淄博市百座小水库除险加固工程设计中存在的问题及对策

杨 静，王 宁，王黎明

（山东省淄博市水利勘测设计院，255020，张店）

一、基本概况

1.水库现状

山东省淄博市水库建设是从兴建小型水库起步的。20世纪50年代大办水利，开始修建小水库，20世纪60—70年代建成了太河、田庄2座大型水库，萌山、石马、红旗3座中型水库，以及一大批小型水库。80年代后，随着经济社会的快速发展，水资源供需矛盾日益突出。2001年，大芦湖、新城2座中型平原水库也竣工投入运行。至此，淄博市的水库布局基本完成，目前共有大型水库2座、中型水库5座、小型水库143座，总蓄水能力 4亿多 m3。

根据2007年度完成的淄博市小型水库排查工作，共有134座小型水库的大坝被列为三类坝，其中小（1）型 30 座，小（2）型 104 座。 这些小型水库大多修建于20世纪五六十年代，限于当时经济和技术条件限制，大多数水库属于边勘测、边施工、边设计的“三边”工程，加之投入不足、年久失修，工程存在严重安全隐患，且“串联库、头顶库”较多，严重威胁着水库下游人民群众生命财产安全，同时制约了水库综合效益的发挥。

“百座”水库除险加固工程包括10 座小（1）型水库、94 座小(2)型水库以及孝妇河干流樊家窝、贾村和黄土崖3座小水库与3座较大的塘坝，共110座。其中沂源县82座，博山区11座，淄川区8座，高新区3座，临淄区2座，周村区3座，张店区1座。

根据坝型分类，土石坝97座，浆砌石重力坝5座，浆砌石拱坝3座，土石混合坝2座，拦河闸坝3座。

2.存在的主要问题

根据工程排查和安全鉴定，水库主要存在的问题有：①水库原设计洪水标准低于国家现行规范 《防洪标准》（GB 50201—1994）的下限要求；②根据调洪演算，现状坝顶、心墙顶高程不满足设计洪水要求；③坝坡较陡，不满足抗滑、抗震稳定计算要求；④溢洪道开挖断面不足，不满足泄洪要求；⑤上游无护坡石，抗风浪冲刷能力差；⑥坝顶宽度不满足规范要求；⑦坝体坝基渗漏严重，存在渗透变形的隐患；⑧下游坝坡无坡面排水，多处塌陷；⑨放水洞闸门漏水严重，钢丝绳和阀门锈蚀，不能正常运行；⑩浆砌石坝上下游砂浆脱落，渗漏严重；11○拱坝泄洪方式布置不合理，不满足规范要求；12○溢洪道与大坝连接处无裹头，泄洪时冲刷严重。

上述问题的存在致使水库实际抗御洪水标准低于国家 《防洪标准》（GB 50201—1994）规定要求，主体建筑物存在严重质量问题，已影响防洪安全和正常运行。

3.除险加固主要内容

百座水库除险加固工程内容主要包括：大坝、溢洪道、放水洞三大枢纽工程维修、加固、改造；坝顶路面、主要防汛道路新建；标准化管理房建设；照明、水文观测设施建设等。

二、设计中存在的问题和误区

1.宽级配反滤层设计

在淄博市小水库除险加固设计中，对土石坝的上游坝坡均采用宽级配反滤层。反滤层防止土体渗透破坏理论和滤层准则是太沙基于1922年提出的，其准则是Dl5／d85小于4和J15／d15大于4。D和d分别指反滤料与被保护料的粒径，下标指小于该粒径的土料在级配曲线上所占的含量。太沙基的这些贡献很快被工程界接受并得到广泛应用。

滤层准则在宽级配料中的应用阶段是指20世纪六七十年代，在工程中用单一的宽级配反滤料替代人工加工的均匀级配多层反滤料的趋势，结果发生了许多管涌现象，事实证明这是一种失败的技术。

2.渗透变形问题

在小水库安全鉴定设计中，土石坝需计算黏土心墙、下游坝壳、坝基渗透比降，再根据其允许比降来判断坝体是否安全。实际上这是一个误区，心墙和下游坝壳根本不用计算出溢比降，只有坝基需采用临界水力坡降来计算。

心墙渗透变形类型存在两种：①细粒土和不均匀系数小于5的粗粒土渗透变形为流土；②不均匀系数大于5的粗粒土渗透变形。根据土的细粒含量采用下列方法计算：

实际在设计中，只要在心墙上下游设置了反滤层，管涌和流土均不会发生。因此只需计算下游坝壳出溢点高度，因为这是确定排水体高度的主要依据，只要排水体做好，下游坝壳便不会发生渗透变形。

坝基的临界水力比降则可以采用以下公式确定：

①细粒土允许水力坡降：

3.放水洞加固

在小水库加固设计中，放水洞设计也是容易忽视的一个环节，而放水洞也是水库加固中最容易引起问题的环节。

在水库加固中放水洞可分为两类：一类为坝前控制；一类为坝后控制。土石坝一般都是坝前控制，砌石坝一般都是坝后控制。

以沂源县小水库放水洞加固为例，沂源县大部分小水库放水洞均采用廊道式坝前斜拉式闸门控制，水库存在主要问题是闸门不能正常启闭，进水口损坏等。在对进水口进行加固时要注意与坝体的接合，以防止接触冲刷。特别是有些小水库是廊道内坝前接混凝土管，这类水库加固时一定要把混凝土管与廊道接口处理好。土石坝放水洞一般不推荐采用坝后控制。

4.水库的淤积

大部分水库经过多年的运行，淤积都比较严重，特别对于坝高比较小的水库，淤积都在死水位之上。而水库设计护砌底高程即为死水位，坝前清淤量比较大，施工比较困难。下面以吴家官庄水库为例说明这一类水库的处理方法。

吴家官庄水库设计总库容10万m3，校核洪水位47.96m，兴利水位46.15m，坝顶高程50.0m，最大坝高8 m。

图1适用于右坝头淤积较深的地方，应尽可能开挖，如果开挖十分困难时可采用抛石挤密，抛石要分层振捣密实，每抛一层石料采用挖掘机挖斗振捣密实后，再进行下一层施工至水面之上，水面之上采用石渣回填。

图2适用于左坝头段，该段淤泥较浅，含水量较少，先开槽清基至原状土层或岩基后采用石渣回填。

三、结论与建议

①收集整理水库基本资料，核定水库特征值，为进一步的水库安全复核奠定基础，为准确、客观地评价水库性能提供保障。

②认真踏勘现场对设计工作相当重要。因许多水库建设资料 (设计、施工、竣工或基本的水位库容关系等)残缺，水库运行期的记录、观测资料不全，一座水库出现多套互不相同的基础资料，水库特征值不全或多套资料相互矛盾。这就需要在现场排查时作详细的笔录，绘制草图，拍摄实地照片，这都是设计的第一手资料。对关键部位应在现场确定处理措施。

③地勘资料是设计的重要依据，但不要全盘照搬，有一些系数的取值要根据经验和规范选择使用。

④在进行水文计算时，应认识到所设计的水库分为两部分：泰沂山南区和泰沂山北区。泰沂山南区主要为沂河流域和大汶河流域，泰沂山北区主要包括弥河流域、淄河流域和孝妇河流域，两个区域计算时洪水数值相差比较大，应根据具体流域进行区别采用。

⑤设计中要充分考虑施工条件、施工道路、施工工作面、料场分布、取土、弃土等因素，这些都是确保工程顺利实施的决定因素。

[1]郭庆国，金亚玲.砂石滤层准则的研究与进展[J].水利水电科技进展，2002（2）.

[2]代兴兰.谈小水库安全现状及存在问题[J].大众科学·科学研究与实践，2007(23).