某小型水库除险加固方案设计

高 坤 （安徽省砀山县，安徽 砀山 230000）

1 工程概况

某水库位于安徽省滁州市境内，属淮河流域女山湖水系，江淮丘陵区地形。现状兴利水位33.40m，设计洪水位33.90m（20年一遇），校核洪水位34.28m（200年一遇），总库容为40.4万m3。水库下游有8个村民组，约150人，灌溉面积100hm2，水面养殖近9hm2，水库流域面积集水面积1.24km2，是一座以灌溉为主，兼有防洪、养殖等综合效益的小Ⅱ型水库。该水库于1973年兴建，1974年建成并投入运行。

2 工程存在的问题

该工程由于建造时间较早，在建期间受资金及条件的限制，施工时主要由人工挑土填筑而成，大坝清基不彻底，坝体填筑质量差，大坝部分坝段坝脚处存在渗漏现象。

2.1 坝体工程地质

经野外原位测试及室内土工试验资料综合分析表明：坝身填土主要为①层重粉质壤土，含水量范围值24.80%～29.59%，干密度范围值1.45～1.55g/cm3，平均干密度1.48g/cm3；标准贯入范围值为2.4～6.0击；液性指数平均值0.84，塑性指数平均值14.36；压实度范围值为86.8%～92.3%，平均压实度88.1%，不满足规范要求。在大坝顶孔做注水试验，成果表明渗透系数均值1.9 ×10-4cm/s，属中等透水性，说明该大坝碾压不密实，防渗性能较差。直接快剪粘聚力小值平均值29.1kPa，直接快剪内摩擦角小值平均值10.9о，Es=4.3MPa。

2.2 坝基工程地质

坝基岩性自上而下分层如下：②层粉质粘土(Q4al)，褐灰色，软塑，湿；层厚0.70～2.50m，层顶分布高程29.61～30.04m，层底分布高程27.47～29.24m。③层粉质粘土(Q4al)，黄褐夹灰色，可塑，湿，局部层底含有细砂约10%；层厚1.00～3.70m，层顶分布高程27.47～32.42m，层底分布高程24.91～31.32m。④层粘土(Q3al)，黄褐夹灰色，可塑～硬塑，湿；该层未揭穿，探及层厚≥（3.95～5.45）m，层顶分布高程27.53～29.45m，层底分布高程≤（24.00～24.05）m。⑤层泥质砂岩，全风化，该层仅探及层顶，探及层厚≥（0.30～1.00）m，层顶分布高程24.91～31.32m，层底分布高程≤（23.91～30.90）m。

3 除险加固方案

3.1 坝体防渗处理方案的选取

针对大坝部分坝段坝脚处存在渗漏现象，拟对大坝坝体进行防渗处理。目前土石坝除险加固的方法主要有上游面土工膜防渗、混凝土防渗墙、高喷灌浆等等，因为该水库属于小Ⅱ型水库，规模不大，且投资有限，土工膜防渗作为一种新型的防渗处理方法正被广泛的运用在小水库的除险加固工程中，实际工程效果证明土工膜防渗效果出色且投资较小，故本次选用铺设PE土工膜的方法对该土坝进行防渗处理。采用的PE土工膜技术标准为：两布一膜、幅宽4m（400g/m3），纵横向断裂强力不小于16kN/m，纵横向断率伸长率50%，纵横向撕破强力不小于0.48kN，CPR顶破强力不小于2.5kN，垂直渗透系数1×10-8cm/s，耐静水压0.6MPa。均符合GB/T17642—1998的要求。具体施工步骤如下。

①清除上游坝坡的杂草，通过回填、削土的方法将坝坡修整为1:2，在修整好的坝坡上铺设0.1m的粗砂垫层，厚度为0.1m⑨

②铺设PE土工膜，自上向下铺设，留有一定余量，不能紧绷，以适应地形的变化，采用热焊法接缝⑨

③在PE土工膜上铺设黏土层，厚0.3m，作为保护层，保护层应该保持与设计上游坡面一致。

④再在粘土层上铺设0.1m厚的粗砂垫层，然后在粗砂垫层上铺垫混凝土预制块面板护坡。

⑤PE土工膜防滑设置。因为上游坝坡总长330m，为防止土工膜滑落，需要在坝坡中央位置防滑齿槽，齿槽深1m，底宽0.5m，口宽1m，土工膜深入齿槽铺设后，浇筑混凝土。

⑥坝脚处理。坝脚需开挖截水槽至不透水层，并深入不透水层1m，槽底宽1.2m，在开挖好的截水槽里浇筑C15混凝土，将土工膜浇筑于混凝土内。

⑦岸坡处理。坝体与两岸坡接合处须开挖截水槽，槽深为不透水层以下0.5m，槽底宽0.5m，边坡1:0.5，槽内现浇C15混凝土，厚度0.2m，土工膜浇入混凝土内0.5m，混凝土上回填粘土夯实。

3.2 土工膜铺设前后土坝渗流计算结果对比

3.2.1 计算参数的选取

根据工程地质勘探钻孔及土工试验等资料，选取桩号为0+196的典型断面进行渗流计算。渗流计算参数结合注水试验成果取值，具体参数选用值详见表1

各分区的渗透系数 表1

3.2.2 计算工况

依据《碾压式土石坝设计规范》，土坝渗流计算应考虑水库运行中出现的不利条件，本次渗流计算考虑下列4种工况：

①上游正常蓄水位33.4m，下游无水时；

②上游设计洪水位33.9m，下游无水时；

③上游校核洪水位34.28m，下游无水时；

④正常蓄水位33.4m降至死水位30.98m，下游无水时。

土工膜处理前渗流计算结果汇总表 表2

土工膜处理后渗流计算结果汇总表 表3

从上述计算结果可以看出，未采用土工膜进行防渗处理时，坝体最大的渗透比降多发生在下游坝脚处，大于渗透允许比降，导致渗流性态极不安全，易发生流土现象，且下游浸润线逸处位置较高，导致坝体饱和区增加，饱和区内石料承受上浮力，减轻了抵抗滑动的有效重量，不利于坝坡的稳定；采用土工膜进行防渗处理后，土石坝坝体的渗透比降减小，其值在规范规定的范围内；同时，浸润线高度也大幅度降低，坝体饱和区减小，增加了抵抗滑动的有效重量，有利于坝坡的稳定。

4 结语

某水库作为集灌溉、防洪等综合效益为一体的小Ⅱ型水库，运行至今已有40年，其坝体和坝脚多处发生渗漏现象，严重影响了大坝的安全。本文采取在大坝上游铺设PE土工膜的方式对坝体进行防渗处理，该方案既保证了水库的安全运行，使得其能充分发挥防洪、灌溉等综合效益，也有效降低了除险加固的资金预算。