梅县区汶水水库加固施工方案分析

史志坤

(梅州市威华水利水电建设工程有限公司，广东 梅州 514000)

1 工程概况

汶水水库位于广东省梅县区白渡镇汶水村，距梅州市约18km，水库于1968年竣工投产，是一座以灌溉为主的小(I)型水库，工程设计灌溉面积1500亩，捍卫下游人口4000多人，耕地2000多亩。本次除险加固后水库特征水位：汶水水库正常蓄水位(防洪限制水位)为131.77m(国家85高程，下同)，相应库容95万m3，水库死水位122.11m，相应库容8.88万m3，水库兴利库容866.11万m3。水库大坝坝型为均质土坝，坝顶高程为135.40m，坝顶长244m，坝顶宽3.5m，最大坝高19m，迎水坡坡比1∶2.8，背水坡坡比1∶2.5。工程等别为Ⅳ等，主要建筑物为4级(包括大坝、溢洪道、输水涵管)，次要建筑物为5级。

2 水文地质条件

库区属低山丘陵、沟谷地貌，两岸为较陡峻的山体，河谷呈不对称“U”字型，两岸山体(丘陵)较陡峻，坡度40°～65°，植被较发育，主要为杂草和杂木等。山体表层基本为残坡积土层覆盖。库区内无居民点。根据实地观察，右岸山体较雄厚，左岸为丘陵，岩土层为相对隔水的粉质黏土，不存在库水绕坝渗漏问题。根据现场长期观测，当水库蓄水位较高期间，坝体下游未见有漏水现象。库区岸坡主要为第四系坡残积层岸坡，库岸未发现其它坍岸、泥石流等影响库岸稳定的不良地质现象，水库库岸总体基本稳定。

本项目区所在地属于亚热带气候区，纬度低，太阳辐射强，日照天数多，平均气温高[1]。本项目区纬度低，热量丰富，4—10月份平均气温均在21℃以上，长达7个月之久。汶水水库区域内雨量丰富，4—9月雨量占比达到70%，其余时间降雨较少。

3 现状和实施项目分析

3.1 水库现状勘察情况

经现场勘察情况表明：①大坝坝顶宽度低于现行规范标准，填土压实度和渗透系数不满足规范要求；大坝防渗和反滤排水设施不完善，渗流逸出点高于反滤排水设施顶高程，不满足规范要求[2]；②大坝溢洪道结构不合理，穿坝拱涵在泄流时存在严重安全隐患，溢洪道浆砌石侧墙不满足抗冲要求；溢洪道进口段浆砌石侧墙、泄槽浆砌石侧墙存在裂缝，泄槽浆砌石侧墙面老化和局部已剥落，泄槽溢洪道底板局部存在裂缝；③输水涵出口退水渠道、坝脚反滤体上部灌溉渠道为近坝建筑物，退水末端护坎坍塌、渠道变形开裂，灌溉渠道存在渗漏现象，不及时维护将对大坝安全造成影响；④上游混凝土护坡排水设施不完善，防浪墙存在裂缝，坝顶排水排向上游坝坡；⑤输水涵涵头水封不够紧闭，涵头漏水。

3.2 除险加固拟实施项目

上游护坡加设排水孔、下游坝坡培厚、坝体充填灌浆、新建反滤棱体；溢洪道由有闸控制带胸腔潜孔式穿坝拱涵改造为有闸控制开敞式溢洪道；输水涵管套管加固、改造输水涵出口退水渠道和灌溉渠道；下游河岸防护和清淤疏浚；右坝肩小型滑坡体处理；完善大坝安全监测设施。

3.3 建筑物加固施工方案

3.3.1大坝加固

(1)坝前坡

对整个混凝土面板进行加设排水孔，对受溢洪道改建影响和已破损的混凝土面板拆除重建。坝前坡坡比为1∶2.8，考虑到施工浇注方便等要求，重建护坡采用0.12m厚现浇C30混凝土面板，混凝土护坡下设150mm厚的砂石垫层，纵缝间距8m，横缝间距均4m，采用三毡四油隔缝。为保证水位骤降时坝体上游坡顺利排水，本次设计对前坡整个混凝土面板护坡加设排水孔，每板设4孔，孔距、排距均为2m，梅花形布置，采用直径150mm水钻钻孔施工，孔深300mm，排水管采用DN50PVC排水管，单根管长300mm，临土侧管端设置堵头，在管周采用电钻钻直径5mm的孔，排水孔之间距离30mm，排水孔按照梅花状布置设计，排水管临土侧采用土工布包扎结实，周边采用级配砂回填，排水管周边采用120mm厚C30混凝土封孔。解决原混凝土面板未设置排水孔，局部面板开裂，不利于水位降落期坝前坡坝内渗水的顺利排出，从而影响坝坡稳定的问题。

(2)坝顶

大坝坝顶现状宽度为3.5m，坝顶长度244m，最大坝高19m。坝顶宽度应根据构造、施工、运行和抗震等因素确定[3]，可采用4～6m。考虑水库运行期防汛抢险的需要[4]，大坝坝顶宽度培厚至5.0m。

坝顶高程为135.40m，防浪墙顶高程为136.05m。坝顶拆除原混凝土路面，重建C25混凝土路面，路面厚200mm，下部设100mm厚6%水泥石屑垫层，对原浆砌石防浪墙进行凿毛批挡，下游侧设路缘石，路面向下游侧倾斜2%，坝顶排水排向下游。

对坝体进行充填灌浆，提高坝体的整体性，降低坝体填土渗透系数。本次设计拟于加固后坝顶中心线两侧各设一排灌浆孔，灌浆孔中心线与坝顶中心线的距离0.5m，排距1m，孔距2m，2排灌浆孔错位布置，灌浆孔入粉质黏土层1m，灌浆压力小于50kPa。

(3)坝后坡

结合坝顶培厚，本次设计采用下游坡培厚，仍采用两级坡，中间设1道马道，马道高程129.40m，宽度1m，培厚后坝体后坡坡度均为1∶2.5。由于原坝体填土渗透系数为4×10-4cm/s，为保证坝内渗水顺畅排出，防止因浸润线抬高而危及大坝安全，本次设计坝体培厚土料选用压实后渗透系数接近原坝体填土渗透系数的土料。

由于后坡培厚拆除了原下坝步级，本次设计在下游坝坡新建下坝步级。方便管理人员日常巡视及汛期巡视，步级采用M7.5浆砌石步级，踏步宽375mm，高150mm。

为使坝体内渗水顺畅排出，在下游坝坡坡脚设排水棱体，棱体总高度4.5m，棱体顶高程为122.40m，顶宽1.5m，外坡坡比为1∶1.5，内坡坡比为1∶1，并于排水棱体底部设置集渗沟。排水棱体与坝体及坝基接触面铺设3层过渡反滤层由内及外分别是300mm粗砂层、300mm小砾石层及300mm砾石小卵石层，棱体坡脚设集渗沟，內空尺寸为0.75m×0.5m(宽×高)。

下游坝坡周边设顺坡向排水沟，与高程129.40m处水平向排水沟、排水棱体外坡脚排水沟共同组成坝面排水系统，排水沟采用C20混凝土结构，內空尺寸为0.3m×0.3m。坝面交通由棱体顶平台，与顺坡向步级组成，步级在坝面中部设置1个。

3.3.2溢洪道加固施工方案

根据溢洪道加固方案比选，本次溢洪道加固方案为：拆除原有穿坝拱涵，改建为开敞式溢洪道，堰顶高程加高1m，即堰顶高程为128.77m，泄洪闸底宽5.8m，过水净宽4.8m，中墩1m，共2孔2闸，闸门尺寸2.4m×3.5m(净宽×净高)。泄槽段、挑流鼻坎段利用原浆砌石泄槽和鼻坎外包C25钢筋混凝土加固，消能仍采用挑流消能。加固后溢洪道仍位于大坝左岸，由进水渠、控制段、泄槽段、挑流鼻坎组成[5]，具体如下。

(1)进水渠

由于原进水渠前段边墙存在贯穿斜裂缝，本次对破损部分进行拆除重建，重建进水渠型式为整体式矩形C25钢筋混凝土明槽。改建溢洪道进水渠顺水流方向长13.5m，进水渠底板为倾向上游坡比为1/42的反坡，底板高程为128.45～128.77m，导水墙墙顶高程为134.80m，底板厚度1m，边墙厚度0.8m。进口段采用曲面导水墙，曲面圆弧半径为5m，曲面导水墙后接8.5m顺直段导水墙至控制段。

(2)控制段

本次设计拆除原穿坝拱涵的拱顶部分，利用现有溢洪道底板和拱涵的立面墙进行内衬C25钢筋混凝土加固[6]。本次设计溢洪道控制段为有闸控制开敞式宽顶堰，堰顶高程128.77m，控制段宽度为5.8m，顺水流方向长度为13m，设2孔2闸，闸门尺寸为2.4m×3.5m(净宽×净高)，闸底板厚度为1m，中墩厚度为1m，边墙厚度为0.8～1.1m，边墙顶高程为134.80m。水闸中心线位于控制段起点下游3.3m处，水闸上部布置启闭机房，启闭机房采用C30钢筋混凝土框架结构，分2层，第一层为检修层，层高3.8m，第二层为启闭机层，层高3m，屋顶为斜屋顶，启闭房面积35.7m2，尺寸4.8m×8.75m(长×宽)。溢洪道交通桥位于控制段下游边墙顶部，交通桥桥面高程为135.40m，梁底高程为134.80m。

(3)泄槽段

泄槽段利用原有溢洪道，原底板混凝土凿毛后和侧墙表面批挡凿除后，采用外包C25钢筋混凝土的型式进行加固，外包泄槽底板厚度为0.3m，侧墙厚度为0.5m，压顶厚度为0.3m。泄槽段分为2级陡坡，第一级陡坡长14.60m，坡比为1∶18，宽度由5.8m渐变至7m，底板高程为128.77～127.94m，边墙高程为134.80～131.85m；第二级陡坡长28m，坡比为1∶3，宽度为7m，底板高程为127.94～119.17m，边墙高程为134.80～121.54m。溢洪道底板接原排水管排水。

(4)挑流鼻坎

结合泄槽段加固，挑流鼻坎段对原鼻坎外包钢筋混凝土进行加固，挑流鼻坎反弧半径9.7m，挑流出射角为18°，鼻坎高程为119.23m，边墙顶高程121.15m。

3.3.3输水建筑物加固施工方案

本次施工方案对输水涵进行内衬钢管，采用套管法施工，套管管径0.7m，管长90m，管壁厚度为6mm。输水涵进口采用烟斗涵型式，涵口设铸铁闸门和拦污栅。输水涵出口采用法兰和异径三通岔管进行分水，直向接DN700mm的蝶阀作为放空控制阀，放空控制阀下端接退水渠道；侧向接DN500mm的蝶阀作为灌溉控制阀。

(1)退水渠道加固

本次设计对原退水渠道进行拆除重建，放空阀下部设置跌水消能池，采用C25钢筋混凝土结构，消能池宽1.2m，池长7.33m，池高2.2～3.36m，底板及壁厚均为0.5m，池深0.65m。消能池末端为跌水坎，直接跌水至下游河床。下游河床已有C20混凝土护坦进行防护。

(2)灌溉渠道改造

本次设计将灌溉渠道改为埋管型式，断面型式DN500mmPE管外包C25混凝土，外包混凝土截面尺寸为1.5m×1.5m(宽×高)。管道走向仍沿坝脚方向接至右侧的山体，位置下移至新建反滤棱体坡脚2.5m，灌溉管道进口采用DN500mm蝶阀进行控制。PE管进口高程为121.47m，出口高程为120.20m，管长105m。

3.3.4下游两岸连接建筑物施工方案

本次对下游两岸连接建筑加固施工方案为：①修复挑坎右侧、退水渠道下部坍塌的护挡墙，长度为10m。该护岸挡墙采用M7.5浆砌石，墙顶高程为119.70m，基础高程为113.90m，墙身高5.8m，墙趾、墙踵宽0.8m，高0.8m，墙身填土侧填筑砂砾料反滤层，层厚300mm，墙身排水采用DN75-PVC排水管。②修复挑坎下游河道右岸的破损浆砌石护坡，长度约10m，对其进行拆除重建，仍采用护坡型式M7.5浆砌石挡墙护坡，护坡厚度为500mm，下部设150mm厚的砂石反滤层，护坡设两道DN50PVC排水孔，排水孔间2m。③下游河道清淤疏浚，本次设计按20年一遇设计洪水对应的下泄流量71.2m3/s，对河道进行清淤，清淤断面采用梯形断面，底宽为5m，边坡坡比为1∶1.5。

3.3.5泄水闸交通桥施工方案

本次水库加固改造拟对原有溢洪道进行拆除重建，拆除重建后闸顶为开敞式结构，为保障坝顶应急抢险通畅，故在溢洪道(控制段后半段)新建一座交通桥。交通桥长7.6m，单跨，两侧桥台为闸室边墩。桥面净宽4.7m，桥面中心高程135.40m。桥体结构采用C30混凝土。设计荷载150kN，人群荷载3.0kN/m。

4 本工程重点、难点项目分析及技术措施

4.1 淤泥清挖运输

4.1.1淤泥挖运难点分析

按设计要求，需清挖淤泥数量大，开挖深度大，位置开挖深度深。首先，挖掘机械无法在大坝边一次清淤，需要2台或3台挖掘机下坎传挖装车，下坎的挖掘机很可能陷入淤泥里；其次，运输困难，因场地限制，基坑开挖后，运输汽车只能一个方向往返，而且，淤泥车不能上路，只能先找一个堆场堆放，吹干水分后，二次装车外运；最后，堆泥场地不易寻找，效率较低。

4.1.2挖掘机下坎传挖土方、淤泥的技术措施

尽量就地取材，先将堤边挖低1～1.5m，用原有坝边挡土墙块石、砖渣填筑一段挖掘机施工走道，在砖渣走道上安置履带位，根据需要铺上钢板，便于挖机下坎开挖，防止挖掘机陷入淤泥中；如果砖渣量不够，则向外购买块石或石渣，填筑挖掘机走道。

4.2 充填灌浆施工技术控制

灌浆施工前首先确定好充填灌浆施工观测点，沿汶水水库大坝轴线每隔10m布设1组观测标点。做好灌浆施工机械设备、材料、试验仪器和记录图表。正式施工前，在有代表的坝段开展灌浆测试，根据测试结果优化灌浆工艺参数[7]，为大规模作业取得经验值。按照造孔、制浆、灌浆、终止、封孔的顺序依次进行灌浆施工作业。按照先上游后下游，从下至上下管分段灌浆，每段长度控制在5～10m。先稀后浓，做好灌浆施工记录。

4.3 混凝土模板制作和安装

4.3.1模板制安难点分析

考虑到汶水水库附近属于风景旅游区，对除险加固施工各方面的要求较高；模板制安质量直接关系到坝、交通桥等构筑物的外观质量。模板的垂直度、直顺度，弧形构筑物的平顺度的控制，比较困难。

4.3.2模板制安技术措施

该项目采用定型组合钢模板制模，模板之间用扣件扣稳，两侧模板用螺栓对拉定型，每隔5米设槽钢骨肋，墙模底用木枋支牢固定，墙模顶两侧对拉，保证模板不移位、不倾斜。

4.4 混凝土浇筑工艺操作技术措施

4.4.1混凝土接口的平顺处理

前一次制作和安装混凝土墙体模板时，要考虑实际混凝土捣浇长度不能过长，以便下次制作模板；混凝土墙体模板拆除时，在上下两次墙接口处模板，留1～2m模板不拆除，不松支撑，保证制模不露接口，捣混凝土也不露接口。

4.4.2伸缩缝板的垂直度及位置控制

按设计要求，安装伸缩缝板，支撑牢固，两面涂浮化沥青，在捣浇混凝土时，两边同时浇注，确保两边混凝土的高度相近，避免分缝板扭曲变形、移位，保证分缝直顺。

4.4.3混凝土振捣密实控制

每个班组确定2～3位工人参加混凝土捣浇操作的专门培训，每班由受过培训工人负责振捣工作，确保混凝土振捣密实、均匀，分层不留缝。

4.4.4施工缝处理

钢筋混凝土构筑物，需做两次装模捣浇时，会留有施工缝。在制墙模时，应用清洁水冲洗干净；在捣混凝土前，应再次冲洗；然后，基础面上洒满纯水泥浆，再接着捣混凝土。避免施工缝渗水锈蚀钢筋。

4.5 回填夯实

4.5.1回填压实度难点分析

回填土方厚在施工过程中易超厚回填，或者下一层没压实压平，就进行上一层填土；回填土料不符合设计要求，也会造成土方填筑压实度达不到设计标准；泄水管包扎及反滤体堆制，容易被忽视。

4.5.2回填的技术措施

每一道施工工序开展前，加强现场施工员和作业队伍、劳务人员安全技术交底，明确回填夯实关键技术要点，提升人员业务水平。在回填过程中，先回填压实一个标准层，抽样进行土工试验，达到设计密实度要求，分层回填，保证回填质量。回填压实方法，人工撒土检平，压路机碾压，不加振，靠近构筑物的回填土夯实，采用蛙式打夯机夯实。

5 结语

根据汶水水库的具体情况，从水库的安全鉴定情况、地质条件、施工现场条件等方面合理选择汶水水库大坝的加固施工方案。汶水水库投入运行3年以来，经历2022年超10年一遇洪水考验，水库运行稳定，各项指标符合设计规范要求。实践证明，该工程除险加固施工方案合理有效，未发生质量安全事故，也没有发生渗流现象，成效良好。施工中要按照水库建设单位时间节点要求，结合现场施工条件和设备物资资源，进一步完善水库除险加固实施方案，编排施工计划，合理优化施工工序，提高施工效率，才能确保整个汶水水库除险加固工程施工整体可控，符合规范要求。