某水库大坝安全加固方案研究

曾 强

(深圳市广汇源环境水务有限公司，广东 深圳 518000)

水库是常见的水利工程，水库大坝修建可以改善水资源时空分布条件，降低汛期洪涝灾害，减少枯水期干旱缺水情况[1-2]。水库对农业发展具有较强的促进作用，上世纪我国农业发展迅速，为此修建了大量的水库，在长期使用过程中，大量的水库出现渗漏、破损等现象，水库效益明显下降，同时威胁到下游居民的安全。针对这一类型水库进行除险加固治理是十分必要的，可以提高水库效益，改善大坝安全性不足的现状[3-6]。目前，常见的除险加固方法包括：拆除重建、加高加厚、增设防渗体等[7-10。不同的方法适用于不同的大坝，其中拆除重建方法投资大、工期长，针对破损极为严重的坝体适应性较强。加高加厚、增设防渗体等方法在一般病险水库大坝除险加固工程中使用较多。

1 概况

鸡心石水库位于惠阳区秋长镇，东江水系淡水河左岸双田水出口处。坝址以上干流总长为10.16km，总集雨面积22.2km2，其中库区为16.05km2，正常蓄水位55.00m，库容1006×104m3；设计洪水水位57.77m，库容1243×104m3。是一宗以灌溉为主，结合防洪、发电、养殖等综合利用的中型水库。主坝长165m，坝顶宽5.00m，坝顶高程60.00m，最大坝高33m。副坝长158m，坝顶宽5.00m，坝顶高程60.00m，最大坝高18m。

2 水库大坝安全复核成果

主坝坝顶宽度偏小，坝体单薄，坝顶宽度仅有3.2m，坝顶高程为60.0m。主坝坝坡偏陡，实测上游坝坡分别为1∶2.50、1∶3.0；下游坝坡分别为1∶1.5、1∶2.75、1∶3.0。通过对现有坝坡进行稳定分析计算，其上、下游坝坡最小抗滑稳定安全系数均小于规范要求的最小安全系数。主坝上游护坡受多年风浪冲刷和坝体沉陷影响，护坡块石不规则、凌乱且厚度不够，护坡块石高低不平，凹陷深度最大达0.5m。护坡石的反滤层部分排水失效。主坝坝体、主坝右坝头渗流问题突出，坝体填土含砂砾多、松散，主坝主河床段存在强透水的砂卵石层，主坝与副坝之间的长条山山坡与主坝右岸坡、副坝左岸坡接触带处理不彻底，长条山边坡的残积土、全风化、强风化层渗透性强，存在集中渗流或绕渗的可能。应对坝体、坝基及坝岸作防渗处理。坝体透水性较大，其渗透系数为4.3×10-3cm/s，实测坝的渗漏量偏大，坝后坡脚反滤体部分排水失效。

3 除险加固方案分析

3.1 加固方案比选

主坝加固方案有3种：

(1)方案一：后坡培厚

施工工艺：按常规做法进行坝体加固，施工容易。

(2)方案二:前坡土工膜防渗

施工工艺:鸡心石水库主坝前坡土工膜防渗采用两布一膜(PE)复合土工膜，其中无纺土工布采用300g/m2的规格，直接铺设在坝坡上，上垫层为现浇砼板(厚150)护坡，下垫层铺粗砂(厚150)，土工织物厚度为5mm。

(3)方案三：前坡粘土斜墙防渗

施工工艺:坝体填粘土，现场压实，施工要求较高。

不同方案比选见表1。

3.2 加固效果分析

3.2.1加固方案及计算参数

(1)坝顶高程取60.0m，坝基高程为27.0m，最大坝高为33.0m，属中坝。

(2)为满足防汛和今后水库开发利用，坝顶宽取7.0m，沥青砼路面，坝顶设50cm高防浪墙。

(3)坝坡：上游坝坡自上而下分别为：1∶2.5、1∶3.0、1∶3.5，变坡处高程为50.0、32.0m。下游坝坡自上而下分别为1∶2.5、1∶3.0、1∶3.25，变坡处高程为50.0m和42.0m，并在变坡处均设一平台，宽取2.0m。

鸡心石水库大坝岩土体参数见表2。

3.2.2渗流稳定性分析

渗流是水库大坝常见的破坏形式，通过建立数值模型分析不同工况下鸡心石水库大坝的渗流情况。计算结果如图1所示，见表3。计算结果表明：加固后鸡心石水库大坝渗流安全满足相关要求。

3.2.3坝坡稳定性研究

采用AutoBank7.7计算大坝稳定性，如图2所示，计算参数见表2。不同工况下鸡心石水库大坝坝坡稳定性计算成果见表4，计算结果可知，不同工况下坝坡稳定性满足要求。

表1 加固方案比选

表2 大坝岩土体参数

图1 渗流计算成果

表3 渗流计算成果

图2 坝坡稳定性成果

表4 坝坡稳定性计算成果

4 结语

鸡心石水库大坝修建时间较早，受限于当时的科技、经济发展水平，大坝修建质量较低，在长期使用中出现了一定程度的破损，大坝安全风险较高、工程效益下降。因此，为降低工程安全风险，保证下游居民安全，提高防洪、蓄水效益，鸡心石水库大坝需采取除险加固工程措施。通过方案比选，采用后坡培厚方案工程投资低、施工简便，作为推荐方案。通过分析加固后坝坡的渗流、稳定性情况，加固后的鸡心石水库大坝渗流及坝坡稳定性均满足相关要求。