双河水库除险加固坝体设计和施工要点分析

(新疆昌源水务科学研究院(有限公司)，新疆 乌鲁木齐　830000)

1　工程概况

双河水库位于天山北麓的新疆阜康市滋泥泉子镇双河村境内，地理位置为东经88°37′07″、北纬44°07′09″，在滋泥泉子镇以东18km，距阜康市60km，是以农业灌溉及下游地区防洪为主的综合性水利枢纽工程，水库为小(1)型，工程规模为Ⅳ等。水库利用西沟地形拦冲沟而建，通过渠首引白杨河水进行调蓄，控制灌溉面积2万亩。枢纽由坝体、放水涵洞组成。

2　坝体存在的主要问题

a.坝顶高程不满足原设计要求，也不满足水库防洪和兴利要求。

b.坝体结构不稳定，需进行加固处理。

c.坝体上游坝坡无防浪护坡设施，上游坝坡受风浪淘刷淘蚀严重，下游坝坡无排水设施，坝体渗透稳定性差。

3　除险加固方案设计

原坝体填筑质量差，上游无防浪墙，下游无排水设施，坝体抗滑稳定和抗震稳定不满足规范要求，经复核，坝体需加高培厚，采用土工膜+砂壳设计理念[1]。

3.1　坝体加高培厚

原坝体土质采用含砾低液限黏土和低液限粉土填筑，坝型为均质砾石土坝，坝顶高程725.06m左右，最大坝高4.5m。经复核，为满足校核洪水的设防标准和灌区正常调蓄要求，坝顶高程须达到729.10m，最大坝高10.94m。此次除险加固在原坝体上进行加高培厚。坝轴线仍选择原有坝轴线走向，同时对局部折线处进行一定的修整，采用曲线进行连接，其总长度为1700m。坝顶宽5.0m，上游坝坡坡比1∶2.25，下游坝坡坡比1∶2.0。坝后坡脚设贴坡排水体。

3.2　坝体采用复合土工膜防渗

上游坡面按1∶2.25的坡铺设200g/m2/PE0.50/200g/m2复合土工膜，铺设至坝顶728.60m处，幅宽宜采用6.0～8.0m，拉伸强度不低于180N/5cm，断裂延伸率不低于40%，弹性模量在5℃不低于70MPa，抗冻性(脆性温度)不应低于-60℃，撕裂强度应不低于40N/mm，抗渗强度应在1.05 MPa水压下48h不透水，渗透系数为10-11～10-12cm/s。土工膜的连接采用热焊拼接，连接强度应大于母材强度。铺放时不易过紧，应留足够的余幅(一般为1.5%～3%)，以适应拼接和气候变化。根据双河水库的实际情况，坝体复合土工膜顶部处理以倒梯形的形式埋在坝体内。即在728.60m高程水平折向下游，先设0.45m的水平段，然后以30°角折向下部，至高程728.10m；再水平铺设50cm，以30°角度折向上部至728.60m高程后，回拐约10～16cm富裕量结束。

3.3　上游坝面设混凝土板护坡

护坡混凝土面板采用大面积分块现浇混凝土板。混凝土强度等级为C20，抗冻等级为F200。规格为3m×3m×0.15cm，板间分缝宽度取2cm，缝内采用沥青砂浆和苯板填缝。为便于护坡底下的水体排出，在死水位以下1.0m至正常蓄水位之间的面板上水平插入φ100的PVC管排水，单管长度0.20m，每块面板上插4根，呈梅花形布置，单块板内最外层排水管设在距面板边缘0.75m的位置。排水孔底部采用无纺布包裹，铁丝绑扎，单块无纺布面积0.35m×0.35m，孔内填5～20mm石子。坝面排水孔做法见图1。

图1　面板分缝及排水管布置示意图(单位：mm)

为保证防渗体系的完整性，混凝土面板与左右岸坡相接时，面板边缘应直接插入岸坡内2.0m，边缘厚度为0.30m。土工膜埋入底部，并从其底部绕出，开挖面采用黏土回填夯实。岸坡土工膜做法见图2。

图2　土工膜岸坡连接示意图(单位：mm)

3.4　在前坝坡混凝土板护坡底部设防冻垫层料

在前坝坡混凝土板护坡底部设置40cm厚砂砾料防冻垫层。设计要求采用天然级配良好的砂砾料进行回填，夯实后相对密度大于0.7，小于0.075mm的颗粒含量不大于总土重的8%，砾石最大粒经不得大于50mm(见下表)。

砂砾料防冻层填筑要求表

3.5　前坝肩增设防浪墙

前坝肩增设梯形结构防浪墙，墙顶高程729.60m，总高1.0m，顶宽0.25m，底宽0.40m，露出坝顶0.5m，为C20F200现浇混凝土结构。防浪墙分缝长度5.0m，缝宽2cm，缝表层2.5cm填聚氨酯砂浆，其余部分填中密度苯板(20kg/m3)。

4　施工要点分析

坝体施工顺序为：坝体清基→老坝体开挖→坝体填筑→坝坡土工膜铺设→垫层铺设→混凝土护坡施工→坝顶路面施工[2]。

4.1　坝体清基

将坝基表层腐殖土、淤泥以及其他松散堆积物用74kW推土机、3m3挖掘机全部清除，预留20cm保护层，用人工清理至设计高程。

4.2　老坝开挖

老坝开挖采用人工和机械相结合的方法。在开挖过程中，严格控制老坝体开挖深度、坝轴线位置。尽量保持弃土与土料场取料平衡，减少弃土二次倒运。

4.3　坝体填筑

坝体填筑程序为：测量放线→坝基清理→坝料采挖运输→坝料填筑→干容重检测→干容重检测结果报监理工程师审批→下道工序施工至坝顶→坝提整修→验收。

根据现场压实试验，确定填筑料厚度为40cm。坝体填筑采用20t自卸车后退法卸料，74kW推土机向前进占法平料，同时保证上坝料不含杂物和超粒径的砂砾料。18t振动碾采用进退错距法压实，碾压方向平行坝轴线。坝体与坝基、岸坡、刚性建筑物的接合部位及坝体内的纵横接缝严格处理，保证接合质量，坝体的横向接缝的接合坡度不陡于1∶3，坝体接缝的坡面配合填筑上升，陆续削坡，直到合格层为止。洒水时注意控制含水率，保证上坝戈壁料相对密度不小于0.75，碾压后渗透系数不小于1×10-3cm/s[3]。

4.4　坝体坡面整修

坝体上下游坡面必须洒水压实，达到设计标准后，人机配合修坡，以人工修坡为主，机械为辅，采用挖掘机斗齿焊刮板粗清，人工挖除保护层。整修时严禁扰动边坡原始基面，对已扰动的部位应分层碾压夯实。再用人工拉线清坡，以保证坡面平顺，无鼓肚或凹陷。

4.5　土工膜施工

土工膜施工顺序为：铺设剪裁→对正搭齐→压膜定型→清理→焊接试验→焊接→施工质量检测→修补。

土工膜铺设前建设单位、监理单位、施工单位的代表应对铺设基地进行全面检查，铺设基地应坚实、平整，用平板夯实机除去车轮印、脚印和地面凹凸。

土工膜铺设应在室外温度5℃以上，无雨无雪，并且风力在4级以下时进行。采用人工自下而上铺设，要求铺设的土工膜平顺、松紧适宜，在拐角处折叠铺设，折叠宽度在15～20cm，保证土工膜有伸张的余地，不致拉破[4]；复合土工膜铺设过程中保持松弛状态，以防止变形对膜的破坏。为防止大风吹损，在铺设期间所有土工膜均用沙袋或软性的重物压住，直至保护层施工完为止，当天铺设的土工膜在当天全部拼接完成。对施工过程中遭受损坏的土工膜即时进行修补处理。

土工膜焊接采用热熔焊法，焊缝形式为直缝双道，焊缝间隔1cm，焊缝宽度1cm，焊缝搭接宽度约10cm。大面焊接前先试焊、试拉，确定合适的焊接速度和温度。现场拼接接头在焊接后在24h内，焊接面不承受任何拉力。焊接好后在12h内覆土。施工时要求操作人员及管理人员穿平底鞋，禁止在施工现场抽烟与携带有尖角的硬物(如剪刀、刀片等)。

土工膜焊接接缝的检测：土工膜的焊缝检查由专职检查员、监理工程师检测，外观检查无漏焊、无烫伤、无损伤后，采用充气法进行检测，检测方法：将测段(约10cm)两端封死，插入气针，充气至0.05～0.2MPa(视膜厚选择)，静观0.5min，观察真空表，如气压不下降，表明不漏，接缝合格，否则应及时修补。土工膜每1000m2取样检测，做拉伸强度实验。

4.6　阻滑体施工

阻滑体为现浇混凝土结构，采用跳仓法施工，浇筑前先于墙体基础下垫50cm厚砂砾石，混凝土分层摊铺，每层厚度不大于40cm，采用插入式振动棒振捣，浇筑完后应及时进行养护。

4.7　砂砾石防冻垫层铺设

砂砾石防冻垫层最大粒径不超过5cm，含泥量不大于5%。将级配好的砂砾石运到坝顶，挖掘机将其均匀轻甩到坡面，人工摊铺整平，用手扶平板振动夯进行压实。

4.8　上游护坡

在混凝土护坡施工前，用手扶平板振动夯进行压实，并采用人工自上而下修整，严格控制施工边坡的坡度和平整度。混凝土面板浇筑从下向上分块跳仓进行，混凝土坍落度不宜过大，以防止未凝结的混凝土在斜面上滑动。混凝土采用0.4～0.8m3混凝土拌和机拌制，平仓后采用2.5kW的平板振动器振捣，混凝土浇筑完成12～18h后采取养护措施，炎热季节或气候条件比较干燥时，应提前养护时间[5]。

4.9　坝顶路面施工

坝体施工完成后，采用粒径小于20mm的天然级配砂砾石铺设坝顶路面，以20t汽车采用后退法卸料，74kW推土机整平，18t振动碾压实。路肩采用预制混凝土块。

4.10　坝后排水

坝后施工可参照坝前施工工艺，排水沟断面均为土渠梯形断面，人工开挖，开挖前清除浮土、杂草，然后进行断面开挖。

5　结　语

双河水库除险加固工程实施后，保证了水库及居民群众生命财产安全，增强了其对水资源的调配能力；改善了灌溉能力；提高了对下游河道、耕地、乡镇、居民点的防洪保护能力。

[1]高仝.母子垦水库扩建工程大坝加高培厚设计[J].云南水力发电,2017(4):148-152.

[2]董欢.水磨沟水库除险加固设计方案及施工技术分析[J].东北水利水电，2017(4)：41-49.

[3]余聪聪.土石坝坝体填筑施工关键技术研究[J].水利建设，2017(11)：285-286.

[4]陈仕明,印泾经.复合土工膜在水库除险加固工程中的应用[J].中国水运,2017(12):190-191.

[5]罗来应.甲介水库除险加固工程混凝土施工要点分析[J].陕西水利,2015(12):33-34.