關(guān)于淄川區(qū)小型水庫塘壩除險加固的研究

李洪蕊 牛智勇

1 工程概況

淄博市淄川區(qū)峨莊支流上的小型水庫塘壩為數(shù)眾多，壩型以砌石壩居多。水庫塘壩在當?shù)匕l(fā)揮了重要的灌溉作用，兼發(fā)電、防洪、養(yǎng)殖、旅游等效益。這些水庫塘壩絕大多數(shù)建于20世紀70年代以前，歷史久遠。受工程建設(shè)時期歷史條件的限制，大部分工程修建時無地質(zhì)勘察及設(shè)計資料，由村民勞動建成，建設(shè)工程中留下了一定的安全隱患。加之水庫運行了幾十年，隨著水庫設(shè)施和各種設(shè)備的不斷老化，有些水庫不能正常運行，不能充分發(fā)揮其興利效益。同時，許多水庫隱患逐漸暴露，病險問題嚴重，嚴重威脅周邊及下游居民的生命財產(chǎn)安全。

以淄川區(qū)峨莊支流上的紫峪水庫、土泉水庫、王家水庫、秦家塘壩、峨莊塘壩為案例，針對各水庫塘壩存在的主要問題進行分析，并進行除險加固設(shè)計，分析總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)，為今后小型水庫塘壩的除險加固工程提供參考。

2 水庫塘壩普遍存在的問題

2.1 防洪標準不足

各水庫塘壩普遍存在著洪水標準偏低、洪峰流量偏小，設(shè)計和校核洪水位偏低的狀況。如土泉水庫原設(shè)計洪水標準為20年一遇設(shè)計、200年一遇校核。土泉水庫壩型為漿砌石溢流重力壩，現(xiàn)狀壩頂高程為388.60 m，20年一遇洪水位為390.62 m，200年一遇校核洪水位為391.51 m，此時大壩全壩段溢流，因壩頂兩側(cè)無防洪邊墻，與壩頂相通的兩側(cè)道路及周邊房屋建筑等設(shè)施均受淹，不能保障周邊居民及其財產(chǎn)安全。故水庫大壩防洪能力不滿足運用要求。峨莊塘壩為漿砌石溢流重力壩，壩頂高程為354.91 m，10年一遇設(shè)計洪水位359.05 m，20年一遇校核洪水位359.57 m。大壩壩頂溢流，因壩頂兩側(cè)無防洪邊墻，與壩頂相通的兩側(cè)道路及周邊房屋建筑等設(shè)施均受淹，不能保障周邊居民及其財產(chǎn)安全。大壩防洪能力不滿足運用要求。

2.2 建筑物老化嚴重

峨莊支流上各水庫塘壩建成運用至今均已數(shù)十年，由于受工程建設(shè)時期歷史條件的限制，工程修建時無地質(zhì)勘察及設(shè)計資料，存在一定的先天不足，經(jīng)過幾十年的運行，工程老化問題突出。輸、放水及泄洪建筑物老化破壞較為嚴重，出現(xiàn)建筑物裂縫、斷裂、剝離、沖蝕、消能工程不完善、基礎(chǔ)淘刷等現(xiàn)象，造成建筑物結(jié)構(gòu)的整體性遭破壞，危及壩體的安全，或不能發(fā)揮其應(yīng)有的功能和作用。以紫峪水庫為例，溢洪道泄槽邊墻處基巖裸露，左側(cè)邊墻防護長度不足，連接土質(zhì)岸坡沖刷嚴重，嚴重影響大壩安全泄洪。又以土泉水庫為例，計算所需跌水下消力池長度為17.10 m，遠大于實際消力池長度，完整水躍不能在消力池內(nèi)完成，消能效果較差，因此對下游河道沖刷較嚴重。同時，紫峪水庫、王家水庫、峨莊塘壩均存在放水洞閥門漏水嚴重的問題。

2.3 大壩結(jié)構(gòu)不安全

各水庫塘壩及附屬建筑物普遍存在結(jié)構(gòu)不安全的問題。其中，土泉水庫大壩下游壩坡砌體抗沖刷能力不滿足要求，壩坡沖刷破壞嚴重，壩坡發(fā)現(xiàn)多處滲水；消力池下游無防沖措施。王家水庫下游漿砌石海漫沖毀嚴重，勾縫砂漿脫落，防沖槽拋石基本全被沖走，消能設(shè)施失效；兩側(cè)漿砌石邊墻無勾縫，砌筑質(zhì)量較差；下游右側(cè)擋墻坍塌，破壞嚴重。峨莊塘壩下游混凝土平臺及其下游漿砌石擋墻受損嚴重。

2.4 大壩滲流不安全

各水庫塘壩普遍存在繞壩滲漏的問題，是造成大壩不安全的危險因素。紫峪水庫缺少滲流監(jiān)測資料，但從現(xiàn)場查勘情況發(fā)現(xiàn)壩體兩次加固接縫處有滲水痕跡，下游壩坡、壩基及壩肩未見明顯出逸點，存在壩基滲漏及兩壩肩的繞壩滲漏問題。土泉水庫壩體中部和左壩段下游壩坡砌體剝落處多處滲漏，靠近壩腳處出現(xiàn)明流；兩壩肩坐于強風(fēng)化灰?guī)r上，有繞壩滲漏問題。王家水庫溢流段左端壩體有一小孔，貫穿挑流鼻坎與下游壩坡，水流自孔內(nèi)流出，存在帶走砌體砂漿的風(fēng)險；同時，在大壩左壩端溢流段與非溢流段連接處，墻體存在滲水現(xiàn)象。

2.5 水庫管理水平不足

多數(shù)病險水庫塘壩的水文測報與大壩觀測系統(tǒng)不完善，特別是塘壩中大部分沒有水文測報及大壩觀測設(shè)施，水庫塘壩的病險狀況不能及時掌握和處理，容易形成重大隱患；許多水庫的管理設(shè)施陳舊落后，防汛道路標準低，甚至沒有防汛道路。

3 病險水庫塘壩除險加固方案

病險水庫塘壩的除險加固工程，應(yīng)結(jié)合水庫的具體情況，采用除險加固方案，消除病險，恢復(fù)水庫塘壩原有功能。除險加固處理措施一般有以下幾個方面：

（1）對于防洪標準偏低的水庫，在進行洪水復(fù)核后，通過經(jīng)濟比選，采取加高大壩或者擴大泄洪建筑物規(guī)模的方案。其中，大壩加高可采用兩種方法：①加設(shè)防浪墻。對無防浪墻的大壩，經(jīng)過復(fù)核計算，壩體結(jié)構(gòu)滿足正常運用要求時，可采取在壩頂上游加設(shè)防浪墻的方法加高大壩。②加高大壩。在滿足壩體穩(wěn)定安全性的要求的同時，結(jié)合壩坡穩(wěn)定狀況，選擇對壩體進行加高。紫峪水庫在1975年二期工程加高壩體5 m，2005年對溢洪道東側(cè)的壩體進行第二次加高，至今運行狀況良好。

（2）對于輸、放水及泄洪系統(tǒng)加固，可根據(jù)水庫具體情況，分別采取更換設(shè)備、修補、改建、新建等措施，以使其發(fā)揮正常的作用和功能。對于金屬結(jié)構(gòu)和機電設(shè)備失效和破壞的水庫，主要采取修補和更換設(shè)備的措施。如土泉水庫及秦家塘壩，均在壩后新建防沖槽，內(nèi)填石塊及格賓石籠，避免洪水來臨對下游河道造成沖刷。再如紫峪水庫，在溢洪道泄槽左側(cè)新建漿砌石護坡，避免對左岸造成淘刷。同時，對紫峪水庫、王家水庫、峨莊塘壩更換了放水洞的閘閥，使之恢復(fù)正常運行的功能。

（3）對于壩體結(jié)構(gòu)存在問題的水庫塘壩，可根據(jù)具體問題提出相應(yīng)的除險加固措施。當壩坡出現(xiàn)塌陷或破壞時，可對壩坡進行加固，對于砌石壩可采用原材料或現(xiàn)澆混凝土進行加固。如土泉水庫，為解決下游壩坡抗沖刷能力不足的問題，設(shè)計拆除壩體下游壩坡至新鮮砌石，將新鮮砌石表面鑿毛，采用40 cm厚C25現(xiàn)澆鋼筋混凝土板。壩坡內(nèi)設(shè)排水管，防止?jié){砌石老壩體滲水?；炷涟迮c壩體砌石之間用Φ20的錨筋相接，錨筋排布間距為1 m×1 m。在新建混凝土壩坡底部設(shè)混凝土壓腳。這樣，不僅坡面平整，而且具有良好的抗沖刷能力，如圖1所示。

（4）對于大壩出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象的水庫塘壩，當壩體、壩基出現(xiàn)滲漏問題時，可根據(jù)實際情況采用充填灌漿、帷幕灌漿等措施，以防止?jié)B漏現(xiàn)象的持續(xù)。土泉水庫2017年8月對大壩樁號0+064—0+107段壩體充填灌漿和壩基帷幕灌漿，在2019年的洪水中經(jīng)受住了考驗。紫峪水庫運行至2004年，在壩體加高點的新舊結(jié)合處上出現(xiàn)壩體滲漏，在對滲漏點壩體進行灌漿，取得了良好的效果。對于王家水庫，設(shè)計將滲漏點孔口兩側(cè)的墻體充分用流水浸潤，用M10砂漿堵嚴，在孔口與迎水面的縫隙用防水素漿嵌嚴，終凝后灑水養(yǎng)護3 d，用較低的成本達到防止?jié)B漏破壞的效果。

圖1 土泉水庫下游壩坡重建圖

（5）管理設(shè)施及觀測設(shè)備不完善的水庫塘壩，主要根據(jù)管理需要，增加必要的觀測設(shè)施和補充添置必要的設(shè)備，使水庫管理工作足以保證水庫的正常運行。一般的壩體破壞事故，均有一段逐步發(fā)展的過程，如能發(fā)現(xiàn)及時并能采取措施搶險，便可以及時通知附近群眾轉(zhuǎn)移，以免造成人員傷亡。

4 結(jié)語

眾所周知，水利是農(nóng)業(yè)的命脈。病險水庫塘壩的帶病運行，有可能造成人員傷亡和巨大的財產(chǎn)損失。隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，特別是農(nóng)村經(jīng)濟的發(fā)展，充分發(fā)揮水資源的利用率越來越重要。水庫塘壩的除險加固，對當?shù)厝嗣裼兄匾淖饔谩Ｏ抻跉v史條件，當?shù)卦S多小型水庫塘壩原始資料不足，經(jīng)費有限，在不影響塘壩安全的前提下，節(jié)省成本，消除隱患問題，恢復(fù)水庫和塘壩應(yīng)有的功能，確保工程安全和正常使用，保證了人民群眾的生命財產(chǎn)和生產(chǎn)安全。從而產(chǎn)生良好的經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益，為促進水利事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供了可靠的基礎(chǔ)。本文總結(jié)了淄川區(qū)水庫塘壩加固設(shè)計的經(jīng)驗，為今后其他類似工程的設(shè)計提供參考。