据除险加固的原则，对该灌溉输水建筑物进行砼底涵改建，将原有放水水箱和斜拉杆支墩进行拆除并重新建立，更换斜拉闸门，以此实现除险加固作用。

3 实验

根据前文所述塘坑坞水库实际情况，结合本文设计的加固防渗处理方案，对此水库进行加固施工。

分别使用本文设计的方法和传统方法对塘坑坞水库进行加固防渗施工，对比两种方法在实际应用中的综合性能，结果见表3。

表3 本文设计的方法与传统方法

完成对施工方法的基础应用价值的分析后，对比两种方法的应用效能，即对比两种方法在塘坑坞水库中应用后的防渗效果。

对比过程中，选择正常工况、设计工况和校核工况作为参照，对不同工况下，两种加固防渗施工方案的应用效果进行分析，见表4。

表4 两种加固防渗施工方案的应用效果

4 结论

水库大坝是由多个部门协同构成的水利工程项目，不同类型的水库大坝，其风险状况也不尽相同。因此，造成水库出现渗漏的原因也是多方面的。为落实此项工作，本文以塘坑坞水库为例，开展了此次研究，得到以下两方面的结论。

（1）根据表3 的对比分析结果，本文设计的方法在实际应用中可以较好地控制工程施工造价，并且工程量相对较少。尽管传统方法具有施工进度相对较快和施工用机械设备操作简单等优势，但综合两种方法的应用效果，本文设计的方法显著优于传统方法。

（2）由表4 可知，本文设计的方法施工后的渗漏量小于传统方法施工后的渗漏量，证明本文设计的方法的防渗加固效果优于传统方法的防渗加固效果。