破旧水库除险加固设计方案研究

余 俊

（江西天淼建设工程有限公司，江西 南昌 331700）

0 引言

众多病险水库[1]普遍存在设计洪水偏低，泄洪能力不足、地基处理不到位，坝体或坝基沉降、渗漏，坝体填筑质量不达标等问题。应根据水库坝体的自身特点，针对性地开展全面检测评估，严格控制风险，采取相应措施优化除险加固设计方案彻底解决险情。本文结合破旧水库除险加固工程，针对水库主要构筑物病险问题分析论证除险方案。

1 工程概况

1.1 水库现状

破旧水库位于进贤县东南部，属军山湖水系，坝址以上集雨面积1.37 km2，主河道长1.85 km，河道比降6.48‰。水库负责灌溉面积800 亩，防护区人口1000 人，是一座以灌溉为主，兼防洪和养殖功能的小（二）型水库。

1.2 主要问题

（1）大坝为均质坝，上下游坝坡、坝面杂草丛生，坝面不平整；坝体有少量沉降、裂缝等情况，上游预制块护坡破损、掏空、冲毁严重，下游左侧坝脚渗水，无反滤层及岸坡排水沟。

（2）溢洪道位于大坝左侧与山体接壤。进口控制段为宽顶堰，堰顶高程为36.45 m，宽3.00 m。溢洪道现状无进口段，下游冲刷严重，两岸边坡杂草丛生。

（3）涵管堵塞，混凝土现蜂窝麻面，且无截水环，采用砂浆勾缝处理接头，施工质量不达标严重影响大坝安全。进口放水斜卧管管身脱节、砼老化，漏水严重。

2 除险加固设计方案

2.1 坝体加固设计

破旧水库大坝存在清基不彻底，坝体施工填筑质量差等问题，导致坝基及两坝肩接触渗漏，已危及大坝的渗透稳定和抗滑稳定安全，因此完善大坝的防渗体系是大坝除险加固处理的主要任务之一。

2.1.1 坝体防渗设计

拟定冲抓套井回填粘土心墙和新设防渗粘土斜墙方案进行比选。

（1）粘土斜墙培厚方案

大坝上游面清除表土、整平杂物，加设防渗粘土斜墙，回填粘土，分层夯实，底部设置粘土截水槽，挖至砾粘土下0.5 m，回填粘土。

粘土斜墙设计高程不低于非常运行工况下的静水位。回填粘性土料要求具有较好的塑性和渗透稳定性，其中粘粒含量在35%～50%之间，渗透系数不得大于1×10-5cm/s，含水量控制在20%～30%，最好接近塑限；粘土设计干密度≥1.5 g/cm3，控制在土体天然干密度的1.02～1.12 倍。按规范要求，斜墙顶部应高出设计洪水位0.6 m 且不小于校核洪水位，设计洪水位为37.60 m，校核洪水位为38.14 m，斜墙顶高程应不低于38.14 m。

（2）冲抓套井回填粘土心墙方案

在坝轴线上造孔到不透水层0.5 m 以下，回填粘土夯实，套孔施工，在整个坝轴线上形成连续的防渗墙。防渗墙顶高程确定为38.14 m，底部伸入坝基不透水层以下0.5 m，墙底最低高程为32.06 m，最大墙深约6.08 m。经计算，套孔冲抓粘土心墙共抓孔171.00 m，形成套孔心墙面积790.02 m2，冲抓套孔填筑粘土量880.31 m3。

（3）方案比选

从施工条件看，斜墙方案施工简单，防渗施工质量明显，但粘土开挖和填筑量较大，受天气条件影响较敏感，雨季施工困难较多。冲抓回填粘土心墙方案施工技术成熟，粘土需要量不是很大，但施工要求较高，当孔深超过20 m 时，钻孔难度较大，且质量不易控制。

从工程造价看，斜墙方案和冲抓心墙方案造价比较接近。

本着“因地制宜，就地取材，技术可靠，经济合理”的原则，设计推荐采用粘土斜墙的方案对大坝进行防渗处理。

对防渗方案进行防渗效果、施工条件、工程造价等技术、经济性能比较，具体比较内容见表1。

表1 防渗方案比选

2.1.2 大坝下游反滤加固设计

新建下游坝脚贴坡反滤排水体，通过渗流计算，坝后出逸点最高达到33.85 m。根据规范要求，排水体应高出逸出点1.5 m，即达到33.35 m，采用块石、碎石和砂分层填筑。其中，砂石层和碎石层为0.2 m，干砌石厚0.4 m。

2.1.3 上下游护坡及坝顶加固设计

坝体上下游设置护坡以防止坝身淘蚀和雨水冲刷。上游通常采用混凝土预制块或干砌石护坡，下游采用草皮护坡。拟通过综合比选确定上游护坡类型。

（1）干砌块石护坡

砌石护坡厚度按式（1）计算：

式中：D 为石块的换算球形直径，m；ρk为块石密度，t/m3，取1.8；Kt为随坡率变化的系数，ρw为水的密度，t/m3；m 为坡度，m=2.50；t 为坡厚度，m；hp为累积频率为5%的设计波浪高度，hp＝0.18 m；

计算得D=0.08 m、t=0.11 m，结合干砌块石构造要求和施工要点，取t=0.3 m，护坡下采用0.10 m 厚砂砾石垫层。

（2）混凝土预制块护坡

正六边形混凝土预制块护坡，强度为C15，边长0.3 m。预制混凝土护坡板厚按式（2）计算：

式中：η 为系数，装配式取η=1.1；ρc为板的密度；b 为沿护坡板向长度；ρw为水的密度；hp为累积频率为2.0%的波高，hp＝0.117 m；m 为护坡坡率；Lm为平均波长

经计算，正六边形混凝土预制块护坡板厚t=0.02 m，按照施工要求及工程经验，取混凝土预制块护坡板厚0.10 m，板下设置0.10 m 厚砂砾石混合垫层。

（3）方案比较

以1 m2面积护坡对两方案工程量及造价进行比较，结果见表2。

表2 两方案工程量及造价比较表

由表2 中可知，混凝土预制块比干砌块石投资多13.17 元/m3。但是，鉴于方案Ⅱ比方案Ⅰ施工干扰因素少，质量易控制，外形美观，选取混凝土预制块为大坝上游护坡方案。

2.2 灌溉建筑物除险加固设计

灌溉涵管为预制混凝土圆管，主要负责为下游农田输水灌溉，拟采取旧管拆除原址重建的加固方案。

为方便与坝下涵管连接，拟定灌溉涵管进口段为矩形断面，内空尺寸为60 cm×80 cm，壁厚25 cm，底部设10 cm 厚C15 砼垫层，采用现浇钢筋砼结构，并设截水环，截水环顶厚取0.3 m，环高取0.5 m。

斜卧管沿左侧山体边坡布置，坡度为1∶2.50，顶高程为38.756 m，级差0.36 m，台阶宽1.0 m，放水孔径φ300；顶部接踏步至38.75 m。

2.3 溢洪道除险加固设计

溢洪道除险加固的主要任务是溢洪道新建进口段和消力池及控制段底板。

经复核，溢洪道控制段为开敞式宽顶堰堰溢流，堰顶高程为36.45 m，泄流宽度为3.00 m，长43.00 m，经调洪演算坝顶高程满足防洪要求。溢流堰后接陡槽，长38.00 m，底坡i=0.06；溢洪道边墙为C20 混凝土，进口段底板强度C25，消力池长×宽×高=5.0 m×3.0 m×1.1 m，底板采用钢筋砼衬砌，边墙采用现浇砼衬砌。

3 结语

提升病险水库加固标准应着眼于新思路、新起点，尽可能按照评估结论在确保方案可行、经济可靠的前提下有针对性地提出新技术、新方法、新工艺。通过对破旧水库全面分析总结，提出坝体、灌溉建筑物、泄洪建筑物的加固设计方案，并对相应方案的进行比选和优化。研究结果可对本地区其他类似水库除险加固工程具有借鉴作用。