凉州区南营水库大坝结构稳定分析及加固处理措施探讨

苏来文

（武威市凉州区金塔河水利管理处，甘肃武威 733000）

1 基本情况

南营水库位于甘肃省武威市金塔河干流出山口处，北距武威市区约18 km。水库正常蓄水位1 938 m，总库容2 000万m3，是一座以防洪为主，兼顾灌溉、发电等综合效益的中型水库。水库枢纽工程主要由主坝、副坝、输水洞、泄洪洞、排沙泄洪洞、老输水洞（涵管）及坝后电站等组成。经过多年运行，水库副坝上游坡出现塌坑，且副坝防渗墙延伸长度不足，存在渗漏现象。

2 坝体现状复核

2.1 主坝复核

2.1.1 坝顶高程复核。南营水库坝顶超高计算表（表1）。南营水库目前坝顶高程1 943 m，坝顶设置1 m高防浪墙，墙顶高程1 944 m。坝顶高程满足规范要求。

表1 坝顶超高计算表（单位：m）

2.1.2 坝体结构复核。南营水库主坝最大坝高46 m，坝顶高程1 943 m。坝顶长314.3 m，坝顶宽7 m。坝顶设防浪墙，墙顶高程1 944 m，坝顶为碎石路面。主坝上游坡采用三级坡，自上而下坡比分别为1∶2.75、1∶3.5、1∶3.75，分别在高程1 923 m、1 911.8 m设置马道。其中，第一级坡1 935.3 m高程以上采用厚25 cm钢筋混凝土面板护坡，1 935.3 m高程处设有200 cm宽C20砼基座，基座以下坝坡采用干砌卵石护坡。下游坡分三级，自上而下坡比分别为1∶2.25、1∶2.5、1∶2.75，采用干砌卵石护坡，坝脚1 896 m高程以下设有排水棱体。主坝防渗体在高程1 932.5 m以下为壤土心墙加混凝土防渗墙，混凝土防渗墙距坝轴线上游25.1 m，墙顶高程1 932.5 m，墙体厚度100 cm，底部穿透坝基砂卵砾石层，深入基岩约0.5 m，断层带等不良基础深入5 m左右。高程1 932.5 m以上为壤土斜墙，除险加固设计采用的混凝土面板加壤土斜墙的方案，现面板已失去防渗作用，上游混凝土板仅可视为护坡。

2.1.3 渗透稳定复核。本次渗透稳定复核成果（表2）。经复核，主坝渗透稳定性满足规范要求。

表2 大坝关键部位渗透比降计算成果表

2.1.4 结构稳定复核。本次用主坝最大断面0+469.80进行了结构稳定复核计算（表3）。根据实测资料，目前南营水库坝前淤积高程为1 922 m。针对坝体淤积情况对坝体进行了结构稳定复核计算（表4）。

表3 大坝坝坡静力抗滑稳定计算成果表

表4 大坝上游坝坡静力抗滑稳定计算成果表

分析计算结果表明，主坝在正常运用条件及非常运用条件下的上、下游坝坡静力抗滑稳定安全系数均大于规范要求值，大坝上、下游坝坡静力抗滑稳定性满足规范要求。主坝复核结果，主坝坝顶高程符合现行规范要求，主坝坝体结构符合现行规范要求。主坝现状防渗体结构在高程1 932.5 m以上可视为壤土斜墙，主坝面板已失去防渗作用，仅可作为上游护坡使用。主坝渗透稳定符合现行规范要求，主坝结构稳定符合现行规范要求。

2.2 副坝复核

南营水库副坝长度388 m，坝顶高程1 943 m，防浪墙顶高程1 944 m，与主坝分界线为老输水洞。副坝上游坡基本为壤土斜墙防渗，干砌石护面，坡比1∶2.75，厚度40 cm。副坝下游坡为壤土山体，山体高度除部分低于1 943 m外，其余部位均高于坝顶高程。基于现存资料，对副坝上游坝坡进行坝坡稳定计算，根据《碾压式土石坝设计规范》SL274-2001规定，大坝计算采用简化毕肖普法，滑裂面形状采用圆弧滑裂面。计算结果如表5。

表5 坝体稳定计算成果表

计算结果表明，副坝上游坡满足稳定要求。副坝基础为右岸三级阶地前缘陡坡经开挖的砂卵石斜坡，上部土层为黄土状亚砂土，室内试验天然状态下渗透系数2×10-4cm/s。亚砂土下部为砂卵石，基岩为灰绿色、灰黑色粉砂岩、砂质页岩、页岩互层夹薄煤层。根据钻孔压水试验，完整的基岩基本不透水，即使断层破碎，影响带内渗透性也不大，单位吸水率0.0027～0.0493 L/min·m，可视为相对不透水层。副坝基岩顶面起伏，为阶地古河槽形态，基岩高程1 916～1 927 m，沿副坝轴线至基岩出露处总长约430 m。

经过勘测，副坝段壤土层下游沙砾石层，厚度15 m左右，高程1 918～1 933 m左右，是副坝渗漏的主要原因。当水库正常蓄水位在1 938 m时，推荐的防渗线在无防渗设施的前提下，估算全断面的渗漏量为15 863 m3/天，渗漏损失严重，必须采取防渗漏工程措施。

水库副坝渗漏是影响水库安全运行的主要问题。形成副坝渗漏的主要原因：①原副坝壤土斜墙防渗体系设计厚度不够，壤土斜墙设计厚度只有2 m左右，水力坡降不满足规范要求。②壤土斜墙后无过滤层，导致壤土斜墙细颗粒被带走，进一步降低了壤土斜墙的防渗性能，导致坝面出现塌坑。③壤土斜墙基础未做到基岩，存在渗漏通道。④古河床厚层砂砾石的存在，加剧了副坝的渗漏量。副坝复核结论：副坝上游坝坡满足稳定要求，副坝防渗体结构设计不合理，渗透稳定不满足规范要求，正常高水位时，估算渗漏量为15 863 m3/天。

3 工程除险加固措施

3.1 主坝除险加固措施

3.1.1 砼基座与面板错缝处理。依据主坝结构复核结果，现状混凝土面板仅起到上游护坡的作用，故按护坡结构处理。具体为：在面板距基座下游50 cm位置，每1.2 m打砂浆注浆孔，孔深25 cm，孔径45 mm，用不大于0.1 MPa注浆压力将M10砂浆注入面板下部空腔，使之底部密实。将基座外表面、面板按照1：5的坡比进行凿除，深度5～8 cm。清洗凿除面，用C50环氧树脂砂浆对凿除部位进行修补。

3.1.2 左岸防浪墙裂缝处理。主坝左岸靠近坝肩部位，由于靠近左坝肩，施工时机械设备无法靠近，造成该部位上游防渗斜墙土层碾压不密实，随着上游防渗斜墙沉降造成防浪墙底产生不均匀沉降，最终形成防浪墙张性裂缝。目前坝体沉降已趋于稳定，裂缝不再发展。除险加固时，拆除该20 m防浪墙，在坝顶用M7.5砂浆找平后，重新砌筑防浪墙。

3.2 副坝防渗措施

依据南营水库右岸副坝段的地质条件，经过多方案分析比较，为彻底解决副坝防渗问题，推荐采用砼连续防渗墙方案。副坝0+000～0+163段基岩高程介于1 924～1 915 m，该段已有防渗墙，防渗墙入岩100 cm，防渗墙顶高程1 937.5 m，在高程1 936.5 m以上采用壤土心墙防渗，副坝0+000～0+163段防渗体系完整。副坝0+163～0+296段地面高程介于1 943～1 950 m，基岩高程介于1 915～1 918 m，防渗墙伸入基岩0.5～1 m，防渗墙顶高程介于1 943～1 945 m，该段成墙面积3 940 m2。副坝0+296～0+395段地面高程介于1 950～1 952 m，基岩高程介于1 918～1 913 m，防渗墙伸入基岩0.5～1 m，防渗墙顶高程1 945 m，该段成墙面积3 060 m2。合计防渗墙体面积7 000 m2。

防渗墙0+200后，地面高程均高于1 945 m。为了方便砼防渗墙的施工，需要对0+200～0+395段进行平整或开挖处理。因砼防渗墙施工需要8 m宽平台，为此确定开挖原则：平台高程1 945 m，粉积沙壤土开挖边坡系数1：1.25，开挖弃料拉运至水库管理房后的沟道。

4 结语

对南营水库大坝进行除险加固，可以有效解决南营水库存在的主要问题：减少副坝渗漏损失，提高水资源的利用率。水库进行除险加固后，消除了工程隐患，满足了设计要求，其蓄水位达到设计正常高水位。由于水库蓄水容积及调蓄能力的增加，水库具备了防洪拦洪及调蓄的作用，可抵御百年一遇之洪水，为水库下游的工农业生产提供了可靠保证，确保了下游人民的生命财产及生产安全，经济社会效益显著。