浅谈小型水库除险加固设计

杨运宝，梁清宇，褚高强

（浙江广川工程咨询有限公司，浙江 杭州 310020）

1 问题的提出

浙江省现有3 600余座小型水库[1]。其中大部分始建于20世纪五六十年代。因当时缺少建设资金和技术，难以保证水库工程先勘察后设计再施工，水库质量得不到保障[2-6]。经过多年运行，缺少有效的维护及管理，许多水库存在渗透等安全隐患，降低水库效益，影响下游安全，急需进行除险加固。通过对丽水市某小型水库除险加固设计前后的渗流问题进行分析复核，得出主要结论。

2 工程概况及主要问题

2.1 水库概况

浙江省丽水市某小型水库位于练溪流域，坝址以上集水面积0.66 km2，坝址以上河长1.6 km，比降4.12%，总库容26.94万m3，正常库容22.60万m3，设计灌溉面积66.67 hm2。主要由大坝、溢洪道、输水隧洞等建筑物构成，属小（2）型水库，工程等别为V等。大坝始建于1957年，后于1980年进行加高，经勘察为均质坝。加固前坝顶高程为422.14 m（1985国家高程基准，下同），最大坝高为18.7 m，坝顶长90.0 m，宽4.0 m。大坝平面布置见图1，典型断面见图2。

图1 大坝平面布置图 单位：m

图2 大坝典型断面示意图 单位：cm

2.2 存在的主要问题

2019年12月对大坝进行安全鉴定，得出主要结论：水库大坝工程质量为基本合格，渗流安全性为“B”级，结构安全性为“A”级，金属结构安全性为“A”级，综合评定为“二类坝”。

经现场踏勘，发现大坝下游坝坡中部存在一处渗漏点，目前虽未发生严重的渗透破坏，但坝体存在明显的渗流安全隐患。坝脚排水棱体底部有一处渗水现象，渗水无浑浊，水量、颜色较稳定。

根据现场踏勘并结合地质勘探成果，综合分析得出大坝存在明显的渗流安全隐患，应及时开展水库除险加固工作，消除存在隐患，保障水库安全运行。

3 除险加固设计

3.1 坝体防渗方案选择

针对大坝坝体渗漏问题[3]，从施工、投资、工期等角度形成3种处理方案的对比结果（见表1）。

表1 坝体防渗加固方案比较表

本工程已纳入当地“十大民生工程”，需保证2020年底前完工，时间非常紧迫。由于方案2低弹模混凝土防渗墙的处理方案周期长，造价较高，大型施工设备难以进场，护壁泥浆环保处理较困难；用方案3高压喷射灌浆结合坝基帷幕灌浆，需严格控制压力和对比选择灌浆材料，由于全风化厚度较厚，高喷防渗心墙方案施工技术要求高，施工结果存在较大不确定性。

结合工程特点，认为方案1套井回填施工设备工艺简单、操作方便[7]、进场容易、工期较短及造价低，因此本次设计采用方案1对该大坝进行防渗加固。

3.2 坝体套井回填设计

（1）防渗范围。坝体防渗体用套井回填黏土防渗加固方案，沿坝轴线采用单排套井布置，局部蚁巢范围采用双排套井，施工时套井井底至强风化以下1.0 m。

（2）防渗墙厚度。防渗墙的允许比降[J]一般6~8，若防渗心墙厚采用0.6 m，最大渗透坡降Jmax=8.6＞[J]，不满足要求；墙厚采用0.8 m，则Jmax＝6.4＜[J]，满足设计要求。因此采用套井孔径1.1 m，孔距0.75 m，心墙有效厚度0.8 m。

（3）质量要求。套井回填采用当地优质黏土，要求黏粒含量为35%~50%，压实度≥96%，渗透系数≤1×10-5cm/s。在套井井底为基岩的部位，套井底部1.0 m采用水泥土回填，水泥土中水泥和黏土比例为1:5。

3.3 坝基帷幕灌浆设计

本次对坝基及坝肩采用单排帷幕灌浆防渗，帷幕灌浆的位置在坝轴线上，帷幕灌浆顶部与防渗心墙紧密相连。

本工程以帷幕伸入相对不透水层（10 Lu）5.0 m控制进行灌浆处理，坝基帷幕灌浆孔轴线与齿槽中心线一致，孔距2.0 m，共计灌浆孔59孔。钻孔深度21.0~32.0 m，孔底最大允许偏差值按0.5 m控制。以水泥灌浆为主，42.5级的普通硅酸盐水泥，细度要求通过80 μm方孔筛的筛余量不超过5%。帷幕灌浆采用“地质-100型”岩芯钻机造孔，按分序加密的方式，自上而下分段灌浆，灌浆方法宜采用孔内循环法。初拟灌浆压力范围采用0.3~1.0 MPa，视灌浆试验情况调整。

4 大坝渗流分析

4.1 渗流分析计算参数

选取典型断面（见图3），采用Autobank 7.0软件进行二维有限元法渗流计算。大坝坝体分区岩土层渗透系数指标见表2。

图3 大坝岩土层分区示意图 单位：m

表2 大坝岩土层分区渗透系数指标表

4.2 渗流分析计算工况

根据规范要求并结合本工程，渗流计算工况选取如下：1上游正常蓄水位419.07 m与下游相应的最低水位；2上游设计洪水位420.08 m与下游相应的水位；3上游校核洪水位420.39 m与下游相应的水位；4校核洪水位骤降至正常蓄水位对上游坝坡稳定最不利的工况。

4.3 渗流计算成果

经计算，加固前后大坝渗流计算成果见表3，加固后渗流情况见图4~7。

表3 加固前后大坝渗流计算成果表

图4 正常蓄水位工况下浸润线及等势线分布图 单位：m

图5 校核洪水位工况下浸润线及等势线分布图 单位：m

图6 设计洪水位工况下浸润线及等势线分布图 单位：m

图7 校核洪水位骤降至正常蓄水位工况下浸润线及等势线分布图 单位：m

由以上计算成果可知，加固前大坝坝体出逸渗透比降未满足规范要求；加固后大坝渗流浸润线出逸点最终落于堆石排水棱体中，各工况下坝体出逸段渗透比降计算值均小于规范允许值，大坝渗透稳定满足要求。

经现场对施工前后的情况进行观测比较，发现坝脚渗水变少直至消失，渗漏情况明显好转，说明坝体渗漏得到一定程度改善。

5 结 语

小型水库经长期运行，普遍存在各种隐患，其中渗透问题尤为突出。本文通过对浙江省丽水市某小型水库加固前后的水库坝体渗流问题进行对比分析，得出以下结论：

（1）针对水库隐患可采用不同的处理方法，应结合实际情况选取合适的方案；

（2）套井回填结合灌浆能够较好处理土坝水库渗漏问题，具有操作方便、工期短和经济性好等优点，可供同类工程参考。