李桥水库除险加固工程设计与应用

李永中

（甘肃省张掖市甘兰水利水电建筑设计院，甘肃 张掖 734000）

李桥水库除险加固工程设计与应用

李永中

（甘肃省张掖市甘兰水利水电建筑设计院，甘肃 张掖 734000）

通过李桥水库大坝坝坡塌坑事件，对运行50多年的壤土心墙土石坝进行了全面及时的安全复核和除险加固，分不同坝段的病险问题，采取了培厚上下游坝坡、坝体高压旋喷墙防渗、坝顶聚苯泡沫板防壤土心墙冻张破坏、坝基帷幕灌浆等加固措施，取得了较好的除险加固效果，保证了水库效益的正常发挥，可供其他类似工程借鉴。

水库；除险加固；设计

1 工程概况

李桥水库位于甘肃省张掖市山丹县城南33.0km的马营河干流上，是一座以灌溉为主的年调节中型水库。水库总库容1540万m3，有效库容1416万m3，主要由大坝、输水涵洞、溢洪道和坝后式电站组成。李桥水库始建于 1958年，历经三期建设，于1980年竣工，而后又经过两次除险加固，形成目前规模，现已连续运行50多年。

水库大坝为壤土厚心墙土石混合坝，大坝总长1480m，坝顶宽5.4m，坝顶高程2179.90m，心墙顶部高程2179.20m，根据坝体结构和高度的不同，分为西坝段、中坝段和东坝段。西坝段最大坝高11.8m，心墙为壤土心墙，心墙下游没设置反滤层和排水设施。中坝段最大坝高25.4m，心墙为厚壤土心墙，心墙下游设置了反滤层，东坝段最大坝高13.1m心墙为壤土心墙，未设排水设施。

坝体基础防渗西坝段在坝基设置混凝土防渗墙，墙伸入底部岩石0.8～3.0m，伸入上部壤土心墙为2.3～4.0m；中坝段底部设置红粘土截渗齿墙，此墙底部伸入岩石1.5m，上部伸入壤土心墙1.5m；东坝段坝基设置混凝土防渗墙，墙体底部伸入岩石0.8～1.2m。

2 问题提出

李桥水库的建设过程受到不同时期不同社会背景条件下的制约，到1980年工程验收时，水库还是一个先天不足的工程，遗留了很多缺陷和不足，投入运行以来，一直存在渗漏问题。对此，李桥水库于1999年被甘肃水利厅确定为全省第一批重点病险水库，加之 2003年10月25日山丹发生6.1级地震，又造成防浪墙倾斜断裂。虽经2000年、2005年两次加固，由于投入资金有限，主要对溢洪道、输水洞进行了加固，均未解决水库大坝存在的渗漏稳定问题，存在极大的安全隐患。

2012年3月，水库管理人员在巡视时，发现后坝坡顶部和后坝坡坡脚两处各出现一个塌陷坑。坝坡顶部处塌陷坑坑口直径0.7m，底部直径2.6m，深2.8m。后坝坡坡脚处塌陷坑坑口直径0.8m，底部直径1.0m，深1.1m。分别编号为1#塌坑、2#塌坑。此时水库水位2177.77m，比正常蓄水位2178.60m低0.83m。在坝体下游滩地发现渗水出逸点水流有浑浊现象，局部已出现孔穴点，带出的土料为粉细砂颗粒。

水库险情出现后，水库管理部门及时提出了降低库水位、出现塌坑坝段坝前修建临时围堰等措施，使得水库的险情得到了有效控制。并控制此后水库的蓄水位不超过2175m运行。但病险并没有消除，所以要根据水库存在的问题，对该水库进行除险加固才能彻底解决病险问题，使水库发挥应有的效益。

3 塌坑原因分析

（1）因变形不协调和局部应力集中，导致有齿墙（东、西）坝段与无齿墙（中）坝段的接触区、齿墙坝段齿墙顶部粘土心墙区产生裂缝，形成渗漏。因防渗体下游面与坝基砂砾石层之间无反滤层导致坝体和坝基产生渗流侵蚀，致使渗透破坏现象长期存在。这些因素是造成坝体渗流异常及 2012年3月坝体塌坑的主要原因。

（2）李桥水库坝身壤土心墙填土总体密实性差，松散、不均匀、裂隙较多。东坝段坝顶轴线测线处存在较大的渗漏通道；西坝段坝顶轴线测线处存在较大的渗漏通道，坝后道路测线处仍可见此通道，说明上下游存在连通的渗漏通道；壤土心墙由于当初施工质量较差，在渗水的长期作用下形成了具有一定厚度的水平方向集中渗水通道；渗水通过心墙后影响范围有所扩大，总体趋势从1#塌坑向2#塌坑方向发展。

4 大坝存在的主要问题

（1）坝体心墙、砂砾石坝壳填筑质量差。

（2）左坝肩Ⅲ级堆积阶地砂卵砾石层属强透水层，存在绕坝渗漏问题；西坝段坝基的古河道清基不彻底，存在坝基渗漏问题；中坝段坝基属弱透水岩体，渗漏量较小，基本不存在坝基渗漏问题，但局部属中等透水岩体，存在局部坝基渗漏问题；坝基东坝段与右坝肩的深厚覆盖层清基也不彻底，也存在坝基与绕坝渗漏问题。

（3）东、西坝段渗流不稳定。

（4）中坝段在上游水位骤降情况下，上游坝坡抗滑不稳定，东、西坝段上下游坝坡抗滑不稳定。

（5）心墙顶部保护层厚度不满足要求。

5 大坝除险加固工程设计

本次除险加固时，中坝段、西坝段和东坝段维持现状坝轴线不动，坝顶防浪墙不动，坝顶宽度5.4m不变，在原坝体上解决大坝存在的主要问题。除险加固工程主要有中坝段坝体加固工程、西坝段坝体加固工程、东坝段坝体加固工程和东、西坝段坝基及左坝肩防渗处理工程。

5.1 中坝段坝体加固工程设计

中坝段存在的问题是上、下游坝坡不稳定的问题，坝顶壤土心墙顶部保护层厚度不够的问题。

针对中坝段上游坝坡不稳定的问题，先在库底2169m高程以下原坝体上开挖梯形断面抗滑槽，在槽内抛填块石作为坝前培厚砂砾的基础后，再在上面填筑砂砾石盖重，盖重起点高程为 2169m，盖重水平底宽 3.51m，顶部至坝顶高程，为2179.9m，填筑坡度 1∶2.75。

针对坝顶壤土心墙顶部保护层厚度不够以及大坝下游坝坡不稳定的问题，由于心墙顶部保护层厚度只有0.7m，小于当地最大冻土深1.62m，坝顶采用揭开30cm的砂砾后，铺设厚度6cm的保温板以增加坝顶壤土心墙的抗冻张能力，然后填筑砂砾石厚24cm，达到原坝顶高程2179.9m。

为了便于碾压和新老坝体的结合，首先拆除下游坝坡干砌石护坡，然后用砂砾石培厚下游坝坡，以增加下游坝坡的抗滑稳定性，下游坝坡的培厚坡度自上而下为1∶2、1∶2.5，与现状坡度一致，培厚水平宽度2.2m。上游坝坡盖重砂砾石坡面在高程2176.1m以下采用厚度30cm的干砌石护坡，护坡下铺设厚度50cm的砂砾垫层；高程2176.1m以上采用C25现浇混凝土护坡，厚度20cm，以避免原干砌石在风浪和冰层作用下经常被破坏的弊病，对混凝土护坡下铺设50cm的砾石垫层。

对中坝段下游坝坡培厚以前，首先对2012年3月出现的1#塌坑、2#个塌坑进行局部开挖检查，把该段下游坝坡砂砾揭开到心墙，检查心墙是否破坏，然后再夯填砂砾到设计厚度。加固设计典型横断面见图1。

5.2 西坝段坝体加固工程设计

针对西坝段存在的坝体渗流不稳定、清基不彻底，有齿墙（东、西）坝段与无齿墙（中）坝段的接触区、齿墙坝段齿墙顶部粘土心墙区域产生裂缝，形成渗漏通道，以及下游坝坡不稳定的问题，采取以下加固处理措施。

对西坝段原坝体下游坝坡培厚，培厚坡度1∶2，坝体上游老坝体台地上做高压旋喷墙防渗。高压旋喷防渗墙轴线布置在西坝轴线上游5.68m的原老坝顶（2178.4m高程）的台地上。即高压旋喷防渗墙与防浪墙基础的净距 2m，高压旋喷墙厚度0.6m，旋喷桩半径0.6m，旋喷桩中心距 1m，布置高喷防渗墙404m，平均孔深17.1m。采用单排旋喷桩套接的结构形式，高压旋喷墙采用三管法施工。压旋喷防渗墙右端与中坝段壤土心墙连接，伸入壤土心墙35m，伸入中坝段部分高压旋喷墙顶高程2179.6m，高压旋喷墙底部伸入基岩1m。在高压旋喷墙与防浪墙之间用25cm厚的C25混凝土护砌。加固设计典型横断面见图2。

图1 中坝段加固典型横断面设计图

图2 西坝段加固典型横断面设计图

5.3 东坝段坝体加固工程设计

东坝段存在的问题与西坝段类同，采取的处理加固措施也与西坝段类同。对东坝段原坝体下游坝坡培厚，培厚坡度1∶2，坝体上游老坝体台地上做高压旋喷墙防渗，高压旋喷防渗墙左端与中坝段壤土心墙连接，伸入壤土心墙35m，右端做至溢洪道边墙。共布置高压旋喷防渗墙长155m，平均孔深19.44m。高压旋喷墙设计及与防浪墙的连接设计与西坝段设计类同。加固设计典型横断面见图3。

5.4 西、东坝段坝基及左坝肩防渗处理设计

（1）西坝段坝基防渗加固处理措施。沿着西坝旋喷桩墙墙轴线，从台地顶部造孔对坝基中等透水岩体进行帷幕灌浆。沿旋喷桩墙轴线布置防渗帷幕长度404m，单排孔，孔距2m，灌浆深度根据规范按基岩透水率不高于10Lu控制，并伸入弱风带以下5m，平均灌浆深度为16.1m，先做帷幕灌浆，帷幕完成以后再做高压旋喷墙，钻灌比为1，见图2。

（2）东坝段坝基防渗加固处理措施。沿着东坝段旋喷桩墙轴线，从台地顶部造孔对坝基中等透水岩体进行帷幕灌浆。共布置防渗帷幕长度155m，灌至微风带以下5m，平均灌浆深度为22m。其余设计与西坝段坝基处理措施相同，见图3。

（3）左坝肩防渗处理措施。对左坝肩进行高压旋喷防渗墙处理。高压旋喷防渗墙长度 50m。高压旋喷墙设计与西坝段高压旋喷墙设计类同。

6 结语

水库除险加固工程于2012年 7月开工建设，于2013年10月完工。通过一年多的正常蓄水位运行考验和观测，坝后滩地渗水消失了，坝顶裂缝也再没有出现，各坝段上、下游坝坡没有出现异常，塌坑坝段完好，没向不利方向发展，说明采取的大坝加固措施是合适的，加固效果是理想的。尤其采取的从坝顶做高压旋喷防渗墙至基岩的加固措施和坝顶铺设聚苯泡沫板代替常规的加厚砂砾石层防止心墙冻胀破坏的办法，对于类似水库除险和工程设计具有较好的借鉴价值。

TV698

B

1008-1305（2015）04-0089-03

李永中（1962年—），男，工程师。