某小（1）型水库除险加固方案分析

2022-11-29付默菡

陕西水利 2022年9期

付默菡

（辽宁省锦州市水利事务服务中心,辽宁锦州 121013）

1 工程概况

某小（1）型水库建于20 世纪80 年代,水库建成后大坝坝高32.0 m,总库容320.5 万m3,水库枢纽工程包括挡水坝,输低水涵和溢洪道。工程主要任务是农田灌溉,灌溉面积2350 亩。该水库建设初期,由于当时技术力量薄弱,大坝未进行系统的技术设计及施工试验,设计图纸和报告由当时水务局工作人员根据工程经验自行设计,对工程地质条件、坝体填筑料都未进行地质勘查和地质试验,加上施工技术力量薄弱,施工不规范,坝体碾压质量较差,完工后5 年时间内坝体及坝基就出现渗水,后其运行中呈扩展趋势,水库一直带病运行。水库灌区内经济基础薄弱,农民生活水平很低,主要经济来源是农业收入,经济林果是当地主要的经济产业支柱,但灌溉用水是制约当地经济发展的重要因素。所以,该水库除险加固工程的实施,可以让水库摘掉“病险水库”的帽子,解除水库下游人民的心头之患,提高供水保证率,充分发挥水库的防洪及灌溉作用。

2 水库存在的问题

2.1 现场检查

（1）大坝

经洪水复核,水库抗洪能力为5年一遇,低于大坝设计洪水标准及安全性分级标准和校核洪水标准；水库建成后大坝坝高32.0 m,坝高11 m以上部分内处坝坡均较陡,上游坝坡为1∶2.68,下游坝坡为1∶2.784,坝体单薄,坝体稳定性差；坝基在兴建大坝时进行了清基,在坝轴线位置设置截水槽,基本截断河床覆盖层及砂砾石层,坝体基础为强风化基岩,基岩渗透系数较大,未进行防渗处理,坝基存在渗漏问题；左右坝肩基岩为全风化砂泥,基岩基本稳定,但岩石风化较强,平均深度为15 m,其渗透性较强,属中等透水带,坝肩存在绕坝渗漏问题；大坝为均质土坝,坝料为左坝肩强风化砂泥岩,由于施工技术力量薄弱,坝体碾压质量较差,下部23 m平均压实度仅为91.5%,上部培厚坝体平均压实度只达到84.3%,均小于规范规定,大坝存在渗漏问题,尤其坝体上部渗漏严重,坝基存在渗漏,右坝肩存在绕坝渗漏[1]。

（2）溢洪道

溢洪道布置于大坝左坝肩,溢洪道是在大坝取料上坝后开挖而成,整条溢洪道开挖后未进行衬砌。溢洪道泄流能力低,经复核最大泄流量仅为27 m3/s,同时溢洪道岸坡存在滑坡体,滑坡体对溢洪道安全泄洪构成极大的危害,在2000 年左右发生过一次大的滑坡,滑坡体塌下760 多m3,阻塞溢洪道,使库水位涨至距坝顶仅0.2 m~0.3 m,出动大量人力,采用大药量爆破方才排除险情。

（3）输水涵洞

输水底涵布置于右坝肩,为坝下埋管,洞身衬砌采用红土浆砌石衬砌,衬砌质量差,洞身存在渗漏问题,同时在1990 年当地村民用炸药炸树根,由于爆破的影响,造成输水底涵在0+095.70 m及0+105.50 m产生环状裂缝,裂缝漏水严重,输水底涵进口工作闸门为坝面钢索斜拉磨盘闸门,锈蚀严重,启闭困难。

2.2 渗漏及渗透变形分析

大坝为均质坝,坝体填筑土料级配差,质量不合格,碾压时质量控制不规范,压实度低,透水性强,坝体渗漏严重。同时,水库兴建时,沿坝轴线对大坝坝基进行处理,设有深7 m,宽5 m的截水槽,清基基本清除河床覆盖层,但坝基基岩为全风化砂泥岩,仍未截穿强风化层,渗透系数较大,坝基基岩部分未进行防渗处理。因此,整个坝体的防渗体并未起到应有的作用,坝基渗漏严重,左、右坝肩结合部岩体呈全～强风化状态,透水性强,导致水库运行时,坝体出现大面积湿润。下游无排水棱体,坝体浸润线较高,孔隙水应力逐渐积累,导致坝土的强度显著降低。因此,大坝存在坝体、坝基、绕坝和两岸坝肩结合部渗漏[2],将会影响大坝安全,必须进行渗漏处理。

3 水库除险加固措施

3.1 大坝除险加固措施

3.1.1 坝体及坝基防渗方案比较

为防止坝体和坝基的渗透破坏,减少渗漏量,对坝基采取帷幕灌浆处理,对坝体则进行三种垂直防渗方案的比较[3]。防渗方案比较见表1。

表1 坝体垂直防渗方案比较表

从投资方面看,方案一（粘土水泥灌浆）较方案二（塑性混凝土防渗墙）和方案三（高压旋喷桩）投资少,施工技术成熟、简单。方案二防渗效果更加可靠,施工中检测（试验）手段较为成熟,但投资较高。方案三施工机械要求相对较高,由于小平地水库相对不透水层较深,旋喷桩仅能解决坝体部分的渗漏问题,坝基部分要采取帷幕灌浆进行防渗,旋喷桩与下部的帷幕灌浆施工设备不相同,施工相对较复杂。从大坝运行30多年来看,整个坝体的防渗体并未起到应有的作用,坝基渗漏严重；左、右坝肩结合部岩体呈全～强风化状态,透水性强,导致水库运行时,坝体出现大面积湿润,坝体浸润线升高,孔隙水应力逐渐积累,导致坝土的强度显著降低,大坝存在坝体渗漏、坝基渗漏、绕坝渗漏。通过从施工方法、工程投资对比,采用帷幕灌浆（即方案一）进行处理。两种防渗方案主要工程量及投资见表2。

表2 两种防渗方案主要工程量及投资表

大坝防渗处理措施：帷幕灌浆布置在原坝轴线上,沿整个大坝基础向两岸山体延伸[4]。大坝灌浆范围为水库正常蓄水位与地下水位相交处,左岸基岩部分水平延长30 m,右岸基岩部分水平延长13 m,采用单排灌浆孔,孔距2.0 m,基岩采用水泥灌浆,坝体采用水泥粘土充填灌浆,最大灌浆深度52 m。

3.1.2 坝体加固方案

此次大坝处理将原坝轴线向下游平移6 m,坝顶高程维持原高程不变,坝顶宽5.0 m,上下游处理措施为：

上游坝坡处理：清除现坝坡表层土（垂直厚度0.5 m）。上游高程1573.8 m以下坡比为1∶2.75,上游高程1573.80 m至1586.80 m处坡比为1∶2. 5,采用厚30 cm的干砌块石护坡,下设0.1 m厚的砂砾石垫层。

下游坝坡处理：清除现坝坡表层土（垂直厚度0.5 m）,对下游坝坡培厚处理,采用风化均质土料进行填筑[5]。高程1562.00 m以下设排水棱体。高程1586.8.80 m~1574.80 m坡度为1:2.5,1574.80 m~1562.00 m坡度为1∶2.75,并在高程1574.80 m处设宽2 m的马道平台。下游坡采用草皮护坡,并在下游坡面设3 m宽的浆砌石上坝踏步。

3.2 溢洪道处理措施

本次溢洪道处理措施采用两种方案。将原溢洪道进行衬砌处理,新建溢洪道并进行衬砌,方案比较原则是根据地形、地质条件以及枢纽区的总体布置和投资来进行选定。原溢洪道扩建方案,宽顶堰净宽12 m,堰顶高程1583.20 m,溢洪道全长420.5 m。新建溢洪道方案,宽顶堰净宽12 m,堰顶高程1583.20 m,溢洪道全长186.331 m。方案投资比较见表3。

表3 溢洪道方案投资比较表

经方案比较,原溢洪道扩建方案造价高,原溢洪道边坡存在滑坡体,安全性差,且出口水流归河困难。新建溢洪道方案投资少,边坡不存在滑坡体,出口水流归河容易。因此,推荐新建溢洪道方案。

3.3 输泄涵洞处理措施

输水低涵的长期渗漏及漏水,导致右坝段下游坝坡出现变形,同时输水涵洞闸门漏水严重,启闭不利,这些都严重地影响了大坝的安全运行。由于输水低涵断面较小,对输水低涵进行加固处理较为困难,且输水低涵在施工期间不能向下游输水。因此,本次设计决定重新修建一条输水隧洞替代原输水涵洞,施工期间,利用老涵洞向下游西干渠供水,施工结束后对其进行封堵。新建输水隧洞布置于大坝右岸,输水隧洞由进口有压段、闸门井段、无压洞段、出口明渠段、明渠跌水段组成,全长242.78 m,断面型式为1.2 m×1.8 m的圆拱直墙形,采用C25 钢筋混凝土衬砌,衬砌厚度为40 cm,闸门井段长5.0 m,闸门井采用C25 钢筋混凝土衬砌,井壁厚60 cm,闸井底板厚度为100 cm井内安装1.0 m×1.0 m工作闸门和检修闸门各一道。