陳 寅

(福建省江海工程管理有限公司， 福建 泉州 362000)

?

后山水庫除險加固工程設計分析

陳 寅

(福建省江海工程管理有限公司， 福建 泉州 362000)

近年來，中小型水利工程除險加固是中國水利工程建設的重點，做好工程除險加固的質(zhì)量控制工作具有重要意義。本文以惠安縣后山水庫為例，對工程除險加固方案進行了分析探討，旨在為同類型水庫加固維護提供參考。

水庫大壩； 除險加固； 防滲； 溢洪道

后山水庫是一座以農(nóng)業(yè)灌溉為主，結(jié)合防洪、養(yǎng)殖等綜合利用的小(2)型水庫。有效灌溉面積600畝，水庫工程施工質(zhì)量受當時條件因素的影響和幾十年的運行日趨老化。根據(jù)現(xiàn)場踏勘發(fā)現(xiàn)，雖然水庫管理員每年均對水庫迎水坡、背水坡進行簡易的修整，但目前水庫仍存在較多問題。為確保水庫正常安全運行，改善工程管理和運行條件，進一步發(fā)揮水庫工程防洪、灌溉等效益，對水庫進行除險加固十分必要。

1 工程概況

水庫位于東園鎮(zhèn)東園村后山，所在河流屬東墩溪。壩址以上集雨面積0.658km2，主河道長1.51km，河道比降54.7‰，始建于1971年，原壩高11.0m，總庫容14萬m3。該次除險加固參照《惠安縣后山水庫大壩安全評價報告》采用復核設計洪水重現(xiàn)期為30年一遇，洪水位20.56m，庫容13.13萬m3，復核校核洪水重現(xiàn)期為300年一遇，洪水位21.01m，庫容14.46萬m3。

2 水文計算

后山水庫壩址以上流域面積為0.658km2，屬特小流域，擬采用福建省小流域推理公式法和華東特小流域推理公式法兩種方法比較推求設計洪水[1]。設計成果見表1。

表1 后山水庫各頻率設計洪水成果

由于水庫缺乏洪量實測資料，復核依據(jù)《福建省省產(chǎn)匯流計算方法》，以24h設計暴雨扣除損失計算洪水總量。經(jīng)計算設計洪水總量見表2。

表2 后山水庫洪水總量成果

根據(jù)《福建省晉江地區(qū)、廈門市簡易水文計算手冊》中的設計洪水過程線查算表，先計算出過程線形狀系數(shù)，查表即可求出每隔時段的Qi和Ti，最終得到該場洪水的洪水過程線。

根據(jù)計算，后山水庫10年一遇洪水形狀系數(shù)為0.15，30年一遇洪水形狀系數(shù)為0.11，300年一遇洪水過程線系數(shù)為0.11[2]。

3 工程地質(zhì)

水庫工程區(qū)域內(nèi)構(gòu)造基本穩(wěn)定，地震基本烈度為7度，地震動峰值加速度為0.15g，設計地震分組屬第二組，場地類別Ⅱ類，區(qū)域地震動反應譜特征周期為0.40s。水庫整個庫周的地下水分水嶺均高于正常蓄水位19.52m高程，庫盆基巖一般由弱透水性的燕山早期混合二長花崗巖組成；水庫四周未發(fā)現(xiàn)滲漏現(xiàn)象。樞紐工程區(qū)巖性為燕山早期侵入混合二長花崗巖(γ52)。左岸、右岸多有強風化巖出露；左岸、右岸緩坡處多為坡殘積堆覆蓋，主要成分為殘積砂質(zhì)黏性土，溢洪道下伏地層多為全—強風化巖。河床偶有弱風化巖出露。該工程左岸、右岸壩肩多為全—強風化巖，局部為弱風化巖。礫砂為強透水層，強風化巖為中等透水層，應采取相應的加固措施以滿足壩基滲漏穩(wěn)定性的要求。兩側(cè)壩肩局部強風化巖滲透系數(shù)相對較大；另外，壩體填筑土與壩基結(jié)合處往往是大壩防滲的薄弱部位，應采取加固措施防止其產(chǎn)生滲透變形[3]。

4 除險加固設計

4.1 大壩防滲加固設計

壩體滲流穩(wěn)定計算雖然理論上滿足要求，但根據(jù)地勘揭示，壩體與壩基接觸面處存在厚約50cm的砂層，壩基處砂層呈不連續(xù)狀態(tài)遍布整個壩基。雖大壩現(xiàn)狀未發(fā)現(xiàn)滲漏現(xiàn)象，但考慮到砂層屬強透水性滲透系數(shù)K=7.46～9.17×10-2cm/sec，一旦發(fā)生滲漏將對大壩產(chǎn)生嚴重危害，除險加固對砂層采取防滲措施。

4.1.1 防滲方案擬定

該次加固選取基礎充填灌漿與基礎防滲帷幕灌漿2個方案，通過經(jīng)濟技術(shù)及施工方案等方面進行比較，設計如下：

a.方案一：基礎充填灌漿。充填灌漿樁號范圍為0+000～0+123沿壩軸線布設一排(0+040～0+080段布設2排)，孔距2m，進入壩基0.5m，壩體部分灌漿長度2m，共83孔，分2序施工。充填灌漿鉆孔總長度518.23m，充填灌漿總長度207.5m。

b.方案二：高壓旋噴樁+防滲土工膜。在大壩迎水坡15m高程以上采用鋪設復合土工膜防滲，15m高程以下壩體采用高壓旋噴樁構(gòu)筑垂直防滲墻[4]。旋噴樁單排布置，樁基0.6m，孔距0.5m，進入壩基全風化巖0.5m，共布置168孔，灌漿鉆孔總長度568.4，灌漿長度522m，分兩序施工。防滲墻頂采用C20混凝土蓋梁。

4.1.2 防滲方案比較與選擇

大壩防滲采用基礎充填灌漿與高壓旋噴樁+防滲土工膜兩個方案進行方案比較，各方案投資概算見表3。

表3 防滲方案工程量及投資比較

參照類似工程經(jīng)驗，各方案優(yōu)缺點見表4。

表4 大壩兩種防滲方案比較

從表3、表4可看出充填灌漿方案比高壓旋噴樁方案節(jié)約近一半的投資，且結(jié)合該工程實際，壩體原有滲透系數(shù)K=4.28×10-5～7.19×10-5cm/sec(大值平均值=7.19×10-5)，屬弱透水，滿足規(guī)范要求1.0×10-4cm/sec，無需對大壩整體進行防滲處理，僅需對砂層進行防滲加固處理[5]。因此該次加固采用方案一，即基礎充填灌漿防滲。

4.2 大壩迎水坡加固設計

大壩迎水坡原有干砌塊石砌體松散，砌縫雜草叢生，該次除險加固對其進行拆除重建，拆除高程15.00m以上干砌塊石，進行壩面除雜整平。護坡方案采用現(xiàn)澆C20混凝土護坡和C20混凝土預制塊護坡進行方案比較，現(xiàn)澆C20混凝土護坡411元/ m3、C20混凝土預制塊護坡655元/ m3，在方量相同的情況下現(xiàn)澆C20混凝土護坡比C20混凝土預制塊護坡節(jié)約約40%的投資，故采用現(xiàn)澆C20混凝土護坡。

由于現(xiàn)有壩坡無下壩臺階，觀測水尺已缺損，該次除險加固在大壩左岸樁號0+014處設置M7.5漿砌塊石下壩臺階和觀測條石水尺，水尺埋設高程從14.00m至21.00m，共8根，每根水尺高度為1m。

4.3 大壩背水坡加固設計

4.3.1 背水坡排水設計

由于水庫大壩未設置排水棱體，對下游坡的排水及壩坡穩(wěn)定極為不利，該次除險加固對大壩背水坡增設排水設施。大壩下游坡設置貼坡排水，在大壩下游坡壩體樁號0+27.5～0+83.8設置貼坡排水，貼坡排水底層為200mm厚的砂墊層，中間為300mm的碎石反濾層，面上為500mm厚的干砌塊石貼坡排水，貼坡排水坡比為1∶1.5，壩腳處外延1m，設置高程范圍為下游壩腳底標高13.86m至下壩坡平臺高程16.08m。貼坡排水投資低，施工簡便，便于維修，可有效保障壩體穩(wěn)定[6]。

4.3.2 背水坡加固設計

清除背水坡原有雜草和高程16.08m的平臺處耕地，種植蜈蚣草。為方便管理人員上下壩坡，在背水坡樁號0+28處設置一M7.5漿砌塊石下壩臺階。同時在大壩右岸新建一條C20現(xiàn)澆混凝土排水溝，采用矩形斷面，尺寸0.5m×0.5m，排水溝每隔15m設置一道20mm寬的沉降縫，采用瀝青杉木板填縫。

4.4 壩頂加固

因壩頂原有防浪墻已破損，該次除險加固修復防浪墻，采用M10砂漿勾縫。對壩頂原有土路進行除雜整平，現(xiàn)澆C20混凝土路面硬化，澆筑時向下游坡面傾斜1%，壩頂路下游側(cè)路肩為M7.5漿砌條石路肩。

4.5 溢洪道加固設計

溢洪道平流段原有兩岸側(cè)墻高度不能滿足校核洪水水位泄洪需要，因此對樁號溢0+000～溢0+040段兩岸擋墻澆筑50cm高的C20混凝土壓頂，其中樁號溢0+029～0+036段右岸原有干砌條石擋墻已失穩(wěn)，拆除翻砌為M10漿砌條石擋墻。樁號溢0+044.2～溢0+120段泄槽和排洪渠段擬采用重力式擋墻結(jié)構(gòu)型式，擋墻采用C20混凝土澆筑，墻頂寬600mm，墻背坡度1∶0.1，迎水坡坡度為1∶0.3，底部設置20cm厚的碎石墊層。因樁號0+237處舊水閘束窄溢洪道排洪斷面，不利排洪，對其進行拆除并拓寬，以利排洪。

4.6 放水涵洞加固設計

原有放水涵洞的轉(zhuǎn)動門蓋經(jīng)多年運行，已銹蝕嚴重，轉(zhuǎn)動不靈活，影響啟閉，該次除險加固擬更換新的轉(zhuǎn)動門蓋。轉(zhuǎn)動門蓋由鑄鐵門蓋、鋼板門框、角鋼轉(zhuǎn)桿組成；安裝時，把門框及轉(zhuǎn)桿采用螺栓固定在涵洞處，和壩坡成同一角度；在轉(zhuǎn)桿的兩端分別用直徑為10mm的鋼絲繩沿壩坡引出水庫水面，連于啟閉房內(nèi)的絞車上，門蓋直徑為0.56m，啟閉設備為1臺3T手搖絞車，由于門蓋長期處于水位變化處，需進行防銹處理。

4.7 大壩白蟻防治

根據(jù)水庫堤壩白蟻防治技術(shù)要求，堤壩工程擴建和除險加固時必須對原底板工程內(nèi)的白蟻隱患進行全面檢查和徹底處理；結(jié)合大壩實際情況擬采取錐探灌漿滅蟻治理方案。

白蟻防治實施方案：挖巢找穴→造孔→配制藥物漿水→灌漿→設置隔離防護溝。

a. 挖巢找穴。通過地表層仔細觀察找出泥被線，根據(jù)白蟻活動規(guī)律，在大壩及大壩結(jié)合部，挖開部分土層找出白蟻運兵危害通道，找出白蟻主副巢穴，捕捉白蟻蟻王蟻后消滅部分白蟻營巢。然后實施人工淺表錐探鉆孔灌入藥物漿水。

b.造孔。人工操作方式錐探打孔，用六方鋼釬，人工錐探造孔，孔深40cm，孔距比例2∶2，梅花形布孔，根據(jù)蟻患嚴重程度靈活運用布孔。

c.配制藥物漿水。使用專用滅治白蟻的藥物進場使用。施藥灌孔期間為了保證大壩土層質(zhì)量，不得使用其他原料加以配制，藥物的配制方法只能用原質(zhì)水加少許泥土攪拌。

d.設置隔離防護溝。大壩兩端分別開挖兩條寬20cm、深30cm的隔離防護溝，在所開挖的溝內(nèi)頭發(fā)白蟻藥漿，并用土回填夯實，防止白蟻向大壩蔓延。

5 結(jié)論與建議

后山水庫作為一座病險水庫，存在較多的安全隱患，已經(jīng)影響了水庫的正常運行，限制了水庫效益的正常發(fā)揮，水庫一旦失事，將給水庫下游人民的生命財產(chǎn)造成重大危害。建設該項目可大大提高水庫工程安全性，同時可改善庫區(qū)環(huán)境，提高區(qū)域水資源利用率，確保工程能夠發(fā)揮應有的社會效益和經(jīng)濟效益，從而達到提高區(qū)域綜合品質(zhì)、促進經(jīng)濟社會發(fā)展的目標。

[1] GB 50201—94防洪標準[S].北京：中國計劃出版社，1994.

[2] SL 252—2000水利水電工程等級劃分及洪水標準[S].北京：中國水利水電出版社，2000.

[3] 孫洪民.碾壓土石壩水庫除險加固工程地質(zhì)勘探方法的探究[J].水利水電技術(shù)，2014，45(4):127-129.

[4] 馬健，武營軍，丁曄，等.液壓抓斗造塑性混凝土防滲墻在梅鋪水庫除險加固中的應用[J].探礦工程—巖土鉆掘工程，2010，37(8):64-66，69.

[5] 林志敏.壩體與壩基垂直連體防滲加固中墻幕結(jié)合關鍵技術(shù)[J].水利建設與管理，2012(11)：65-68.

[6] SL 303—2004水利水電工程施工組織設計規(guī)范[S].北京：中國水利水電出版社，2004.

Analysis on risk removal and reinforcement project design in Houshan Reservoir

CHEN Yin

(FujianJianghaiEngineeringManagementCo.,Ltd.，Quanzhou362000,China)

In recent years, risk removal and reinforcement of small and medium-sized water resources projects are keys in China water conservancy projects. The quality control work of project risk removal and reinforcement has important significance. In the paper, Houshan Reservoir of Hu’an County is adopted as an example for analyzing and discussing risk removal and reinforcement plan of the project, thereby providing reference for the reinforcement maintenance of similar reservoirs.

reservoir dam; risk removal and reinforcement; seepage control; spillway

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2016.11.017

TV697.1

B

1005-4774(2016)11- 0061- 04