坝仔水库工程除险加固措施分析

王小龙

(浙江省水利水电勘测设计院有限责任公司惠州分公司，广东 惠州 516000)

1 工程概况

坝仔水库位于惠东县稔山镇坝仔村，始建于1970年，建库集雨面积2.2 km2，总库容为142.97万m3，设计灌溉面积160 hm2，是一座以灌溉为主的小(1)型水库。稔山镇地处惠东沿海，镇域东距汕头190 km，西至深圳70 km，北距惠州机场38 km，南临香港海面46海里，镇内主要河流有白云河、盐灶背河、联丰河、大埔屯河及范和河等，均为独立流入海的河流。坝仔水库枢纽工程由大坝、溢洪道、输水涵管各一座组成，水库原设计总库容为136.0万m3，正常库容98.0万m3，死库容9.0万m3，兴利库容为89.0万m3。设计灌溉面积160 hm2，是一座以灌溉为主的小(1)型水库。根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL 252—2017)及《防洪标准》(GB 50201—2014)，坝仔水库属于小(1)型水库，工程等别为Ⅳ等，主要建筑物为4级，次要建筑物为5级。设计洪水标准为30 a一遇，校核洪水标准为500 a一遇[1]。

坝仔水库1999年曾进行过除险加固。设计洪水标准为30 a一遇，校核洪水标准为500 a一遇，为小(1)型水库，工程等别为Ⅳ等，主要建筑物为4级，次要建筑物为5级。1999年加固的项目有后坡培厚，重建干石棱体反滤；重建溢洪道消力池、护坦。后坡马道以上坡比1∶2.2，马道以下1∶2.75；消力池池长20.5 m，大坝长95.0 m。2008年度列入惠东县省人大议案小型水库除险加固实施计划，已实施加固的项目有对坝体进行白蚁防治，除蚁灭蚁；前坡混凝土护坡；后坡培厚；重建溢洪道消力池；输水涵的启闭房重建并新换置拉杆钢索；新建管养房、拓宽平整进库路及完善相关水情观测配套设施等。2018年，受“8·30”洪水影响，坝仔水库溢洪道泄槽末端底板损毁，已由稔山镇水利所进行修复[2]。

2 现状存在问题分析

2.1 大 坝

(1)坝顶为碎石路面，容易造成水土流失。

(2)坝上下游坝坡现状较为完好，但背水坡草皮护坡损坏，表土裸露；马道排水沟局部坍塌破坏。

(3)大坝坝体各部位透水性不均匀，总体呈中等透水状态。从标准贯入实验及天然孔隙比看，大坝填土不均匀，主要呈稍实状态，密实度欠佳。

2.2 溢洪道

坝仔水库溢洪道建于20世纪70年代，虽于1999年和2008年进行过消力池和护坦等局部改造(重建)，但进口段及泄槽段未进行改造，从现场来看，浆砌石表面破损老化，泄槽段表面受水流冲刷坑尘洼不平，经安全鉴定复核计算，溢洪道陡槽侧墙顶高度满足超高要求，溢洪道挡土墙在各工况下抗滑稳定系数不满足安全要求，抗倾覆稳定系数满足安全要求；消力池池长满足要求，池深不满足规范要求；经消力池侧墙高度复核计算，消力池侧墙高度满足不规范要求。故安全鉴定结论建议拆除重建溢洪道侧墙；重建溢洪道消力池。结合水库管理单位及建设单位意见，有必要对溢洪道进行拆除重建。溢洪道消力池在2018年台风“山竹”时被冲毁，管养单位对其进行局部修复，但总体仍存在安全隐患，本次考虑对其一并进行拆除重建[3]。

2.3 输水涵

根据实测地形资料，现状输水涵管采用铁链斜拉的转动门盖启闭，管身为0.8 m预应力混凝土管；涵管出口采用混凝土结构出水渠。涵管出口采用混凝土结构，涵管进口高程为44.23 m，出口高程为43.37 m，原输水涵管长度约58 m。输水涵涵管自建库50 a以来没有加固或重建过，涵管冲刷腐蚀严重，经涵管结构稳定计算，涵管结构强度不满足结构承载能力要求。建议加固输水涵管；输水涵启闭设备老旧，拉杆锈蚀存在不同程度的破损，建议改造启闭设施；输水涵出水渠浆砌石挡墙存在松动剥落老化现象，且进库路就在出水渠上方，出水渠与进库路之间无护坡，土方容易坍塌，建议重建输水涵出水渠，并砌筑出水渠与进库路之间的护坡。安全鉴定结论提出：输水涵涵管自建库50 a以来没有加固或重建过，涵管冲刷腐蚀严重，经涵管结构稳定计算，涵管结构强度不满足结构承载能力要求。

3 工程除险加固措施

3.1 大坝加固措施

结合安全鉴定有关结论，确定大坝需作除险加固处理的主要内容如下：坝顶路面加固及重建坝顶排水沟；坝体防渗加固；重建坝后草皮护坡；新增坝脚出水渠[4]。

3.1.1 坝顶加固

根据《小型水利水电工程碾压式土石坝设计规范》(SL 189—2013)第6.3.1条，坝顶宽度应根据构造、施工、运行和抗震等因素要求确定，可采用4～6 m，现状坝顶宽5.6 m，满足规范要求。现状坝顶为碎石路面，坑洼不平，本次设计加固后坝顶路面高程为55.8 m，路面净宽4.75 m，路面结构采用沥青路面，下部铺设6%水泥石屑垫层厚200 mm，路面坡度向背水侧斜2%，并在背水侧沿路设排水沟，排水沟采用C20混凝土，宽0.2 m，深0.3 m。坝顶路面见图1。

图1 坝顶路面加固结构(单位：mm)

3.1.2 大坝防渗加固

本次大坝防渗加固的主要范围为坝体部分，防渗起点桩号是Z0+000.0处，截止桩号为Z0+094.5处，共计防渗长度94.5 m；深度为进入相对不透水层1 m。采用高压摆喷灌浆方法，高压喷射水、气或浆切割地层，灌注水泥浆，切割和置换土层部分细粒土，形成墙体。高压摆喷采用三重管法施工，为摆喷拆接形式，摆动中心线与灌浆中心线夹角为15°，摆角不小于22°，三管法施工。钻孔孔径130 mm，孔距1.5 m，灌浆平面布置如图2所示。

图2 灌浆平面布置(单位：mm)

3.1.3 坝后坡重建草皮护坡

重建坝后草皮护坡，对坝脚后三角区域进行平整及新增草皮护坡。

3.1.4 新增坝脚出水渠

在现状量水堰后新增坝脚出水渠(见图3)，与输水涵出水渠连接。

图3 坝脚出水渠大样(单位：mm)

3.2 溢洪道改造措施

经2019年安全鉴定复核，溢洪道进口段、陡槽段侧墙高度实际超高值均大于最小安全超高值0.5 m，满足500 a一遇(P=0.2%)洪水标准设计水面的超高要求；消力池段侧墙高度不满足500 a一遇(P=0.2%)洪水标准设计水面的超高要求。经消能复核计算，溢洪道消力池池长满足消能要求，池深不满足规范消能要求。针对溢洪道现状情况及存在的问题，确定溢洪道需作除险加固处理的主要项目如下：

(1)重建进口段与控制段，进口段坡比1∶22，与现状地面衔接，堰顶高程为52.70 m，控制段净宽10 m，侧墙顶高程55.80 m，控制段新建工作桥，工作桥宽6 m。

(2)重建泄槽段，泄槽净宽为10 m，坡比1∶4.5，矩形断面，侧墙采用混凝土挡墙，底板采用300 mm厚C25钢筋混凝土，100 mm厚C15混凝土垫层。

(3)重建消力池段及海漫段，消力池采用底流消能形式，池深1.1 m，总长22 m，消力池底板采用500 mm厚C25钢筋混凝土，下设100 mm厚C15混凝土垫层。消力池水平段设梅花状Φ50PVC排水管，反滤层采用200 mm厚的粗砂垫层和200 mm厚的碎石垫层。消力池后接海漫段，海漫段长15 m[5-6]。

3.3 输水涵管加固措施

针对放水涵现状情况及存在的问题，本次设计输水涵管加固主要建设内容如下：

(1)新建闸室段及放水塔，闸室段长8.0 m，宽3.2 m，正常蓄水位以上0.5 m处设检修平台，上部采用梁板柱结构，启闭机室大小为3 m×3 m。

(2)在原φ800的钢筋混凝土输水涵管内衬φ700钢管长56 m，钢管壁厚10 mm，钢管与原输水涵管间采用微膨胀水泥浆填充，坝体上游段27.7 m范围内采用充填灌浆，设两排灌浆孔，灌浆孔间距为2.0 m×1.0 m。

(3)新增工作桥，连接启闭机房和坝顶，工作桥总长25.2 m，设三跨。

(4)新增出水涵管后渠道长78.5 m，顺接下游渠道，出水渠与进库路之间采用草皮护坡。

3.4 大坝安全监测布置

坝仔水库本次除险加固工程需完善坝体的安全监测设施，主要包括变形观测和渗流监测设施。根据《土石坝安全监测技术规范》(SL 551—2012)要求，具体布置如下：

(1)变形观测。新建3排测点共1个校核基点及12个变形观测点。

(2)渗流监测。新建3排测点共11条测压管。渗流量感知原则上应采用自动化监测，可通过线缆集成于现状一杆式装置。

4 结 语

我国水库大坝工程运行中，各种病险问题较多，如：坝体边坡稳定性欠佳，安全不达标；坝基和坝体渗漏问题；溢洪建筑物功能欠佳等。对此，必须在做好安全性评估、鉴定结果核查的基础上，合理制定水库除险加固方案，保证水库安全运行，以提供区域供水保障能力，发挥水库工程应有的功能。