岱门塘水库除险加固设计

彭漱墀

（韶关市防洪管理中心，广东 韶关 512000）

1 工程概况

岱门塘水库位于乐昌市坪石镇境内，水库所在河流属北江水系武江的一条小支流，岱门塘水库坝址以上控制集雨面积1.03 km2，河长2.22 km，河床平均坡降J=3‰。此工程是一宗以灌溉为主、兼顾防洪和养殖功能的小（2）型水库，水库灌溉面积33.33 hm2，保护人口1 840人。

主要水工建筑物包括：大坝、输水涵管及溢洪道，其中大坝坝顶长45 m，坝顶宽4.83 m，最大坝高10.23 m，坝顶高程270.03 m，坝顶迎水坡侧设浆砌石防浪墙，防浪墙顶高程270.68 m。现有迎水坡坡比为1：2.31，为混凝土面板护坡。背水坡坡比为1：2.49，为草皮护坡并设有棱体排水，棱体排水顶部高程261.61 m处有平台一处，平台宽5.92 m。岱门塘水库灌溉取水口设置于坝体左坝肩处，由梯级放水涵和输水涵管组成，梯级放水涵身为砖砌方涵，底涵长度约为60 m，底涵出口底面高程为259.38 m，出口接下游池塘。水库现状溢洪道位于大坝右坝肩，堰顶高程为267.05 m，为开敞式宽顶堰溢洪道，溢流口净宽3.50 m，全长34.37 m（水平投影长度）。溢洪道两侧设置浆砌石挡墙，侧墙表面为C20 混凝土保护层，底部为C20混凝土底板，下泄洪水经底流消能后进入下游河道，沿下游河道流走。

2 现状分析

2.1 水库现状

岱门塘水库始建于1959 年，因长时间运行且缺少维修养护，水库工程隐患较多，遂于2005年进行岱门塘水库除险加固工程设计，除险加固的主要内容有：迎水坡修整，铺复合土工膜防渗，设C20混凝土护坡。加高坝体并设防浪墙，背水坡修整，上部设草皮护坡，坝脚设棱体排水，并在左坝肩设坝肩排水沟。溢洪道加长并新设底流消能消力池，增设水位尺，维修防汛道路，新建管养房及坝体白蚁防治等。2021 年安全评价现场检查时，发现在棱体排水顶部高程261.61 m处小平台上出现坝脚塌陷情况。

根据《乐昌市岱门塘水库大坝安全评价报告书》（2021.08），岱门塘水库大坝安全评价的评价结果为：工程质量评价为不合格；运行管理评价为较规范；防洪安全性评价为B级；渗流安全评价为C级；结构安全评价为B级。综合评价为三类坝。为保障农业用水需求和安全，对水库进行除险加固是十分必要的，也是非常紧迫的。此次除险加固的任务就是消除水库工程目前存在的隐患，力争水库安全达标，从而获得灌溉、防洪等综合效益。

2.2 存在问题

第一，在水库大坝背水坡棱体排水顶部高程261.61 m处小平台上发现坝脚塌陷情况，塌陷处在坝体表面呈现为一直径约为30 cm 的小圆孔，经现场使用卷尺伸进洞内进行测量，陷空洞整体呈现为椭球体，洞深约为0.50 m，长轴长约1 m。推测坝脚塌陷原因为筑坝时清基不彻底，坝基面存在集中渗漏通道或输水涵管存在管周绕渗。

第二，梯级放水斜涵为砖砌结构，因建成年代久远，经长时间运行后，现状表层砂浆批荡大范围脱落，内部红砖砌体外露。

第三，大坝背水坡草皮护坡损毁严重，坡面基本无防护措施，排水棱体外表错乱，风化较严重。

第四，地勘专业人员在坝顶左侧钻孔ZK01 钻进过程中发现，当打穿第四系残坡积层（11.60～15.20 m）钻进至基岩时，钻孔无回水，钻探人员巡查发现下游输水底涵出水略见浑浊，输水底涵出口右侧孔洞内可见浑浊的水流出，其流量较大，并且在第四系残坡积层中做现场常水头注水试验时，水泵达到最大流量62.50 L/min时依然无法注满钻孔，按最大流量计算，该段垂直渗透系数K=1.08×10-3cm/s，透水性中等；另在坝顶右侧钻孔ZK03钻进过程中发现，当钻进至基岩（层顶高程约261.43 m）时，在大坝下游溢洪道左侧墙底部基岩（高程约261.46 m）发现有钻探回水流出，水质变得浑浊。

第五，根据底涵监测视频资料，大坝底涵存在多处明显裂缝，多个涵管接缝处有水渗漏。

3 除险加固设计

3.1 坝顶设计

依照该区域的气候和水文情况，从防汛需求的角度，此次除险加固设计使用C20 混凝土对大坝进行硬化加厚，厚度为20 cm。硬化后大坝坝顶高程为270.03 m，坝顶宽度为4.83 m，硬化坝顶宽4.13 m。防浪墙局部修复后表面采用金陶瓷砖大六角马赛克贴面瓷砖贴面。同时为满足坝顶排水需求，坝顶路面往下游单侧找坡，坡度为1%。坝顶加固结构详见图1。

图1 坝顶结构图

3.2 方案选择

对大坝目前存在的问题进行分析，加固方案的核心体现为防渗处理。根据类似工程经验，大坝加固可采取“坝体劈裂灌浆+坝基帷幕灌浆”“混凝土防渗墙”两个方案，根据国内经验以及工程实际情况，对以下3种防渗方案进行比较。

方案一：坝体劈裂灌浆，坝基帷幕灌浆。劈裂灌浆与帷幕灌浆共用一孔，灌浆孔共一排，孔距2 m。

方案二：塑性混凝土防渗墙方案，墙厚0.60 m。

方案三：普通混凝土防渗墙方案，墙厚0.60 m。

结合工程的特点分析，水库大坝存在的主要问题，是坝体及坝基接触带存在严重的集中渗漏和渗透稳定问题，大坝局部填土渗透系数K=1.08×10-3cm/s，透水性中等，大坝加固的关键，在于解决渗漏问题，确保下游坝坡渗流、稳定满足规范要求。结合水库现场的实际施工条件分析，上坝公路道路较窄且存在多处急转弯，防渗墙施工机械难以到达水库施工现场，水库两岸陡峭，缺乏修建临时道路的条件。因此此次除险加固工程防渗方案选择方案一。

3.3 灌浆施工

3.3.1 帷幕灌浆

帷幕灌浆需要布设25 个灌浆孔，灌浆总长为232.07 m。灌浆孔布设位于坝顶并延伸至两侧山体，坝顶上具体孔位为距上游坝轴线距离1 m，采用单排孔布设，孔距为2 m。帷幕灌浆施工中，需要关注两个核心内容：一是使用42.5R 普通硅酸盐水泥，细度要求为通过80 um 方孔，筛余量不大于5%；当坝体接缝张开度小于0.50 mm时，使用细度要求为通过71 um方孔，筛余量不大于2%的水泥。灌浆用水泥质量必须合乎标准，不得使用受潮结块的水泥，水泥不能存放过久，出厂期超出3 个月的水泥不得使用；二是在灌浆过程中，需要采用分段灌浆的方法，自下而上进行，将最大灌浆压力控制在1～2 MPa。

3.3.2 劈裂灌浆

劈裂灌浆需要布设19 个灌浆孔，灌浆总长为242.59 m。灌浆孔布设位于坝顶，坝顶上具体孔位为距上游坝轴线距离1 m，采用单排孔布设，孔距为2 m，灌浆深度要达到砂岩层以下1 m。根据经验，加固后渗透系数取K=3.29×10-6，满足《碾压式土石坝设计规范》均质坝防渗土料不大于1.0×10-4cm/s 的要求。

劈裂灌浆施工中，需要关注的内容较多：一是在灌浆中可以选择全孔封闭、孔底注浆以及分段灌注的方法，确保注浆管能够深入到孔底以下0.50～1 m的位置，以黏土球回填并夯实，经几次灌注基本不吃浆或压力达到设计压力时停灌，提升注浆管3～6 m 继续灌注，如此反复。当注浆管提升至距孔顶10 m时，不再提升，直至灌浆达到终灌标准。二是应该对灌浆孔孔口压力进行严格控制，要求其不能超过灌浆控制压力。三是在正式灌浆前，需要先用稀浆灌注，经过3-5 min的灌浆，坝体劈裂后，再加大浆液稠度。灌浆期间，为缩短复灌间隔，加快浆液固结，在黏土浆中掺入干料质量15%的水泥。每次开灌采用1.20～1.40 t/m3稀浆，当坝身被劈裂后（灌浆压力突然下降），改为1.40～1.50 t/m3稠浆。四是在灌浆作业中应该采用少量多次的作业方式，要求将每孔每次平均灌注量控制在每米孔深0.50～1 m3，每孔灌浆次数在10 次以上，复灌间隔不少于5 d；五是每孔灌浆结束后，应进行灌浆封孔，封孔时将注浆管拔出，向孔内灌注密度大于1.50 t/m3的稠浆，多次灌注，直至浆面升至孔口不再下降为止。待孔口完全析水后，用含水率适中的制浆土料将孔口回填捣实整平。

3.4 加固措施

拆除坝体左侧的旧放水斜涵，充填灌浆封堵死坝体左侧旧输水底涵，封堵方式为：在旧底涵与阻滑墙位置设置充填灌浆孔一个，灌浆孔打穿旧涵管，对旧涵管冲洗后，直接对其进行充填灌浆，充填灌浆时在于底涵底部布设接缝灌浆管，待充填灌浆初凝后对其进行接缝灌浆，填充灌浆接缝灌浆长度均为60 m。对位于阻滑墙前后各1.0处旧底涵采用C20混凝土进行封堵；于大坝右侧新建斜涵、新建底涵，底涵长度为60 m，底涵采用dn800 厚15 mm 钢管，采用顶管方式对底涵进行施工，底涵每间隔2 m 对称性布设15 mm 接触灌浆孔，待顶管结束后，马上对其进行接缝灌浆，灌浆结束后，马上用钢钉对灌浆孔封堵死。

3.5 效益分析

通过此次除险加固，可以减轻自然灾害，促进社会进步。工程将安定保护区人民的正常生活，维护日常的社会生产和生活秩序，避免洪涝灾害期发生的各种事故，保护基础设施，保障人民生命财产安全，为当地经济的可持续发展、促进社会繁荣和现代化建设创造良好的环境，经估算产生的社会效益为20万。灌溉效益计算，采用分摊系数法，只对需要补水灌溉的作物水稻、花生计算灌溉效益。项目实施后，可改善灌溉面积33.33 hm2。按每亩农田改善灌溉后增加效益400元计算，可增加灌溉收入20万元。综上所述，工程总效益为20万元。

4 结语

总而言之，通过对水库进行除险加固处理，能够有效避免洪涝灾害期发生的各种事故，保障周边人民群众生命财产安全，为当地经济的可持续发展、促进社会繁荣和现代化建设创造良好的环境。