燕山水库除险加固方案设计

王 飞

（江西省永修县水利局农电站,江西 九江 330300）

不同除险加固方案存在不同的风险,从技术、经济、工期、安全、施工便利性等方面综合分析,能够设计出最佳的方案[1]。病险水库因建设标准低、水库设施老化等因素导致其渗水、结构强度不足,致使水库整体的安全储备不强。因此,结合燕山水库现状,分析病险成因,综合技术、经济、施工等因素予以比选分析,优化设计方案。

1 工程概况

燕山水库是一座以灌溉、供水为主,兼顾防洪、发电等综合效益的小（1）型水利枢纽工程。水库总库容284×104m3,设计灌溉面积0.6万亩,工程为Ⅳ等水利工程。

永修县水利局根据大坝安全鉴定结论,结合历年加固处理资料及运行情况和大坝安全论证报告,提出了《燕山水库大坝安全鉴定报告书》,报告书确定燕山水库大坝为三类坝,建议对其尽快进行除险加固。

2 水库病险

2.1 大坝存在的主要问题

根据对大坝地质勘查、安全鉴定及本次安全复核发现,燕山水库大坝存在以下主要问题：大坝上游侧砼防渗面板表层砂浆局部脱落,坝体下游面施工缝存在多处渗水析钙现象,堰面砂浆局部存在龟裂,消能护坦末端产生冲坑和积水,坝下灌溉放空涵管出口消力池砼底板局部存在破损,灌溉放空涵管出口闸阀锈蚀,止水不严,有少量漏水。

2.2 坝体渗流复核

（1）下游坝坡存在裂缝和漏水点,其中桩号0+103、0+078、0+095、0+119.4等漏水点存在明显的漏水痕迹,117.80 m高程以下坝面潮湿处有一定程度的渗漏,坝面有较多游离钙析出。

（2）根据检测资料初步分析,尽管上游混凝土防渗面板厚度及标号满足现行规范要求,但水平施工缝处理不到位,止水效果不佳,存在渗水现象导致其在温度降落和水力作用下使施工缝扩张,对大坝的渗流及结构安全产生一定的影响。

2.3 基础渗流安全复核

根据钻探发现,大坝坐落于中～强风化泥质板岩上,板岩透水率10.81 Lu,属中等透水,坝体中部坝基处由于溢流坝段泄水冲刷及坝基渗水,岩体结构发生变化,岩体防渗性能差。坝体与基础接触面在2011 年除险加固工程中采用了混凝土防渗面板加固措施,现状坝基渗漏问题得到一定程度的改善。

2.4 坝肩渗流安全复核

坝肩及近坝库岸为剥蚀低山斜坡地貌,均为岩质边坡。左坝肩岸坡坡度70°左右,近坝库岸水位线以上坡度45°～60°,覆盖层厚约1 m,主要为松散的土夹风化碎石,植被良好。水位线以下岸坡陡峻,坡度70°左右,基岩裸露,坡面及坡麓见少量崩塌撒落的碎石堆积。右坝肩岸坡及近坝库岸陡峻,水位线以上坡度50°～60°,库岸覆盖层厚仅0.5 m,为松散的风化碎石土。坝址两岸未见大的断层发育,坝肩厚实,库岸发生大规模崩塌、滑坡的可能性不大,库岸较稳定。坝肩岩体强～中等风化深度4 m～5 m,裂隙较发育,岩体较破碎,岩层向右下游缓倾。风化岩层具中等透水性,因此为提高岩体整体稳定性,减少基岩面渗透压力增加抗剪摩擦系数,2011年除险加固工程对坝体与坝肩结合部两拱座进行了固结灌浆处理,现场检查时未出现绕坝渗流现象。

3 大坝除险加固

3.1 大坝防渗加固方案

针对大坝现状存在的问题,结合工程的实际情况,大坝防渗加固设计考虑两种方案：方案一：改变大坝防渗型式,对大坝埋石砼坝体进行充填灌浆增强坝体防渗性能；方案二：坝体仍采用防渗面板型式,即在坝体上游面重新加设砼防渗面板。

3.1.1 方案一：坝体充填灌水泥浆

为解决大坝渗漏问题,对大坝坝体采用钻孔灌水泥浆进行充填密实,要求灌后坝身透水率q≤5 Lu,从而利用坝体本身进行防渗。本次设计从坝顶垂直向下钻孔进行充填灌浆,坝顶垂直灌孔布置1排,孔距2 m,受坝顶宽度限制,为便于施工设备架设,可拆除坝顶下游侧栏杆,完工后再增设栏杆。灌浆孔轴线距上游坝面防浪墙0.5 m,最大孔深19.1 m,灌浆孔底高程伸入坝基线以下0.5 m。

3.1.2 方案二：重新加设上游防渗面板

该方案考虑在大坝上游面重新加设C25 砼防渗面板,彻底解决坝身防渗问题。新建防渗面板紧贴现状大坝上游坝面,上至坝顶,下至坝脚趾板。对大坝上游坝面增设C25 砼防渗面板,顶部厚0.4 m,底部1.0 m,砼防渗面板与老坝体采用锚筋锚固,于坝面上按150 cm×150 cm方格角点钻孔,埋设Ф22 的Ⅱ级锚筋,孔内采用水泥浆掺入锚固剂锚固,锚筋深入坝体长度不小于1m,同时不小于防渗面板厚度,锚筋前端至防渗面板10 cm,焊接Ф14 钢筋网,纵横间距20 cm×20 cm,立模浇筑C25 砼防渗面板。防渗面板每隔10 m设置一横缝,铜片止水,沥青杉板填缝。

3.2 大坝除险加固方案比选

上述两种防渗方案的主要区别在于坝体的防渗型式不同,现从工程加固的地形条件、施工条件及难易程度、加固效果、工程投资等几个方面,对两种方案进行比较和选择。

3.2.1 工程加固地形条件

工程加固的地形条件主要是指加固方案对工程现状的适应性。方案一对坝体进行充填灌浆,从坝顶及下游坝面进行钻孔实施,加固处理位置比较明确,但本工程大坝较高,下游坝面钻孔施工平台搭设难度较大；方案二是在上游坝面加设砼防渗面板,新面板必须与现坝面紧密结合,对于已建且较高的拱坝而言,面板立模、浇筑均比较困难；故两种加固方案对工程现状的适应性各有自身特点,难分伯仲。

3.2.2 工程施工条件及难易程度

从施工导流及工期安排条件来看,方案一施工受库区水位影响较小,只要燕山水库保持较低水位即可,而方案二施工工期较紧张,防渗面板趾板的施工需放空水库,并需要做好施工围堰、施工导流,但由于水库为供水水源,水库放空无法满足供水需求,新加防渗面板施工工艺较繁杂,有清除坝前淤泥、基础开挖、修建进库施工公路、面板施工的脚手架搭设等,各工序相互干扰,坝基灌浆施工工期安排较紧张。因此,从工程施工条件及难易程度来看,方案一较优。

3.2.3 除险加固效果

方案一主要是对坝体空隙进行充填灌浆,达到充填密实,增强坝体自身的防渗性能,属于补强措施,且灌浆施工为隐蔽施工,施工质量不易控制,效果不彻底。而方案二则更为直观可靠,施工质量可以更好地得到控制,防渗效果更彻底,坝体厚度的加大也增强了坝体结构的安全度。因此,方案二即加设面板方案防渗效果更好,安全度高。

3.2.4 工程投资

经计算,方案一建安工程投资约334 万元,方案二建安工程投资约677 万元,因此,方案一比方案二节省了约343万元,即方案一较优。

3.3 方案设计

综上所述,坝体充填灌浆方案较优,其工程实施适应性较好,施工难度较小,工程直接投资较少,只是在工程实施过程中,必须加强灌浆效果检测,适时调整有关施工参数。因此,本阶段大坝防渗加固推荐方案一,要求灌后坝身透水率q≤5 Lu,利用坝体本身防渗。同时,针对大坝上游侧砼防渗面板表层砂浆局部脱落问题,本次设计对大坝上游侧砼防渗面板局部砂浆剥落和施工缝进行补强处理,采用环氧砂浆抹面修补。

3.4 大坝安全监测设计

现状工程无安全观测设施,本次设计增设位移观测设施、渗漏观测设施等。

（1）水平、垂直位移观测基点：位于大坝两坝肩上、下游各设置一个位移观测基点,共4个水平、垂直位移观测基点。

（2）坝顶水平位移标点：大坝坝顶设4个水平位移标点,分别位于大坝及溢流坝两侧坝顶。

（3）拱端坝体位移标点：拱端坝体位移标点位于大坝两坝端下游坝体上,监控拱端变形位移。

（4）拱端基岩位移标点：拱端基岩位移标点位于大坝两坝端坝体下游基岩上,监控基岩在拱端荷载作用下的变形位移。

（5）挠度观测标点：均匀分布于下游坝面中部,监控大坝的变形挠度。

（6）两岸渗漏量观测点：设置于两岸下游,监控绕坝渗流。

4 结语

水库除险加固设计方案要综合考虑病险程度、坝体蓄水安全及周边环境影响,严格遵循技术可靠、经济可行及施工安全便利的原则优化设计方案,发挥水库工程应有的效益。燕山水库各项除险加固措施均达到了设计目的,有效解决了水库渗漏,同时恢复和改善了水库综合功能,加固方案和思路可为类似工程提供参考。