东两河口水库除险加固设计

李道西，王 鑫，李 坤

(1.华北水利水电大学 水利学院，河南 郑州450045;2.肇庆市水利水电勘测设计院武汉分院，湖北 武汉430070)

1 工程概况及存在问题

东两河口水库位于湖北省随州市曾都区万店镇泉水寺村，坝址以上集水面积3 km2，原设计库容176 万m3，是一座以灌溉为主，兼顾防洪、水产养殖等综合效益的水库. 水库枢纽工程由大坝、溢洪道、输水管3 部分组成.大坝为黏土心墙坝，坝顶长185 m，顶宽4 m，坝顶高程144.7 m，最大坝高25.57 m，心墙顶高程143.6 m，顶宽2 m.溢洪道位于大坝右侧100 m 处，为开敞式明渠，渠底高程为143.0 m，堰宽18.5 m.输水管位于大坝右端，为坝下预制混凝土圆形埋管，管径0.4 m，进口底高程为127.97 m，最大泄流量为1 m3/s，进口采用双斜拉圆盘铸铁盖板闸门控制.

经过对水库运行监测资料分析、现场安全检查、工程质量检测及地质勘查等综合考量，东两河口水库工程各主要建筑物存在以下问题［1］.

1)大坝坝顶和心墙欠高，防洪能力不满足现行规范要求.水库坝顶高程为144.7 m，经过坝顶高程复核计算得出设计水位要求坝顶高程为145.78 m，故坝顶高程不能满足防洪要求，需要加高，坝顶路面不平整，雨水冲刷严重.

2)大坝坝基清淤不彻底;坝体填筑压实度不满足规范要求，天然含水量大，填筑质量不合格;心墙渗透系数偏大，不满足规范要求.大坝下游左岸坝肩与山体结合部位高程142.0 ～143.0 m 范围内渗水，渗水面积约3.5 m2.

3)大坝上游护坡石块风化、破碎，坝坡沉陷、隆起严重;下游坝坡不平整，无排水沟;排水棱体块石出现滑坡现象.

4)溢洪道未衬砌，无消能防冲设施，局部垮方，不能安全排洪.

5)输水管预制混凝土管接头裂缝漏水，影响大坝安全;闸门锈蚀变形，止水老化失效，漏水严重;钢丝拉杆更换数次，开关不灵，手摇操作时费力;启闭机、闸门均已超过使用年限.

东两河口水库枢纽工程存在很大安全隐患，灌溉面积达不到设计要求，综合功能无法正常运行，工程效益不能发挥. 更为重要的是，水库下游涉及约0.06 万hm2耕地及约1 万人的生命财产安全，因此，必须对水库进行除险加固.

2 主要建筑物除险加固设计

根据《防洪标准》(GB 50201—94)［2］和《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL 252—2000)［3］的规定，东两河口水库为小(1)型水库，其工程等级为Ⅳ等，主要建筑物为4 级. 该水库洪水标准按30年一遇洪水设计，300年一遇洪水校核，溢洪道消能防冲按20年一遇设计.工程所在区域的地震基本烈度小于Ⅵ度，可以不考虑抗震设计.

2.1 大坝除险加固设计

1)坝顶改造设计.坝顶新建混凝土防浪墙，强度等级为C20，上部厚50 cm，下部厚1 m，总高2.0 m，墙顶采用C20 混凝土帽，防浪墙顶高程146.00 m，高出坝顶高度1 m，下部与上游混凝土护坡连接.路面用C20 混凝土硬化，路面排水向下游(坡比为2%).新建下游预制混凝土块坝肩石，强度为C20，宽30 cm，高50 cm，心墙不加高.

2)上游坝坡改造设计.先将大坝上游原干砌石护坡翻修并平整后，用砂石灌缝，再增设现浇混凝土板.现浇混凝土板的分块尺寸为5 m ×5 m，强度等级为C20.伸缩缝为直缝，缝宽2.0 cm，内填沥青杉板.混凝土护坡板上下错缝浇筑，混凝土板下铺设0.1 m 厚垫层，设排水孔，孔径为50 mm. 连续垫层上混凝土护坡板厚根据《碾压式土石坝设计规范》(SL 274—2001)［4］附录一“波浪和护坡计算”方法进行计算.

3)下游坝坡改造设计.下游坝坡原来为草坡护坡，雨水冲刷严重不平整，先平整坝坡，增设坝面排水沟，大坝与岸坡结合处设置岸坡排水沟.纵向排水沟沿马道内侧设置，断面尺寸为40 cm ×40 cm，采用浆砌石.横向排水沟沿上坝阶梯左侧设置，材料、尺寸与纵向相同.岸坡排水沟沿岸坡与大坝结合处设计，左右岸各设一条. 由于工程运行多年，加上反滤坝渗水，排水棱体部分块石护坡滑坡，损坏严重.对排水棱体进行抽槽翻修，拆除原来滑坡，损坏严重的堆石重新砌实，然后用浆砌石护面.排水棱体内侧设纵向排水沟，坝脚设置坝脚排水沟.对滑坡地带重新设置反滤层，按原来设计2 层:第1 层采用粒径为1 ～5 mm 颗粒级别反滤料，厚20 cm;第2 层采用粒径为5 ～20 mm 颗粒级别的反滤料，厚20 cm.

4)坝体防渗设计.深层搅拌桩防渗墙沿心墙轴线(距离坝顶上游轮廓线1.5 m)布置桩孔，布置范围为桩号0 +000—0 +185，填筑混凝土等混合材料，形成一个整体的防渗墙，隔断渗漏通道. 根据计算，结合实际经验，大坝最大孔深30 m，故拟定有效墙厚为0.38 m.大坝最小墙厚400 mm，桩间搭接长度为200 mm，满足要求. 搅拌桩的水泥掺入比为12%.采用普通硅酸盐水泥，水灰比1.0∶0.7. 处理后深层搅拌桩防渗墙的渗透系数为6 ～10 cm/s.水泥土的抗压强度大于1. 0 MPa，水泥强度等级为32.5.为复核地层情况，确定满足设计要求的增强体下限深度，布设先导孔，孔距50 m，特殊地带加密.先导孔应该深入设计增强体下限深度以下5 m.

5)坝基防渗. 针对大坝存在的问题，采用帷幕灌浆，在坝基进行封堵，中部截断渗水通道. 从桩号0 +000—0 +185 段进行帷幕灌浆，并适当向两岸延伸.沿心墙轴线布置一排灌浆孔，与深层搅拌桩在一条轴线上，与坝体加固方案相结合施工，为节省工程量，分2 道工序进行施工，孔距2.0 m. 根据地质勘查成果及规范要求，防渗标准取透水率q=10 Lu，灌浆孔深入强风化层以下2 m(q =10 Lu 以下2 m)，灌浆材料采用水泥浆，帷幕灌浆总进尺357 m.

2.2 溢洪道除险加固设计

溢洪道布置的总体原则是全面开挖、修整溢洪道的边坡，开挖成型，使其泄流能力达到规范要求.在原址新建控制段，采用无闸控制的开敞式宽顶堰，堰顶高程143.00 m，堰顶净宽18.5 m，新建一级泄槽段、侧槽段、调直段、二级泄槽段、消能段边墙及底板，其他工程措施未予考虑.

1)进口渐变段(桩号0－005—0 +000).仅增设浆砌石扭面墙，墙顶宽0.4 m，高3 m.

2)控制段(桩号0 +000—0 +008). 其底板为C20 现浇钢筋混凝土，厚40 cm，净宽18.5 m，中间设伸缩缝，上下游均设1. 0 m 深齿槽，底板下设0.1 m厚砂石垫层. 控制段边墙为重力式C20 钢筋混凝土挡土墙，墙顶宽0.35 m，总高2.8 m.考虑防汛交通要求，桩号0 +000—0 +008 段布置交通桥.交通桥拟定总宽度5 m，设2 孔，净距9.25 m，中间设混凝土中墩，墩厚1.0 m，中墩上、下游均为半圆形;交通桥为预制钢筋混凝土空心板，强度等级为C30，板厚0.55 m.

3)一级泄槽段(桩号0 +008—0 +026.75). 其底板为C25 现浇钢筋混凝土，厚35 cm，净宽18.5 m，中间设伸缩缝，上下游均设1.0 m 深齿槽，底板下设0.1 m 厚砂石垫层.泄槽段边墙为重力式C20 钢筋混凝土挡土墙，墙顶宽0.35 m，总高由3.5 m 渐变到3.0 m.

4)侧槽段(桩号0 +026.75—0 +037.755). 其底板为C25 现浇钢筋混凝土，厚35 cm，净宽由4.9 m渐变到10 m，中间设伸缩缝，上下游均设1.0 m深齿槽，底板下设0.1 m 厚砂石垫层.泄槽段边墙为重力式C20 钢筋混凝土挡土墙，墙顶宽0.35 m，总高3.5 m.

5)调直段(桩号0 +037.755—0 +043.755).其底板为C25 现浇钢筋混凝土，厚40 cm，净宽10 m，上下游均设1.0 m 深齿槽，底板下设0.1 m 厚砂石垫层. 泄槽段边墙为重力式C20 钢筋混凝土挡土墙，墙顶宽0.35 m，总高3.5 m.

6)二级泄槽段(桩号0 + 043. 755—0 +075.255). 二级泄槽段底板为C25 现浇钢筋混凝土，厚35 cm，净宽10 m，上下游均设1.0 m 深齿槽，底板下设0.1 m 砂石垫层. 泄槽段边墙为重力式C20 钢筋混凝土挡土墙，墙顶宽0. 35 m，总高由4.00 m渐变到3.65 m.

7)消能段(桩号0 +075.255—0 +087.755).其底板为C25 现浇钢筋混凝土，厚40 cm，净宽10 m，上下游均设1.0 m 深齿槽，底板下设0.1 m 厚砂石垫层. 泄槽段边墙为重力式C20 钢筋混凝土挡土墙，墙顶宽0.35 m，总高3.5 m.

2.3 输水管除险加固设计

2.3.1 方案比选

根据输水管存在的问题，拟定两个设计方案［5］.方案一(加固方案):输水管内壁采用PE 管内衬，内衬前清除受到剥蚀作用的疏松混凝土，包括去掉松动的粗骨料，以保证PE 管与混凝土内壁间进行回填灌浆充填密实. 方案二(新建输水隧洞方案):封堵原输水管，根据库岸地形，新建输水隧洞.方案一投资成本小，但是原输水管管径小，施工难度较大，加固后效果不理想，存在安全隐患. 方案二投资大，新修输水隧洞泄流量易控制，泄洪安全. 结合业主要求，最终采纳方案二.

2.3.2 新建输水隧洞线路选择

新建输水隧洞线路选择遵循线路顺直、沿线岩体完整、上覆岩层厚度适中、工程地质条件有利、施工方便、尽量不影响大坝等原则，选择在大坝右岸离大坝60 m 左右山体下穿过. 此线路地质构造简单，洞身段岩体为白云石英钠长片岩，岩质脆硬，断面较新鲜，承载力特征值为1 700 kPa，围岩等级为Ⅲ类.

2.3.3 进水塔布置

进水塔位于大坝右端，底板高程127.97 m，底板厚80 cm.塔内设工作闸门、检修闸门各一扇，均为平面钢闸门，闸门尺寸为1 m ×1 m. 工作闸门后设一PE 管通气孔，孔径150 mm. 塔壁厚50 cm. 进水塔启闭机平台高程为146.00 m，平台上设启闭机房.进水塔采用竖井式，竖井直径为3 m. 塔顶高程为150 m.塔顶用工作桥与大坝连接.

2.3.4 输水隧洞布置

为增大设计流量，减小糙率，输水隧洞采用钢筋混凝土衬砌圆形断面，断面直径为0.8 m.根据衬砌计算结果，衬砌厚度为0.3 m(Ⅱ，Ⅲ类围岩). 隧洞长98 m，隧洞出口设置消力池.

3 结 语

除险加固工程实施后，提高了水库大坝的防洪标准，消除了危及水库安全的隐患.从而使水库在灌溉、防洪、养殖等方面的效益得到正常发挥.

［1］王鑫.湖北省随州市曾都区东两河口水库除险加固初步设计［D］.郑州:华北水利水电大学，2013.

［2］中华人民共和国水利部.GB 50201—94 防洪标准［S］.北京:水利电力出版社，1994.

［3］长江水利委员会长江勘测规划设计研究院. SL 252—2000 水利水电工程等级划分及洪水标准［S］.北京:中国水利水电出版社，2000.

［4］黄河水利委员会勘测规划设计研究院. SL 274—2001碾压式土石坝设计规范［S］.北京:中国水利水电出版社，2001.

［5］孛永平.小水库除险加固设计方案的选取［J］.中国农村水利水电，2012(4):145－146，149.