浅析石岩水库坝面修复及综合整治问题

闫晓娜，杨东光

(1.深圳市水务规划设计院，广东 深圳 518000；2.深圳市水务工程建设管理中心，广东 深圳 518000)

水库在防御洪水灾害和保障国民经济建设中发挥着重要作用，尤其是在经济迅速发展，水库周边人口财富集中化的当代。水库如果存在病险，带病运行，会对周边人民生命财产安全造成巨大威胁。因此，病险水库除险加固意义深远、责任重大，一直是水利工程的一项非常重要的工作。

近期，新疆联丰水库、黑龙江星火水库、山西曲亭水库相继溃坝失事，给人民生命财产造成了重大损失，对类似工程的设计、施工及运行管理带来了重要启示。水利部及深圳市水务局高度重视，要求对水库进行安全专项检查，重点排查大坝、溢洪道、输水涵管等水库“三大件”工程软硬结合部位的安全隐患。

石岩水库承担着石岩、公明、光明、松岗、沙井、福永等街道的供水重任，水库大坝安全分类级别为一类坝，水库的重要性显著。因此，石岩水库坝面修复及综合整治项目关系到水库大坝安全运行和三防安全，同时关系到深圳市铁岗石岩水库管理处国家一级水管单位的创建，项目的实施具有十分有必要性和迫切性。

1 工程概况

石岩水库兴建于1958年11月，1959年冬基本建成并开始蓄水，后经多次除险加固。目前，石岩水库枢纽主要由主坝、1#、2#输水涵、溢洪道、拦淤坝和管养楼、石岩抽水站等建筑物组成。坝址以上集雨面积44km2，水库正常蓄水位36.59m，相应库容1690万m3；设计洪水位38.75m，相应库容2599万m3；校核洪水位39.81m，总库容为3154万m3；死水位30.20m，死库容243万m3。

主坝位于水库北面，始建于1958年，坝型为均质土坝，内有混凝土防渗墙。现状主坝坝顶高程41.10m，防浪墙顶高程42.15m，坝顶长586m，最大坝高18.5m，坝顶宽度8.5m。主坝上游坝坡分2级，在30.00m高程处设有一级8m宽平台，平台以下为粗细砂石混合料构成，坡比1∶1.5；平台以上为混凝土护坡，坝坡坡比为1∶3。下游坝坡分2级，在33.10m高程处设有一级2m宽平台；坝坡为草皮护坡，自上而下坡比为1∶2.5和1∶3。

2 水库存在的问题

2.1 参照的建设标准陈旧，不符合新的相关标准

根据GB50201—94《防洪标准》、SL252—2000《水利水电工程等级划分及洪水标准》，水库为中型水库，工程等别为Ⅲ等，主要建筑物级别为3级；防洪标准为设计100年一遇、校核2000年一遇[1]。

但随着社会发展，建设标准逐步完善，目前建设标准已发生新的变更。目前石岩水库主要参考以下三个标准。

2.1.1 防洪标准

根据GB 50201—2014《防洪标准》：石岩水库防洪标准为100年一遇、校核为2000年一遇。

2.1.2 工程等别及建筑物级别

根据SL252—2000，水库为中型水库，工程等别为Ⅲ等，主要建筑物级别为3级；次要建筑物为4级，工程坝下涵管封堵、坝体回填、坝后棱体排水及贴坡排水、防浪墙修复等建筑物级别为三级。

2.1.3 抗震设计标准

根据1990年的深圳市地震烈度区划图划分标准，本区地震烈度为Ⅶ度；依据GB50011—2001《建筑抗震设计规范》和地区抗震设防烈度为Ⅶ度，地震动峰值加速度值为0.10g。根据GB50287—99《水利水电工程地质勘察规范》的有关规定判别，本场地内砂层不具液化特征。

2.2 水库的功能不断发生变化

石岩水库是深圳市城市供水网络工程之一，是宝安区主要供水水库，年供水量持续增长。截至2016年，年供水量已达到3.6亿m3，承担石岩、公明、光明、松岗、沙井、福永等街道的供水重任。该水库主要功能为供水、调蓄，除库区径流外，还通过铁岗水库塘头临时泵站及永久泵站提水引东江水源工程水源入库。同时，北线供水工程，亦通过鹅(颈)石(岩)隧洞，将粤港供水工程的水源引入石岩水库。石岩水库与铁岗水库、长流陂水库、鹅颈水库以及在建的公明水库联合运行，是保证宝安区西部及光明新区供水的重要调蓄水库。

2.3 水库安全管理存在隐患

水库机电设备运转不灵。机电设备与金属结构过度老化，超出服役年限，严重锈蚀、止水作用丧失。不能正常工作，严重影响到水库整体安全。

(1)在2015年检查中发现水库大坝2-4号、5-4号测压管读数异常，有测压管失效或受损的可能，需修复或重置。

(2)抽水站年久未运行(2003年后)，穿坝涵管未做封堵处理，仅靠管道的四座闸阀及泵后止回阀止水，存在一定的安全隐患。

2.4 水库渗漏现象较为严重

石岩水库位于花岗岩侵蚀、剥蚀的丘陵地带，库盘主要由第四系含砾质黏性土的残积层和燕山期第四期中粗粒黑云母花岗岩等隔水层构成，库区无明显断裂通过，水库不存在大规模渗漏问题。

根据石岩水库历史档案资料，主坝坝址区原为石岩水库老河床，河床部分深达8.4m；建库时未对水库坝基进行防渗处理，仅在河床部分铺填90m长的黏土铺盖，加上坝体几经加固加高，填筑压实质量不足，水库运行过程中出现坝址漏水量增大的现象。

1993年对坝体增设混凝土防渗墙、帷幕灌浆后，防渗效果良好。2004—2005年石岩水库2#输水涵施工，穿坝涵管采用明挖回填的方法施工，施工中破坏了部分混凝土防渗墙，挖除了右坝肩部分帷幕灌浆，破坏了大坝的整体防渗，2012年对坝体防渗墙进行了修复。如图1所示。

根据《深圳市石岩水库大坝安全评价报告》(2012年10月)[2]、石岩水库管理处提供的水库工程档案及石岩水库管理人员介绍，2004年大坝右坝端新建2#输水涵，穿坝涵管内径DN800，采用明挖回填的方法施工，施工中破坏了部分混凝土防渗墙，挖除了右坝肩部分帷幕灌浆，破坏了大坝的整体防渗，施工结束后未对坝体防渗墙进行修复。2#输水涵新填坝段下游一直存在渗水现象，在2#输水涵未建以前，区域下游存在3个渗水点。自1993年对大坝进行防渗处理(防渗墙、帷幕灌浆)到2004年2#输水涵修建以前，坝后坡渗流量都很小；由于无记量数据，现不能确定2#输水涵修建以前区域渗漏量具体值。

2012年对2#输水涵新填坝段(东坝头)已进行了除险加固，恢复了坝体混凝土、防渗墙、上下游护坡、坝顶路面和防浪墙。经2012年9月10日现场检查，之前存在的渗水点的渗水量明显减小、水质清。2013年5月10日，在对该项目的现场查看时，两处集中渗漏点渗流量仍然较明显，渗出水流呈铁锈状颜色，夹带细颗粒料土。如图2所示。

3 水库修复建议

3.1 水库修复应持续进行和更新

石岩水库运行至今，曾进行多次除险加固。

图2 渗漏点

(1)1960年冬至1962年秋，加固项目为加高土坝1.5m，高程达40.086m，筑防浪墙高1m，培厚下游坝坡、平台(高程30.086)以上1∶2，以下1∶2.5(内填导渗砂层1.0m厚)整修上游坝坡护坡石，将干砌石改为浆砌石。

(2)1971年冬至1972年春，加固项目为加高主坝0.3m，达到坝顶高程40.386m，防浪墙顶高程41.586m，坝顶宽5m，上游坝坡3086m高程以上增加厚100mm混凝土护坡。

(3)1992年12月至1993年5月，加固项目为增设混凝土防渗墙，该墙轴线距防浪墙2.35m，墙厚0.6m，墙顶高程37.0m，墙底插入全风化层≥4m，最大墙高27.5。实际建造防渗墙净长533.2m，防渗帷幕52.1m，合计轴线总长579.9m，完成防渗墙进尺24153.75m，帷幕灌浆844.6m，防渗体总截水面积14800m2。

(4)1999年5月至2001年8月，进行了安全达标加固工程，分别为上游坝强夯平台、输水涵管、上游坝坡(填石粉、混凝土护坡)、下游坝坡(填土、草皮护坡)、坝顶等工程。加高主坝0.6m，高程为41.10m；墙顶加高0.45m，高程为42.15m；坝顶宽加宽3.5m，为8.5m；最大坝高18.5m。

(5)2012年4月至8月，加固项目为石岩水库东坝头防渗修复工程，主要修复2#输水涵新填坝段施工期破坏的防渗体系(坝体混凝土防渗墙、充填灌浆)，修复已破坏的2#输水涵上游坝坡混凝土防渗面板，修复2#输水涵输水涵新填坝段防浪墙。

3.2 解决工程隐患，保障水库工程安全的需要

除险加固通过四级抽水站穿坝涵管封堵及回填，水库主坝下游坝面修复、坝后排水系统改造等措施，保证水库的本身安全，达到消除潜在安全隐患和完善管理设施的目的，确保水库安全运行[3]。

3.2.1 涵管封堵

水库的校核洪水位为38.7m，涵管中心高程为32.53m，管径为0.8m，将石岩水库水位降低至四级站出水口底高程以下，将涵管出口2m段及出口建筑物全部拆除后，采用钢堵头封堵DN800管道出口，涵管口的设计压力为64.45kPa，因此钢堵头选用设计压力0.3MPa的定型产品，留于坝体内的涵管全段用C20泵送素混凝土填充。如图3所示。

Hyperphosphatemia is one of the main risk factors for the development of cardiovascular pathology and mortality among patients with chronic renal failure.

3.2.2 涵管拆除及混凝土封堵回填施工

坝后DN800涵管拆除，拆除总长度128.28m，拆除的管道转运至指定地点放置。

涵管出口黏性土回填，首先采用人工清淤方式，清除半封闭箱涵内的淤泥，通过人工开挖上岸、手推车转运至临时堆放点，利用自卸汽车运至弃置点；管道出口及箱涵部分预处理，需配备鼓风机、污水机等临时设备。坝体填土填筑按卸料、铺料平整(含洒水)、碾压工序平行流水作业，碾压4～6遍。

图3 DN800涵管出口封堵示意图

3.2.3 大坝坝脚开挖及基坑排水处理

大坝坝脚开挖地层主要为坝体素填土、砂砾层。开挖分两期进行，一期开挖自桩号L0+080.000向西开挖至涵管东侧棱体排水端，二期开挖自桩号L0+080.000向东开挖至东坝头。开挖原则上采用机械开挖，人工进行削坡、坝体侧开挖后的土坡坡比不大于1∶1，基础部分预留不小于50cm厚的人工撬挖保护层，以减少对坝基的扰动。

为了保证反滤排水体正常施工，在大坝坝脚开挖时，可沿原排水沟开挖形成集水坑，集水坑内设置抽水泵，布置1台IS65-50-125型离心泵进行经常性排水。基坑开挖时，为了防止降雨时地面径流进入基坑，增加排水量，拟在基坑外缘用编织袋围堰维护开挖基坑，围堰防渗采用黏土心墙，并结合导流涵管排水，将水排向下游排水沟。

3.2.4 坝脚排水系统改造

石岩水库右坝端下游边坡排水棱体还存在3个渗漏点。根据《石岩水库大坝输水管平面位置、管涌点漏水原因、3处渗漏点渗漏通道探测成果报告》(2012年4月)，三处漏水点除在棱体内集中渗漏外，其他地方应为散浸，探测工作未发现明显渗漏通道。应急工程应针对主坝桩0+327.612以东坝脚排水系统不完善进行修复，修复措施为贴坡排水与棱体排水[4]。主坝0+065.248—0+327.612设置有排水棱体，而主坝0+327.612以东仅有坝脚排水沟，且埋深较浅，反滤排水效果及增强坝脚稳定能力欠佳，在以往工程修复的基础上，应对主坝0+327.612以东进行坝脚排水系统改造，以确保大坝安全运行。

改造大坝下游排水系统总长165.55m，其中，桩号L0+000.00—L0+079.54棱体排水；桩号L0+079.54—L0+132.35棱体结合贴坡排水；桩号L0+132.35—L0+165.55贴坡排水。

3.3 完善水库运行管理设施，提高工程管理水平的需要

除险加固应与综合利用及管理设施的改善相结合[5]。石岩水库由于修建时客观条件的制约以及建成后投入的更改，防汛道路、泵房等管理设施难以满足要求。对石岩水库加固规划时，充分考虑到了修复或增设一些管理设施。同时应定期对水库大坝安全鉴定，对水库运行存在的隐患及时加固维修，将水库隐患消除在萌芽状态，确保水库运行和人民群众财产安全[6]。

3.3.1 大坝下游草皮护坡

3.3.2 重设测压管

水库大坝2-4号、5-4号测压管时常出现读数异常现象，有测压管失效或受损的可能，为准确监测防渗体防渗效果及下游坝体内的渗流水头，现将2-4号、5-4号测压管在原测压管处偏移1～2m的位置重设。

3.3.3 上坝踏步

现水库大坝西坝头踏步距离坝端50m，为便于汛期大坝安全巡视检查，在西坝头下游坝面新建上坝踏步，长36m。

3.3.4 新增水尺及量水堰

在改造后的下游坝脚排水沟内设置量水堰5座，测量其出溢渗流量。

4 结语

对病险水库进行除险加固，能让水库下方的地区安全得到保障，也给环境生态改善创造了更为合理的条件；对于保障人民生命财产与国家经济建设都具有非常重要的作用。且安全的水库周边环境可以更加有利于发挥水库在防洪、供水、发电、灌溉、旅游等方面的作用。

石岩水库通过四级抽水站穿坝涵管封堵，水库主坝下游坝面修复、坝后排水系统改造、新建防汛道路等措施，达到消除潜在安全隐患的目的，确保水库大坝安全运行。同时，加强水库安全管理，为深圳市铁岗石岩水库管理处创建国家一级水管单位创造有利条件。

我们要切实把病险水库除险加固作为关系全局的大事来抓，强化组织领导，加大资金投入力度，保证工程质量，确保水库安全运行和效益充分发挥。