某小(2)型水库除险加固存在的问题及处理措施

陈 鉴

(修水县水利局，江西 修水 332400)

1 工程概况

某小(2)型水库坝址以上径流面积0.43 km2，总库容11.13万m3，现状枢纽建筑物由大坝、溢洪道及输水涵洞组成，是一座以灌溉为主，兼有防洪功能的小(2)型水库，水库下游防洪保护人口150人及耕地面积160亩。水库一旦溃坝，坝址处产生最大洪峰为297 m3/s的洪水，淹进至下游1.1 km处的村庄时，洪峰流量为157 m3/s，这将直接影响下游沿河村庄和农田，造成巨大的经济损失。水库建成于1991年5月，受建库时期技术条件和经济条件限制，水库建成后一直存在渗漏问题，经过近20 a的运行，大坝、溢洪道、输水涵洞结构发生不同程度的破坏，水库带病运行。本次除险加固中经现场检查、地质勘查以及资料搜集整理评定大坝、溢洪道以及输水涵洞的工程质量不合格，需要进行除险加固设计，以保障下游村庄和农田安全。

2 水库存在的问题及处理建议

本次除险加固前，分别对大坝、溢洪道和输水涵洞进行现场检查、质量检测以及相关地质试验分析[1]，并将各枢纽建筑物存在的问题归纳总结如下。

(1)大坝：①大坝上下游坝坡无护坡，下游坝坡坡面极不规整，杂草丛生，坝脚无排水棱体；②通过地质钻孔对坝土进行了11次注水试验，所得坝土渗透系数为2.99×10-3cm/s～3.63×10-4cm/s，坝土渗透系数偏大，均不能满足规范对均质土坝渗透系数小于1.0×10-4cm/s的要求。根据现场踏勘，水库高水位时左岸坝肩接触带中部有一处呈股状集中渗漏现象，下游坝坡中下部出现大面积散浸潮湿渗漏现象，坝基接触带存在渗漏，总渗漏量1.2 L/s，潮湿面积120 m2。

(2)溢洪道：位于大坝右坝肩，为开敞式无闸控制宽顶堰溢洪道，堰顶高程1473.40 m，堰宽1.5 m，溢洪道总长44.40 m。整条溢洪道均未衬砌，断面极不规整，底板凹凸不平，杂草丛生，泄洪时尾水漫山流淌，直接冲刷大坝坝脚及下游农田，不能满足泄洪要求。

(3)输水涵洞：①位于大坝右侧坝体内，全长39 m，洞身为1.0 m×1.5 m浆砌石拱涵，现砌石结构完好，但涵洞洞身存在渗漏，洞身渗漏量约0.2 L/s；②涵洞进口设有Φ150 mm的铁球闸，闸门锈蚀变形严重，闸门启闭设备为位于大坝坝顶上的人力木支架及启闭钢绳，钢绳常年浸泡在水中锈蚀严重，常被拉断，每年要更换1～2次。坝面上的木支架老化严重，极易损坏，闸门在高水头下难以启闭，应急能力差；③闸门磨损严重，关闭不严导致止水不严，漏水量达0.1 L/s。

枢纽现状平面布置图见图1。

图1 枢纽现状平面布置图

根据现状枢纽建筑实际情况，建议应采取除险加固措施如下：①对大坝坝体进行充填灌浆，坝基进行帷幕灌浆，解决大坝渗漏问题；②对大坝上下游坝坡及坝顶进行整形，设置护坡，新建排水棱体，配套完善的排水设施；③封堵老溢洪道，于大坝右岸新建溢洪道，保证泄洪排水畅通，使洪水归入坝下河道，解决洪水漫山流淌问题；④根据输水涵洞病害情况，建议对输水涵洞闸室进行改造，对洞身进行回填灌浆。

3 坝体工程质量检测与评价

3.1 坝体物理性试验

在坝体上布置探坑6个，在坝体各探坑中不同部位取原状土样6组，扰动样2组(TK2*、TK6*为扰动土样)，进行常规物理力学指标检测、试验，试验成果汇总分别见表1和表2。

水库大坝为均质土坝，筑坝土料主要取自坝址附近斜坡的第四系全新统紫红色、灰红色含砾碎石粉质粘土、砂质粘土，坝体土料存在土料质量不均及坝土碾压不密实的情况，根据取样试验成果，坝土天然容重为1.93 g/cm3～2.04 g/cm3，平均为1.99 g/cm3，干容重1.65 g/cm3～1.71 g/cm3，平均为1.68 g/cm3，天然孔隙比0.596～0.660，压缩系数0.113～0.664，属中等压缩性土，坝土室内试验定名为含砂质低液限粘土～低液限粘土，土料粘粒含量31.7%～43.3%，平均37.87%，土料粘粒含量较高，满足规范15%～40%的粘粒含量要求，各组土样试验指标间离散性不大，表明坝土成分变化不大，质量基本稳定。

表1 坝土物理性质试验成果汇总表

表2 坝土物理力学性质试验成果汇总表

3.2 坝体渗透分析

根据现场情况，在大坝上布设5个勘探钻孔，做原位水文地质试验，共完成钻孔进尺121.6 m，注水试验11段，压水试验15段，在勘探浅井中采取原状土样6组，取扰动土样2组，做室内试验。钻探水文地质试验及室内试验成果见表3。

钻孔中坝土进行了11次注水试验，所得坝土渗透系数为2.99×10-3cm/s～3.63×10-4cm/s，坝土渗透系数偏大，均不能满足规范对均质土坝渗透系数小于1.0×10-4cm/s的要求。对比原状土样与扰动土样的击实试验成果，坝土的压实系数为89.0%～92.0%，平均为90.5%，整体和局部均达不到规范要求的96%～98%的压实系数要求，表明坝土碾压不密实，局部坝体结构松散。从钻孔注水试验成果看，坝体渗透系数大于规范要求，根据水库运行情况，下游坝坡中下部出现散浸潮湿渗漏现象；坝基接触带存在渗漏现象，水库渗漏导致水库不能发挥应有的效益。

经现场勘查及走访了解，水库自建成运行至今，水库蓄水至高水位期间，左岸坝肩接触带中部有一处呈股状集中渗漏现象，下游坝坡中下部出现大面积的散浸、潮湿渗漏现象，此外坝体接触带(左岸)以及坝基浅部基础均存在严重渗漏(整个下游坝脚接触带均存在渗漏情况，渗漏方式多为散浸渗漏，多处渗漏汇集至坝脚下游河床，总渗漏量1.2 L/s)。因此，大坝坝体建议采用充填灌浆处理；坝肩、坝基采用帷幕灌浆处理。

表3 钻孔压注水试验成果表

4 工程总体布置

4.1 枢纽除险加固设计

除险加固后水库枢纽由大坝、溢洪道、输水涵洞组成，大坝在现状基础上进行整形处理，并对原坝体进行坝体充填灌浆结合坝基帷幕灌浆防渗处理。于大坝右坝肩新建溢洪道，封堵老溢洪道，输水涵洞在原位上新建进口启闭塔，洞身进行回填灌浆处理。除险加固平面布置图见图2。

图2 除险加固枢纽平面布置图

(1)大坝：对原坝体进行坝体充填灌浆结合坝基帷幕灌浆防渗处理，除险加固后坝顶宽为4 m，坝轴线长80 m，坝顶采用泥结石路面铺筑。上下游侧各设C20砼路肩，除险加固后坝顶高程为1475.50 m。整形上游坝面后铺筑C20砼预制块护坡至坝顶，对大坝下游坝面整形后种植草皮护坡。岸坡、戗台分别布置0.3 m×0.3 m C20砼排水沟，棱体顶布置0.4 m×0.5 m C20砼排水沟，坝脚设贴坡排水棱体，棱体脚设0.6 m×0.7 m C20砼集水沟。大坝布设表面位移观测点及渗流观测设施，其中，布置位移测点4个，工作校核基点4个，2 m水尺2根，三角量水堰1个。

(2)新建溢洪道：新建溢洪道布置于大坝右坝肩，为开敞式无闸宽顶堰溢洪道。设计洪水位1474.13 m，下泄流量Q=1.88 m3/s；校核水位1474.40 m，下泄流量Q=3.02 m3/s。溢洪道全长70 m，由进口引渠段、控制段、泄槽段、消力池段、尾水段组成。

(3)输水涵洞：对原输水涵洞进行改造。处理措施为：拆除原进口斜拉转盖闸及闸室段，新建进口段、闸室段及上部启闭塔架，安装0.8 m×0.8 m铸铁闸门一道，并相应配备手动LG-15 t螺杆式启闭机一台，新建工作桥。并对原涵洞进行回填灌浆，新建出口明渠段，并安装0.4 m×0.4 m及1.0 m×1.0 m的平板钢闸门各一道。改造后的涵洞总长45.5 m，由进口段、拦砂井段、闸室段及无压洞身段组成。

4.2 灌浆防渗处理设计

根据地勘坝址渗漏资料，坝土采用充填灌浆处理，基岩采用帷幕灌浆处理[2]，帷幕灌浆处理范围：坝基及左岸坝肩采用帷幕灌浆防渗处理，右坝肩山体雄厚，为斜向结构岩质边坡，无低邻谷渗漏情况，根据钻孔情况，右岸坝体、坝肩渗透系数及透水率不大，现场勘察右岸坝体、坝肩无明显渗漏现象，建议右岸不作灌浆处理。左坝肩山体较右岸单薄，根据现场勘察情况，左岸山体接触带及浅部岩体存在严重渗漏，建议左坝肩向山内延伸12.0 m，建议帷幕灌浆深度为8.0 m，即中等透水层底界(q=10 Lu)，帷幕线总长度为70.0 m。建议采用单排孔，灌浆孔距均为2.0 m，共36个孔，起灌高程为正常蓄水位～帷幕灌浆底界。

5 结论及建议

水库除险加固是一项关系国计民生的基础性、公益性工程建设，该水库的安全直接关系到下游人民群众的生命和财产安全。该水库大坝、溢洪道、输水涵洞存在严重安全隐患，水库的工程效益远远没有发挥出来，迫切需要对其进行除险加固。本文通过现场检查、工程地质勘查及试验，对该水库存在的问题进行分析评价，并提出相应的工程措施，可为该工程建设提供详实、可靠的数据依据和坚实的理论基础。