侶村水庫除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)

朱鑫

【摘 要】當(dāng)前，我國絕大多數(shù)中小型病險(xiǎn)水庫年久失修，老化滲漏，嚴(yán)重影響了水庫的正常運(yùn)行，因此必須對這些病險(xiǎn)水庫進(jìn)行除險(xiǎn)加固。文章針對侶村水庫存在的主要問題和隱患，對大壩的滲流和穩(wěn)定情況進(jìn)行了數(shù)據(jù)分析，并提出了大壩、溢洪道、放水設(shè)施等主要建筑物的加固方案，簡述了工程布置形式和建筑物具體尺寸，同時(shí)可以為其他中小型水庫的除險(xiǎn)加固工程提供經(jīng)驗(yàn)和參考。

【關(guān)鍵詞】小型水庫；除險(xiǎn)加固；設(shè)計(jì)

【中圖分類號】TV697.3 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688（2016）10-0062-03

1 工程概況

侶村水庫位于廣西柳州市鹿寨縣四排鄉(xiāng)侶村。水庫壩址控制集雨面積為1.81 km2，總庫容為27.33萬m3，設(shè)計(jì)灌溉面積為0.133 km2（200畝），是一座以灌溉為主結(jié)合養(yǎng)殖的小（2）型水庫，工程等別為Ⅴ等，主要建筑物大壩、溢洪道、放水設(shè)施等為5級建筑物，洪水標(biāo)準(zhǔn)為30年一遇洪水設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)洪水位為177.55 m，300年一遇洪水校核，校核洪水位為177.89 m。由于年久失修，現(xiàn)實(shí)際灌溉面積為0.106 km2（159畝），且水庫大壩存在壩肩滲漏、下游排水體松散、溢洪道兩岸擋墻高度不滿足要求、消力池池長不滿足要求、放水設(shè)施老化漏水嚴(yán)重、溢洪道進(jìn)口處無交通橋等現(xiàn)象。根據(jù)桂水水管〔2010〕104號文《廣西?。?）型水庫大壩安全鑒定暫行辦法》和《水庫大壩安全評價(jià)導(dǎo)則》（SL 258—2000），綜合評價(jià)侶村水庫為“三類壩”，已嚴(yán)重影響水庫的安全運(yùn)行，為確保水庫能發(fā)揮應(yīng)有的綜合利用效益，必須進(jìn)行除險(xiǎn)加固。

2 工程存在的主要問題

侶村水庫主要由大壩、溢洪道、放水設(shè)施組成，目前水庫在實(shí)際運(yùn)行過程中存在以下比較突出的問題。

2.1 大壩存在的主要問題

（1）水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)為30年一遇洪水設(shè)計(jì)，300年一遇洪水校核，壩頂高程不滿足規(guī)范要求。

（2）大壩下游壩坡出逸段滲流坡降為0.5，大于壩體允許水力坡降0.43，壩體滲透坡降不滿足規(guī)范要求。大壩下游壩坡坡腳排水體松散，大壩左壩肩有約20 m2散浸漏水現(xiàn)象，局部壩坡較陡。

（3）大壩上游壩坡無防護(hù)，壩肩兩側(cè)無排水設(shè)施，下游壩坡無人行踏步，無排水溝。

（4）大壩填土滲透系數(shù)大（7.7×10-4 cm/s），填土質(zhì)量較差，不利于大壩滲流穩(wěn)定。

2.2 溢洪道存在的主要問題

溢洪道兩側(cè)邊墻高度均不滿足要求，消力池長度不滿足要求，漿砌石襯砌抹面砂漿老化、脫落，底板漿砌石損壞嚴(yán)重，溢洪道進(jìn)口段無交通橋。

2.3 放水設(shè)施存在的主要問題

放水斜管為混凝土結(jié)構(gòu)，老化且通氣孔低，高水位運(yùn)行易氣蝕；壩內(nèi)放水平管為漿砌石結(jié)構(gòu)，已出現(xiàn)開裂漏水病害。

3 除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)

3.1 工程總體布置

根據(jù)侶村水庫安全鑒定結(jié)論及意見，本次除險(xiǎn)加固主要設(shè)計(jì)內(nèi)容包括上游鋪設(shè)土工膜防滲、新增混凝土護(hù)坡、壩腳設(shè)混凝土趾墻、壩肩設(shè)混凝土齒槽；壩頂新建防浪墻、新建泥結(jié)石路面；下游種植草皮護(hù)坡、壩肩新建排水溝，拆除重建排水棱體；拆除溢洪道全段漿砌石擋墻及底板；新建進(jìn)口段兩側(cè)漿砌石導(dǎo)墻、新建斜坡段、消力池段擋墻及底板、新建護(hù)坦段；新建跨溢洪道交通橋；拆除原跨消力池輸水管，新建渡槽；拆除原放水斜管，封堵原放水平管，新建梯級放水斜管和放水平管；新建管理房；維修防汛搶險(xiǎn)道路。

3.2 大壩加固設(shè)計(jì)

3.2.1 壩體（肩）滲流計(jì)算及防滲處理

經(jīng)水庫現(xiàn)有資料顯示，大壩始建于1965年，限于當(dāng)時(shí)的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)條件，壩基和岸坡清理不徹底，筑壩土料沒有經(jīng)過嚴(yán)格篩選，施工質(zhì)量較差。工程運(yùn)行以來，出現(xiàn)壩體、壩肩滲漏問題，導(dǎo)致水庫長期不能蓄水，嚴(yán)重影響水庫的安全運(yùn)行。

經(jīng)現(xiàn)場勘察發(fā)現(xiàn)，水庫大壩左壩肩有約20 m2散浸漏水現(xiàn)象；同時(shí)，采用北京理正滲流計(jì)算軟件和有限元法進(jìn)行計(jì)算，大壩下游壩坡出逸段滲流坡降為0.50，大于壩體允許水力坡降[J]=0.43，壩體滲透坡降不滿足規(guī)范要求，大壩填土滲透系數(shù)為7.7×10-4 cm/s，規(guī)范要求均質(zhì)土壩滲透系數(shù)不大于1×10-4 cm/s，壩體填土質(zhì)量較差，壓實(shí)度偏低，透水性偏大。針對大壩存在的問題，各計(jì)算工況浸潤線溢出點(diǎn)高，滲流出逸點(diǎn)均從壩坡逸出。

壩肩滲水處理一般采用“截、排、堵、導(dǎo)”等措施，針對大壩存在的問題，對大壩防滲進(jìn)行了2個(gè)處理方案的比選：方案一，在壩頂設(shè)灌漿孔對壩體進(jìn)行高壓擺噴灌漿處理；方案二，在大壩上游壩坡鋪設(shè)復(fù)合土工膜防滲。方案一的優(yōu)缺點(diǎn)是高壓擺噴灌漿方案可以直接在壩頂進(jìn)行施工，不需在上游設(shè)圍堰，但需架設(shè)專用用電線路，施工技術(shù)要求比較高，施工質(zhì)量難以控制，很難達(dá)到良好的防滲效果，工程投資較大；方案二的優(yōu)缺點(diǎn)是采用復(fù)合土工膜防滲的方案，施工簡單，施工質(zhì)量容易控制，復(fù)合土工膜的滲透系數(shù)達(dá)1.0×10-9～9.9×10-9 cm/s，防滲效果好且投資較少，但復(fù)合土工膜鋪設(shè)受季節(jié)限制，需放空水庫進(jìn)行。

經(jīng)綜合比較，考慮到方案二施工簡單，技術(shù)上可靠，投資少，故采用復(fù)合土工膜防滲方案作為推薦方案。本次加固設(shè)計(jì)先對壩面進(jìn)行平整夯實(shí)，清理上游壩坡，再鋪設(shè)規(guī)格為150 g/0.3 mm/150 g的針刺短線滌綸兩布一膜（PE膜），復(fù)合土工膜上再鋪50 mm厚中粗砂墊層，再澆筑100 mm厚的C15混凝土護(hù)坡。

3.2.2 壩體穩(wěn)定計(jì)算及加固

由于加固后大壩的筑壩材料及壩體結(jié)構(gòu)改變，需要對加固后的壩體進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算，計(jì)算依據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL274—2001）及《小型水利水電工程碾壓式土石壩設(shè)計(jì)導(dǎo)則》（SL189—96），目的在于確保壩體在各種工況情況下穩(wěn)定運(yùn)行。

大壩壩坡抗滑穩(wěn)定分析計(jì)算采用北京理正軟件的碾壓式土石壩邊坡穩(wěn)定分析軟件，按瑞典圓弧法進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算工況見表1，計(jì)算成果見表2。

從表2可以看出：加固后，大壩上下游壩坡在各工況下抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均大于規(guī)范要求的最小安全系數(shù)，滿足規(guī)范要求。

3.3 溢洪道加固設(shè)計(jì)

樁號Y0-006～Y0+000段為進(jìn)口段，本次設(shè)計(jì)新建兩側(cè)導(dǎo)墻，為M7.5漿砌石結(jié)構(gòu)，墻頂寬0.4 m，背坡為1∶0.4，外露面用3 cm厚的M10水泥砂漿抹面。左側(cè)擋墻頂高程為175.80～178.20 m，右側(cè)擋墻頂高程為178.20 m，兩側(cè)擋墻基礎(chǔ)埋深應(yīng)不少于30 cm。墻背填土為壓實(shí)黏土。

控制段為開敞式無坎寬頂堰，樁號為Y0+000～Y0+004，堰頂高程為176.53 m，堰寬13.5 m，長4 m，為矩形斷面。拆除原漿砌石底板及擋墻，新建0.3 m厚的C20混凝土底板，新建M7.5漿砌石擋墻，擋墻頂寬0.4 m，背坡為1∶0.4，擋墻頂高程為178.20 m。擋墻外露面用3 cm厚的M10水泥砂漿抹面。墻背填土為壓實(shí)黏土。

控制段后為斜坡段，樁號為Y0+004～Y0+031.35，斜坡段長27.35 m，寬度為13.5～8 m，拆除原漿砌石底板及兩側(cè)漿砌石擋墻，新建0.3 m厚的C20混凝土底板，底板高程為176.53～170.10 m；兩側(cè)新建M7.5漿砌石擋墻，擋墻頂寬0.4 m，背坡為1∶0.4，擋墻頂高程為178.20～172.70 m，擋墻外露面用3 cm厚的M10水泥砂漿抹面。兩側(cè)擋墻及底板設(shè)φ50 mmPVC排水管，間距為2 m，呈梅花狀布置。墻背填土為壓實(shí)素土。在斜坡段樁號為Y0+010～Y0+013.5處頂部設(shè)一交通橋，橋總寬3.5 m，凈寬3 m，跨度為11 m，梁板式結(jié)構(gòu)，橋面高程為178.82 m。

斜坡段后接消力池，樁號為Y0+031.35～Y0+041.85，消力池長10.5 m，池深0.9 m，寬8 m，池底高程為170.10 m。消力池為矩形斷面，兩側(cè)為M7.5漿砌石擋墻，擋墻頂寬0.4 m，背坡為1∶0.4，擋墻頂高程為172.70 m，擋墻外露面用3 cm厚的M10水泥砂漿抹面。底板為0.4 m厚的C20混凝土，邊墻及底板設(shè)φ50 mmPVC排水管，間距為2 m。墻背填土為壓實(shí)素土。拆除原跨消力池輸水管，新建跨消力池鋼筋砼渡槽，渡槽為C25鋼筋砼矩形結(jié)構(gòu)，底厚0.2 m，壁厚0.25 m，斷面凈尺寸為0.4 m×0.4 m。

消力池后接護(hù)坦段，樁號為Y0+041.85～Y0+049.85，護(hù)坦段長8 m，寬8 m，新建0.3 m厚的C20砼底板，底板高程為171.0 m。

3.4 放水設(shè)施加固設(shè)計(jì)

本次放水設(shè)施改建方案為拆除原放水斜管，封堵原放水平管，新建放水斜管及放水平管。

拆除原放水斜管；原放水平管進(jìn)口段新建C20砼截水墻，尺寸為3 m×3 m×1.5 m（長×寬×厚）；在大壩上游側(cè)緊貼原平管兩壁挖孔樁，挖至原平管處后將原平管截?cái)?，施工上、下游堵頭段，上游采用C20微膨脹混凝土封堵，下游采用1∶3水泥砂漿封堵?？讟吨睆綖?.2 m，采用C20鋼筋砼護(hù)壁，厚150～100 mm，施工完成后，孔樁井筒回填C20砼至壩面。

放水斜管新建于大壩上游右側(cè)岸坡，建基面高程為171.91 m，斜管頂部高程為178.51 m，坡比為1∶2.5，放水斜管共14級，每級高0.3 m，寬0.75 m，為C25鋼筋混凝土箱涵結(jié)構(gòu)，斷面尺寸為0.8 m×0.9 m（寬×高）。

放水平管用DN800鋼筋混凝土預(yù)制管，采用頂管法施工。放水平管進(jìn)口高程為172.71 m，放水平管出口高程為172.45 m，水平投影長度為28 m，底坡i=0.002 8。放水平管設(shè)兩道止水環(huán)，管外壁進(jìn)行回填灌漿。放水平管出口處新修明渠將水引至原灌溉渠道，明渠段長3 m，凈寬1 m，凈高0.9 m，兩側(cè)擋墻為M7.5漿砌石結(jié)構(gòu)，寬0.8 m，底板為0.1 m厚C15砼。

4 結(jié)語

水庫除險(xiǎn)加固應(yīng)遵循“追根溯源，對癥下藥“的原則，對病險(xiǎn)水庫出現(xiàn)的問題和現(xiàn)象進(jìn)行分析與論證，從而制定相應(yīng)的加固措施。針對同一問題可提出多種解決方案，參照各項(xiàng)指標(biāo)對方案進(jìn)行比選，綜合各方面因素比選出最優(yōu)方案。目前侶村水庫除險(xiǎn)加固工程的設(shè)計(jì)工作已完成，正在進(jìn)行施工。

參 考 文 獻(xiàn)

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[責(zé)任編輯：陳澤琦]