后山水库除险加固工程设计分析

陈 寅

(福建省江海工程管理有限公司， 福建 泉州 362000)



后山水库除险加固工程设计分析

陈 寅

(福建省江海工程管理有限公司， 福建 泉州 362000)

近年来，中小型水利工程除险加固是中国水利工程建设的重点，做好工程除险加固的质量控制工作具有重要意义。本文以惠安县后山水库为例，对工程除险加固方案进行了分析探讨，旨在为同类型水库加固维护提供参考。

水库大坝； 除险加固； 防渗； 溢洪道

后山水库是一座以农业灌溉为主，结合防洪、养殖等综合利用的小(2)型水库。有效灌溉面积600亩，水库工程施工质量受当时条件因素的影响和几十年的运行日趋老化。根据现场踏勘发现，虽然水库管理员每年均对水库迎水坡、背水坡进行简易的修整，但目前水库仍存在较多问题。为确保水库正常安全运行，改善工程管理和运行条件，进一步发挥水库工程防洪、灌溉等效益，对水库进行除险加固十分必要。

1 工程概况

水库位于东园镇东园村后山，所在河流属东墩溪。坝址以上集雨面积0.658km2，主河道长1.51km，河道比降54.7‰，始建于1971年，原坝高11.0m，总库容14万m3。该次除险加固参照《惠安县后山水库大坝安全评价报告》采用复核设计洪水重现期为30年一遇，洪水位20.56m，库容13.13万m3，复核校核洪水重现期为300年一遇，洪水位21.01m，库容14.46万m3。

2 水文计算

后山水库坝址以上流域面积为0.658km2，属特小流域，拟采用福建省小流域推理公式法和华东特小流域推理公式法两种方法比较推求设计洪水[1]。设计成果见表1。

表1 后山水库各频率设计洪水成果

由于水库缺乏洪量实测资料，复核依据《福建省省产汇流计算方法》，以24h设计暴雨扣除损失计算洪水总量。经计算设计洪水总量见表2。

表2 后山水库洪水总量成果

根据《福建省晋江地区、厦门市简易水文计算手册》中的设计洪水过程线查算表，先计算出过程线形状系数，查表即可求出每隔时段的Qi和Ti，最终得到该场洪水的洪水过程线。

根据计算，后山水库10年一遇洪水形状系数为0.15，30年一遇洪水形状系数为0.11，300年一遇洪水过程线系数为0.11[2]。

3 工程地质

水库工程区域内构造基本稳定，地震基本烈度为7度，地震动峰值加速度为0.15g，设计地震分组属第二组，场地类别Ⅱ类，区域地震动反应谱特征周期为0.40s。水库整个库周的地下水分水岭均高于正常蓄水位19.52m高程，库盆基岩一般由弱透水性的燕山早期混合二长花岗岩组成；水库四周未发现渗漏现象。枢纽工程区岩性为燕山早期侵入混合二长花岗岩(γ52)。左岸、右岸多有强风化岩出露；左岸、右岸缓坡处多为坡残积堆覆盖，主要成分为残积砂质黏性土，溢洪道下伏地层多为全—强风化岩。河床偶有弱风化岩出露。该工程左岸、右岸坝肩多为全—强风化岩，局部为弱风化岩。砾砂为强透水层，强风化岩为中等透水层，应采取相应的加固措施以满足坝基渗漏稳定性的要求。两侧坝肩局部强风化岩渗透系数相对较大；另外，坝体填筑土与坝基结合处往往是大坝防渗的薄弱部位，应采取加固措施防止其产生渗透变形[3]。

4 除险加固设计

4.1 大坝防渗加固设计

坝体渗流稳定计算虽然理论上满足要求，但根据地勘揭示，坝体与坝基接触面处存在厚约50cm的砂层，坝基处砂层呈不连续状态遍布整个坝基。虽大坝现状未发现渗漏现象，但考虑到砂层属强透水性渗透系数K=7.46～9.17×10-2cm/sec，一旦发生渗漏将对大坝产生严重危害，除险加固对砂层采取防渗措施。

4.1.1 防渗方案拟定

该次加固选取基础充填灌浆与基础防渗帷幕灌浆2个方案，通过经济技术及施工方案等方面进行比较，设计如下：

a.方案一：基础充填灌浆。充填灌浆桩号范围为0+000～0+123沿坝轴线布设一排(0+040～0+080段布设2排)，孔距2m，进入坝基0.5m，坝体部分灌浆长度2m，共83孔，分2序施工。充填灌浆钻孔总长度518.23m，充填灌浆总长度207.5m。

b.方案二：高压旋喷桩+防渗土工膜。在大坝迎水坡15m高程以上采用铺设复合土工膜防渗，15m高程以下坝体采用高压旋喷桩构筑垂直防渗墙[4]。旋喷桩单排布置，桩基0.6m，孔距0.5m，进入坝基全风化岩0.5m，共布置168孔，灌浆钻孔总长度568.4，灌浆长度522m，分两序施工。防渗墙顶采用C20混凝土盖梁。

4.1.2 防渗方案比较与选择

大坝防渗采用基础充填灌浆与高压旋喷桩+防渗土工膜两个方案进行方案比较，各方案投资概算见表3。

表3 防渗方案工程量及投资比较

参照类似工程经验，各方案优缺点见表4。

表4 大坝两种防渗方案比较

从表3、表4可看出充填灌浆方案比高压旋喷桩方案节约近一半的投资，且结合该工程实际，坝体原有渗透系数K=4.28×10-5～7.19×10-5cm/sec(大值平均值=7.19×10-5)，属弱透水，满足规范要求1.0×10-4cm/sec，无需对大坝整体进行防渗处理，仅需对砂层进行防渗加固处理[5]。因此该次加固采用方案一，即基础充填灌浆防渗。

4.2 大坝迎水坡加固设计

大坝迎水坡原有干砌块石砌体松散，砌缝杂草丛生，该次除险加固对其进行拆除重建，拆除高程15.00m以上干砌块石，进行坝面除杂整平。护坡方案采用现浇C20混凝土护坡和C20混凝土预制块护坡进行方案比较，现浇C20混凝土护坡411元/ m3、C20混凝土预制块护坡655元/ m3，在方量相同的情况下现浇C20混凝土护坡比C20混凝土预制块护坡节约约40%的投资，故采用现浇C20混凝土护坡。

由于现有坝坡无下坝台阶，观测水尺已缺损，该次除险加固在大坝左岸桩号0+014处设置M7.5浆砌块石下坝台阶和观测条石水尺，水尺埋设高程从14.00m至21.00m，共8根，每根水尺高度为1m。

4.3 大坝背水坡加固设计

4.3.1 背水坡排水设计

由于水库大坝未设置排水棱体，对下游坡的排水及坝坡稳定极为不利，该次除险加固对大坝背水坡增设排水设施。大坝下游坡设置贴坡排水，在大坝下游坡坝体桩号0+27.5～0+83.8设置贴坡排水，贴坡排水底层为200mm厚的砂垫层，中间为300mm的碎石反滤层，面上为500mm厚的干砌块石贴坡排水，贴坡排水坡比为1∶1.5，坝脚处外延1m，设置高程范围为下游坝脚底标高13.86m至下坝坡平台高程16.08m。贴坡排水投资低，施工简便，便于维修，可有效保障坝体稳定[6]。

4.3.2 背水坡加固设计

清除背水坡原有杂草和高程16.08m的平台处耕地，种植蜈蚣草。为方便管理人员上下坝坡，在背水坡桩号0+28处设置一M7.5浆砌块石下坝台阶。同时在大坝右岸新建一条C20现浇混凝土排水沟，采用矩形断面，尺寸0.5m×0.5m，排水沟每隔15m设置一道20mm宽的沉降缝，采用沥青杉木板填缝。

4.4 坝顶加固

因坝顶原有防浪墙已破损，该次除险加固修复防浪墙，采用M10砂浆勾缝。对坝顶原有土路进行除杂整平，现浇C20混凝土路面硬化，浇筑时向下游坡面倾斜1%，坝顶路下游侧路肩为M7.5浆砌条石路肩。

4.5 溢洪道加固设计

溢洪道平流段原有两岸侧墙高度不能满足校核洪水水位泄洪需要，因此对桩号溢0+000～溢0+040段两岸挡墙浇筑50cm高的C20混凝土压顶，其中桩号溢0+029～0+036段右岸原有干砌条石挡墙已失稳，拆除翻砌为M10浆砌条石挡墙。桩号溢0+044.2～溢0+120段泄槽和排洪渠段拟采用重力式挡墙结构型式，挡墙采用C20混凝土浇筑，墙顶宽600mm，墙背坡度1∶0.1，迎水坡坡度为1∶0.3，底部设置20cm厚的碎石垫层。因桩号0+237处旧水闸束窄溢洪道排洪断面，不利排洪，对其进行拆除并拓宽，以利排洪。

4.6 放水涵洞加固设计

原有放水涵洞的转动门盖经多年运行，已锈蚀严重，转动不灵活，影响启闭，该次除险加固拟更换新的转动门盖。转动门盖由铸铁门盖、钢板门框、角钢转杆组成；安装时，把门框及转杆采用螺栓固定在涵洞处，和坝坡成同一角度；在转杆的两端分别用直径为10mm的钢丝绳沿坝坡引出水库水面，连于启闭房内的绞车上，门盖直径为0.56m，启闭设备为1台3T手摇绞车，由于门盖长期处于水位变化处，需进行防锈处理。

4.7 大坝白蚁防治

根据水库堤坝白蚁防治技术要求，堤坝工程扩建和除险加固时必须对原底板工程内的白蚁隐患进行全面检查和彻底处理；结合大坝实际情况拟采取锥探灌浆灭蚁治理方案。

白蚁防治实施方案：挖巢找穴→造孔→配制药物浆水→灌浆→设置隔离防护沟。

a. 挖巢找穴。通过地表层仔细观察找出泥被线，根据白蚁活动规律，在大坝及大坝结合部，挖开部分土层找出白蚁运兵危害通道，找出白蚁主副巢穴，捕捉白蚁蚁王蚁后消灭部分白蚁营巢。然后实施人工浅表锥探钻孔灌入药物浆水。

b.造孔。人工操作方式锥探打孔，用六方钢钎，人工锥探造孔，孔深40cm，孔距比例2∶2，梅花形布孔，根据蚁患严重程度灵活运用布孔。

c.配制药物浆水。使用专用灭治白蚁的药物进场使用。施药灌孔期间为了保证大坝土层质量，不得使用其他原料加以配制，药物的配制方法只能用原质水加少许泥土搅拌。

d.设置隔离防护沟。大坝两端分别开挖两条宽20cm、深30cm的隔离防护沟，在所开挖的沟内头发白蚁药浆，并用土回填夯实，防止白蚁向大坝蔓延。

5 结论与建议

后山水库作为一座病险水库，存在较多的安全隐患，已经影响了水库的正常运行，限制了水库效益的正常发挥，水库一旦失事，将给水库下游人民的生命财产造成重大危害。建设该项目可大大提高水库工程安全性，同时可改善库区环境，提高区域水资源利用率，确保工程能够发挥应有的社会效益和经济效益，从而达到提高区域综合品质、促进经济社会发展的目标。

[1] GB 50201—94防洪标准[S].北京：中国计划出版社，1994.

[2] 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.

[3] 孙洪民.碾压土石坝水库除险加固工程地质勘探方法的探究[J].水利水电技术，2014，45(4):127-129.

[4] 马健，武营军，丁晔，等.液压抓斗造塑性混凝土防渗墙在梅铺水库除险加固中的应用[J].探矿工程—岩土钻掘工程，2010，37(8):64-66，69.

[5] 林志敏.坝体与坝基垂直连体防渗加固中墙幕结合关键技术[J].水利建设与管理，2012(11)：65-68.

[6] SL 303—2004水利水电工程施工组织设计规范[S].北京：中国水利水电出版社，2004.

Analysis on risk removal and reinforcement project design in Houshan Reservoir

CHEN Yin

(FujianJianghaiEngineeringManagementCo.,Ltd.，Quanzhou362000,China)

In recent years, risk removal and reinforcement of small and medium-sized water resources projects are keys in China water conservancy projects. The quality control work of project risk removal and reinforcement has important significance. In the paper, Houshan Reservoir of Hu’an County is adopted as an example for analyzing and discussing risk removal and reinforcement plan of the project, thereby providing reference for the reinforcement maintenance of similar reservoirs.

reservoir dam; risk removal and reinforcement; seepage control; spillway

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2016.11.017

TV697.1

B

1005-4774(2016)11- 0061- 04