吴堂水库除险加固工程设计

□李 鹏（信阳市江淮水利水电工程建设监理站）

□夏小川（信阳市水利局）

吴堂水库除险加固工程设计

□李 鹏（信阳市江淮水利水电工程建设监理站）

□夏小川（信阳市水利局）

吴堂水库为均质土坝，此次除险加固针对水库现状及安全评价中存在的主要问题，上游坝坡采用混凝土衬砌，坝体设置深层水泥土搅拌桩防渗墙的加固方案，解决了坝体渗漏安全问题，溢洪道浇筑混凝土宽顶堰控制水流，并增设消力墩等消能工，解决了泄洪安全问题，输水洞进口重建竖井式闸室，解决引水灌溉问题，除险加固后，消除了多年的安全隐患，水库发挥了工程效益。

均质土坝；除险加固；溢洪道；竖井闸室

1.工程概况

吴堂水库位于河南省罗山县莽张乡蔡店村，在淮河流域竹竿河支流上，控制流域面积16.6km2，总库容379.10万m3；是一座以防洪、灌溉为主，兼顾水产养殖等综合利用的小（1）型水库。主要建筑物有大坝、溢洪道、输水洞等。

大坝为均质土坝，坝长522m，顶宽2.9～4m，无防浪墙，坝顶高程75.40～76.00m，为土路面，最大坝高12.7m。上游坡为干砌石护坡，下游为草皮护坡。

溢洪道为开敞式土渠，进口堰顶高程72.10m，宽26m，净宽20.6m，长7.7m，堰顶最大下泄流量101.70m3/s。堰后为明渠，长87m，底部高程71.10m，下游接15.8m长陡坡段，底板为混凝土护砌，陡坡段下游为消力池，池长9.5m，池深0.4m。陡坡段、消力池边墙均为浆砌石结构；输水洞全长18m，设计流量1.55m3/s，进口设有钢筋混凝土提升式平面闸门，安装30kN手摇螺杆式启闭机。

水库于1955年建成，大坝在50多年的运行中，经济效益显著，累计供水0.6亿m3，对下游防洪和地区国民经济发挥了重大作用。但目前坝体渗漏严重，上游护坡断裂、空洞、坍塌，溢洪道泄洪不畅，输水洞进口闸门等问题严重，年久失修无法正常启闭。

2.工程地质及工程质量评价

水库库区及坝址区地貌上属大别山山前波状平原，两岸岗丘高程在70.90～78.40m之间，相对高差小，坡度平缓。坝体为人工填土，坝基为第四系全新统及更新统冲洪积低液限粘土。经室外注水试验，坝体平均透系数为1.51×10-4cm/s，属中等透水性，坝基平均渗透系数为1.87×10-5cm/s，属弱透水性；由试验成果并结合现场勘察，坝体填土材料以低液限粘土为主，夹灰色耕植土，填土较杂乱，厚度不均一，施工压实不均匀，钻进过程中缩径严重，坝体填土合格率45%。综合判定坝体填筑质量较差。

3.工程存在主要问题

3.1 大坝护坡损毁及坝坡稳定安全系数不满足规范要求

大坝上游坡比1∶1.5～1∶2.8，混凝土护坡现已经断裂、风化、空洞，坍塌严重；下游坡面严重变形，呈上陡下缓、凹面曲线形，坡比为1:1.25～1：2.86，经复核，上下游坝坡安全稳定系数均不满足规范要求。

3.2 坝体及坝基渗漏

坝体填筑质量差，渗透系数较大，下游坡散浸，局部坝脚沼泽化，有可能发生渗透破坏，已影响到工程的正常运用。

3.3 下游坡无排水设施

大坝下游坝坡为草皮护坡，无排水反滤设施，浸润线逸出点较高，坝体有可能发生渗透破坏。

3.4 坝顶路面为土路面，凸凹不平，雨天难以通行。

3.5 未设置渗流及沉降等观测设施、管理设施不完善。

4.大坝除险加固设计

4.1 防渗加固处理工程

坝体渗漏处理采用深层搅拌桩防渗墙，处理范围桩号0+000～0+522，全长522m，沿坝轴线布置，搅拌桩防渗墙顶部高程为75.10m，底部深入坝基低液限粘土顶部以下1.0m，搅拌桩直径为50cm，桩距40cm，桩与桩搭接长度10cm，最小成墙厚度为0.3m，水灰比1.5∶1，水泥土中水泥掺入比为12%。

4.2 上游护坡工程

由于上游护坡损毁严重，且坝坡不规整，本次除险加固将上游混凝土及干砌石护坡全部拆除，按设计坡比1∶2.5进行整修后，采用厚0.15m的C20混凝土，0.15m厚的砂石垫层重新护坡。护坡范围为全坝段，由死水位69.92m护至坝顶75.50m。护坡分缝规格为3m×3m，缝中填塞无砂混凝土，缝下铺设30cm宽土工布。

4.3 坝顶路面工程

坝顶路面设计高程为75.50m，混凝土路面宽2.7m，采用20cm厚的C20混凝土硬化，下铺设20cm厚的10%水泥稳定石屑层，在坝顶路面两侧设0.150m×0.60m（宽×高）的C20混凝土路沿石，埋深40cm，正对坝坡横向排水沟处预留排水缺口。

4.4 下游坝坡培厚整修加固工程

本次除险加固工程设计拟对下游坝坡按设计坡比进行培厚整修加固。首先清除坝坡表面的有机质类土，平均清基厚0.50m。清基完成后，重新回填，整平后达到设计坡比1∶2.5。坝坡回填土压实度要求达到0.96以上，回填密实后，统一铺设草皮护坡。

4.5 下游排水工程

为使坝体渗水能顺利排出，防止发生渗透破坏，拟在桩号0+136～0+491坝段下游坝坡处设置贴坡排水。设计贴坡排水顶部高程为71.50m，材料由内至外依次为0.20m厚粗砂垫层、0.20m厚碎石垫层、0.30m厚干砌块石。

大坝下游坡设置纵横向排水沟。在下游回填部分与原地面交线处及坝脚处各设纵向排水沟1条，断面尺寸为0.40m×0.40m，采用C20混凝土浇筑，边墙及底板厚均为0.15m。同时，沿坝轴线每隔50m设一条横向排水沟，坝体与山坡结合处设横向排水沟，断面尺寸为0.30m×0.30m，采用C20混凝土砌筑，边墙及底板厚均为0.15m。

5.溢洪道除险加固设计

溢洪道采用矩形宽顶堰控制水流，长度3.4m，底宽26m，底部采用0.3m的C20混凝土底板护砌。下铺0.1m的C10混凝土垫层，两侧设置M7.5浆砌石八字墙。经复核，原消力池不满足规范要求，加设辅助消能工。将原混凝土底板凿除0.05m厚，新浇筑0.25mC25钢筋混凝土，并设置φ22锚筋加固，长1m，间距1.5m，呈梅花形布置。消力池前端设置一排C25钢筋混凝土分流墩，分流墩后3m处设置一排C25钢筋混凝土消能墩，后端设置C25钢筋混凝土尾坎。尾坎后为防止冲刷，底部采用0.3m的C25钢筋混凝土护砌，其下铺设0.1m厚的C10混凝土垫层，长度5m，并与原尾水渠底部平顺连接。同时消力池两侧边墙拆除重建，采用M7.5浆砌石砌筑，设计墙顶高程为68.35 m，总高5.5m。

6.输水洞除险加固设计

进口重建为竖井式闸室，出口增设消能设施。闸室段长5.2m，孔口尺寸定为1.0m×1.0m（宽×高），底板高程为69.92m，控制室底板高程为74.80m。安装检修闸门及工作闸门各一扇，配备SYQ-I-5型手动启闭机两台。出口新建钢筋混凝土消能工。

7.结语

本水库除险加固工程项目技术上可行，经济上合理，建议尽快进行除险加固，充分发挥工程应有效益。

2012-07-02