橋上水庫除險加固設計方案分析

陳紅根

(渝水區(qū)水利局，江西 新余 338025)

1 工程概況

1.1 工程基本情況

橋上水庫位于新余市渝水區(qū)下村鎮(zhèn)花堆村境內(nèi)，控制流域面積6.98km2，屬贛江流域袁河支流蒙河水。水庫正常蓄水位89.88m，總庫容502萬m3，最大壩高19.6m。設計灌溉面積513.33hm2，實際灌溉面積344.66hm2,保護下游耕地666.67hm2、人口0.92萬。是一座以灌溉為主，兼顧防洪、養(yǎng)殖等綜合利用的小(1)型水庫。

水庫樞紐工程等別為Ⅳ等，主要永久性建筑物為4級。根據(jù)國家《防洪標準》(GB50201-2014)及《水利水電工程等級劃分及洪水標準》(SL252-2017)，是一座以灌溉為主，兼有防洪等綜合效益的小(1)型水庫。

1.2 水庫存在的主要問題

橋上水庫樞紐工程的主要建筑物有：主壩、副壩、溢洪道、輸水隧洞和副壩涵管等。工程主要存在以下幾個問題：

1)主壩壩基存在滲漏問題；

2)副壩排水體局部淤堵失效；

3)主壩上壩公路跨溢洪道無交通橋；

4)主壩下游壩坡設置灌溉渠道，不滿足規(guī)范要求，渠道現(xiàn)狀漏水嚴重，威脅大壩安全。

2 除險加固設計

根據(jù)橋上水庫設計標準及存在的問題，擬定的橋上水庫樞紐建筑物除險加固的主要任務是：

1)主壩：壩基防滲；

2)副壩：排水體進行局部維修；完善下游壩面排水體系；

3)溢洪道：新建跨溢洪道交通橋，改建溢洪道進口段；

4)灌溉渠首工程：新建下游輸水渡槽。

2.1 主壩加固設計

2.1.1 壩基防滲設計

帷幕灌漿深度根據(jù)巖體的透水性和防滲要求綜合確定，設計帷幕灌漿線與原混凝土防滲墻整體連接，孔底深入弱透水層≥1m，頂部與原混凝土防滲墻搭接1m。帷幕灌漿按單排孔布置，孔距2m，分三序孔施工，灌漿壓力0.2-0.3Mpa，施工時結(jié)合灌漿實驗最終確定。

設計擬用帷幕灌漿措施進行壩基滲漏處理。設計帷幕灌漿線布置在原混凝土防滲墻上游邊界上，頂部與原混凝土防滲墻搭接1m。

1)帷幕灌漿漿孔布置：

帷幕灌漿孔布置一排，鉆孔軸線布置原防滲墻上游側(cè)，孔距為2m，壩基帷幕灌漿范圍為樁號0-010.0-0+254.5，全長264.5m，布孔133個，孔底深入弱透水層≥1m，帷幕型式為接地式。

根據(jù)《大壩基礎灌漿》，單排帷幕厚度約為孔距的70-80%，則帷幕厚度T=(70-80)%×2.0=1.4-1.6m。

正常高水位時，作用在帷幕上的水頭H=13.38-5.75=7.63m，帷幕的滲透坡降為J=7.63/(1.4-1.6)=5.45-4.77<[J]=18(大壩基礎帷幕中規(guī)定，當T=1-2，[J]=18)

校核洪水位時，作用在帷幕上的水頭，H =15.2-6.74=8.46m，帷幕的滲透坡降為J=8.46/(1.4-1.6)=6.04-5.29<[J]=18，說明帷幕厚度滿足要求。

2)帷幕灌漿壓力的確定：

灌漿壓力0.2-0.3MPa，施工時結(jié)合灌漿實驗最終確定。

帷幕灌漿的設計標準應按灌后基巖的透水率控制，對于3級及其以下的壩透水率宜為5-10Lu,本次設計標準為10Lu，即孔底深入弱透水層≥1m。

2.1.2 主壩加固后滲流復核計算

主壩加固后滲流復核計算采用有限單元二維穩(wěn)定滲流計算方法，各透水性土層按多孔介質(zhì)，滲透系數(shù)按各向異性考慮，混凝土防滲墻設計滲透系數(shù)取1×10-6cm/s.。計算斷面仍選取大壩典型斷面0+058。

穩(wěn)定滲流計算水位組合為：

1)上游正常蓄水位(89.88m)與下游相應的最低水位；

2)上游設計洪水位(91.17m)與下游相應的最高水位；

3)上游校核洪水位(91.7m)與下游相應的最高水位。

大壩斷面滲透分區(qū)、壩體及混凝土防滲墻的滲透系數(shù)見表1。

表1 主壩滲透分區(qū)及滲透系數(shù)

各計算斷面按不同工況組合進行計算，繪制各種工況下的滲流等勢線及浸潤線圖。3種水位組合情況下，滲流計算結(jié)果見表2，各種工況下混凝土防滲板墻、壩基出滲坡降值及計算滲流量值見表3。

表2 主壩加固后典型斷面滲流計算成果表

表3 主壩加固后浸潤線位置表

壩體浸潤線下游壩坡出逸點及沿下游地基出逸坡降均有大幅度降低，滲透穩(wěn)定滿足要求。經(jīng)計算，設置防滲體后，壩體下游壩坡穩(wěn)定均滿足規(guī)范要求[1]。

2.2 副壩加固設計

針對副壩在運行管理中存在的問題，以及現(xiàn)場檢查和工程復核計算發(fā)現(xiàn)的問題，確定副壩工程加固項目有：下游壩面處理和排水維修。

2.2.1 下游壩面處理設計

副壩下游壩面擬采用草皮護坡進行保護，在左右岸坡與山體相接處設兩條岸坡排水溝，在排水體頂部內(nèi)側(cè)設置一條縱向排水溝，排水溝采用C15混凝土砌筑，岸坡排水溝凈空尺寸為0.3m×0.3m，縱向排水溝為0.3m×0.3m，橫向排水溝凈空尺寸為0.30m×0.30m。

2.2.2 下游反濾排水設計

本次加固處理對下游壩腳貼坡排水體，進行維修處理。設計貼坡排水頂高程為84.90m，頂寬1.5m，邊坡1∶1.5,另根據(jù)主壩排水體反濾材料比較結(jié)果，第一層采用10cm厚粗砂墊層，第二層為20cm厚卵石層，第三層為40cm厚塊石層，在排水體底部設置一條壩趾集水溝，溝底寬0.5m，溝深0.5m，梯形斷面，下游側(cè)采用M7.5漿砌塊石貼坡式擋土墻結(jié)構(gòu)，頂寬0.3m，底寬0.5m，并用3cm厚M10水泥砂漿迎水側(cè)抹面。壩趾集水溝與壩下游排水溝相連，壩下游排水溝斷面尺寸為0.5m×0.5m，采用M7.5漿砌塊石砌筑，M10水泥砂漿抹面。

2.3 溢洪道除險加固設計

2.3.1 進水渠加固設計

進水渠全長10.0m，寬度從15.0m漸變到10.0m，底高程為89.38-89.88m，底坡i=0.05，底板采用C15混凝土，厚0.2m，下設0.1m的砂卵石墊層，采用矩形過流斷面，邊墻為重力式擋土墻結(jié)構(gòu)。

2.3.2 公路橋設計

為滿足上壩要求,在溢洪道進口應設置一交通橋，設計荷載為汽-20級。

公路橋設計采用鋼筋混凝土T型簡支梁，行車道凈寬5.0m，橋跨10m，單跨5m,橋面板采用C25混凝土，厚0.2m。采用C25混凝土板式結(jié)構(gòu)，欄桿柱高1.0m，柱截面尺寸為0.15m×0.15m，橫擋0.08m×0.1m。

2.4 灌溉渠首工程加固設計

為避免新建引水隧洞后的北干渠經(jīng)過主壩貼坡排水，在主壩貼坡排水下游新建一引水渡槽。

渡槽由進出口、槽身、基礎排架組成，進口底板高程80.54m，出口底板高程80.00m，縱坡為1/200，全長279.16m。渡槽采用立?，F(xiàn)澆，槽身、排架混凝土為C30，基礎混凝土為C25，墊層混凝土為C20，兩邊墩為C25混凝土現(xiàn)澆。渡槽內(nèi)空尺寸為寬×高(0.8m×0.8m)，壁厚0.2m，底板厚0.2m，每8m為一個槽段，槽段間采用止水橡皮止水，槽段兩端支承于排架上，排架采用C20混凝土現(xiàn)澆，排架柱截面尺寸350mm×300mm，排架基座采用C20混凝土現(xiàn)澆，厚0.6m，渡槽排架基座置于強風化基巖層上， 渡槽支座采用350mm×220mm×16mmA3鋼板[2]。

3 結(jié) 語

針對橋上水庫存在主壩壩基滲漏、副壩排水體局部淤堵失效、主壩上壩公路跨溢洪道無交通橋、主壩下游壩坡設置灌溉渠道，威脅大壩安全等問題，采取了主壩壩基帷幕灌漿、副壩排水體維修并完善下游壩面排水體系、新建跨溢洪道交通橋、新建主壩下游輸水渡槽等加固措施，經(jīng)分析研究，所采取加固設計方案合理。