蒲繼剛

(貴州省水利科學(xué)研究院，貴州 貴陽 550001)

獨(dú)山泗亭水庫除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)方案

蒲繼剛

(貴州省水利科學(xué)研究院，貴州 貴陽 550001)

基于目前水庫工程進(jìn)行除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)過程中存在的問題及影響，以實(shí)際工程為例，分析了水庫大壩安全鑒定結(jié)果，并據(jù)此提出了相應(yīng)的除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)方案，其目的是為相關(guān)建設(shè)者提供一些借鑒依據(jù)。

水庫；大壩安全；鑒定；除險(xiǎn)加固

1 工程概況

泗亭水庫壩址以上集水面積2.5 km2，經(jīng)安全評價(jià)復(fù)核水庫總庫容125萬m3，興利庫容96.29萬m3。主要功能是農(nóng)田灌溉用水，兼有一定的防洪功能。泗亭水庫工程1964年動工興建，1965年建成，水庫工程原設(shè)計(jì)灌溉面積133.33 hm2，由于滲漏嚴(yán)重，實(shí)際灌溉面積40 hm2。水庫樞紐由大壩、放水涵洞、左岸溢洪道等建筑物組成。大壩為均質(zhì)土壩，壩頂高程896 m，最大壩高17 m，壩頂軸線長57 m，壩頂寬3.0 m，壩頂無防浪墻。上游壩坡1∶2.2，無護(hù)坡設(shè)施。下游壩坡為1∶2，無排水棱體。大壩右壩段設(shè)有一個(gè)無壓放水涵洞，全長51 m，尺寸 40 cm×40 cm的箱型涵洞，涵洞出口底板高程884.25 m，進(jìn)口設(shè)有消力井，石球閥控制，進(jìn)水口高程885.18 m，目前石球閥及拉桿均已損壞。為保證整個(gè)工程項(xiàng)目建設(shè)使用的安全穩(wěn)定性，相關(guān)人員應(yīng)加大除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)方案研究力度，從而滿足項(xiàng)目施工建設(shè)的設(shè)計(jì)需求。

2 獨(dú)山泗亭水庫大壩安全鑒定結(jié)果

對于工程質(zhì)量評價(jià)，大壩建壩時(shí)間早，建壩時(shí)施工用料差，土質(zhì)防滲體不能滿足規(guī)范要求，壩體工程質(zhì)量評價(jià)為不合格。溢洪道底板為漿砌石，有開裂、變形等現(xiàn)象， 溢洪道工程質(zhì)量評價(jià)為不合格。放水設(shè)置不能正常使用，控制石球閘閥已被損壞，現(xiàn)已無控制設(shè)置，放水設(shè)置工程質(zhì)量評價(jià)為不合格。工程質(zhì)量綜合評價(jià)為不合格。運(yùn)行管理評價(jià)為，泗亭水庫建成早期，沒有設(shè)置專門的管理所，主要由當(dāng)?shù)厮竟芾恚瑹o專職管理人員，技術(shù)力量有限，也無專門的管理經(jīng)費(fèi)等。水庫不符合《水庫工程管理通則》(SLJ T02-81)要求，水庫運(yùn)行管理綜合評價(jià)為差。

根據(jù)上述鑒定結(jié)果，相關(guān)人員對水庫大壩的防洪標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了復(fù)核，結(jié)果為：水庫抗洪能力不能達(dá)到現(xiàn)行規(guī)范要求，且壩頂未設(shè)置防浪墻，不能滿足防洪要求。在復(fù)核不同滲透系數(shù)的壩體分區(qū)滲流計(jì)算可參考《水力計(jì)算手冊》心墻壩的滲流計(jì)算方法[1]。將具有較小滲透系數(shù)的土工膜轉(zhuǎn)引化成具有與壩殼同一滲透系數(shù)的均質(zhì)壩，便可按均質(zhì)壩的方法進(jìn)行滲流計(jì)算。如圖1所示，為計(jì)算轉(zhuǎn)化簡圖。

圖1 滲流計(jì)算轉(zhuǎn)化簡圖

抗洪能力綜合評價(jià)定為C級。在結(jié)構(gòu)安全評價(jià)方面，經(jīng)壩坡穩(wěn)定計(jì)算，壩體上、下游壩坡穩(wěn)定安全系數(shù)不能滿足《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL 274-2001)要求[2]；溢洪道結(jié)構(gòu)安全不能滿足現(xiàn)行規(guī)范要求；取水設(shè)施結(jié)構(gòu)安全不能滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。水庫結(jié)構(gòu)安全綜合評價(jià)定為C級。

由于庫區(qū)右岸存在鄰谷滲漏，壩基滲流性態(tài)不安全，壩身滲流性態(tài)不安全，放水建筑物滲流性態(tài)不安全，因此，滲流安全評價(jià)等級為C級。此外，相關(guān)人員還對水庫大壩的抗震安全性能進(jìn)行了復(fù)核，即根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》(GB 18306-2015)中的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)[3]，水庫區(qū)域地震動峰值加速度小于0.05 g，地震動反應(yīng)譜特征周期為0.35 s，本區(qū)域地震加速度小于6°。為此，按《水庫大壩安全評價(jià)導(dǎo)則》(SL 258-2000)的規(guī)定，不用進(jìn)行抗震復(fù)核[4]。針對上述安全鑒定結(jié)果，水庫大壩施工建設(shè)人員必須對其進(jìn)行除險(xiǎn)加固工程的優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而保證工程項(xiàng)目建設(shè)使用的科學(xué)合理性。

3 泗亭水庫除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)方案

3.1 大壩除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)

由以上計(jì)算知，各工況下，大壩上、下游面壩坡穩(wěn)定均不能滿足規(guī)范要求。根據(jù)現(xiàn)場注水試驗(yàn)成果知，壩體滲流系數(shù)為8.4×10-4cm/s，透水率不滿足規(guī)范要求。從勘察分析成果來看，壩體下游面壩坡與涵洞出口接觸帶有散浸現(xiàn)象，壩腳與基礎(chǔ)接觸處有滲漏點(diǎn)，壩體防滲土料密實(shí)度較差，存在滲漏問題，需進(jìn)行防滲加固處理。

大壩除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)方案為：①防滲采用上游壩面土工膜+基礎(chǔ)帷幕灌漿；②大壩壩頂平整和增設(shè)防浪墻；③大壩下游壩面采用草皮護(hù)坡處理并增設(shè)排水棱體；④溢洪道整治；⑤增設(shè)大壩左岸丫口防滲墻；⑥放水設(shè)施改造。

3.2 大壩防滲處理方案比選

據(jù)勘查分析，壩體左、右壩肩接觸面存在滲漏情況，主要為原大壩清基不徹底，施工方法為給定受益群眾完成任務(wù)的方法突擊施工，施工質(zhì)量難以保證，經(jīng)過多年運(yùn)行與滲透破壞，接觸面形成滲漏通道以致接觸面滲漏。在庫水位升高蓄水時(shí)，大壩下游面浸潤出點(diǎn)較高，大壩填筑質(zhì)量較差。針對該大壩滲漏情況，根據(jù)土壩防滲技術(shù)的發(fā)展和工程實(shí)際情況，擬采用方案一：上游面采用土工膜結(jié)合壩基防滲帷幕；方案二：壩體劈裂灌漿結(jié)合壩基帷幕兩種處理方案。

方案一：采用土工膜加壩前截流墻結(jié)合帷幕灌漿處理。本方案存在開挖工程量較大、須修建臨時(shí)工程，工程投資較劈裂灌漿方案要大(約5萬元)等缺點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)是采用土工膜防滲處理不會受填筑質(zhì)量不均影響，防滲效果及可靠性都較好。且土工膜施工工藝簡單，施工技術(shù)成熟，施工隊(duì)伍選擇范圍較廣，處理方案明確，防滲效果較好，與壩體內(nèi)埋管有利連接，且施工工期較短，灌漿無效進(jìn)尺較小。

方案二：壩體劈裂灌漿防滲處理可同時(shí)對壩體與壩基防滲，采用壩體劈裂灌漿具備施工簡單，無水下施工，無臨時(shí)工程等方面的優(yōu)點(diǎn)。但根據(jù)壩體填筑材料開挖痕跡揭示，本工程壩體填筑材料填筑料含較多風(fēng)化碎塊，受壩體填筑材料的影響，劈裂灌漿在壩體內(nèi)不易形成連續(xù)防滲體，施工質(zhì)量不易保證，且劈裂灌漿技術(shù)要求較高。若灌漿壓力控制不當(dāng)，可能引起壩體變形，從而可能影響壩坡自身穩(wěn)定；另外，劈裂灌漿施工期較長，單孔兩次灌漿間隔時(shí)間為5～6 d，單孔吃漿量大的不少于10 d，初步估算本工程若采用劈裂灌漿需要6個(gè)多月有效工期；因劈裂灌漿屬于隱蔽工程，工程質(zhì)量在施工過程中和施工完成后，不能直接觀察，其缺陷常在使用時(shí)才能發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)質(zhì)量事故返工比較困難甚至無法彌補(bǔ)；尤其該方案處理涵洞進(jìn)口滲漏段灌漿較難控制，稍有誤差，滲漏很難得到控制，極有可能造成投資大量資金而解決不了滲漏問題。因此，在能采取其他工程措施的情況下不推薦采用劈裂灌漿方案。因此，本工程進(jìn)行大壩的除險(xiǎn)加固方案推薦方案一：土工膜加壩前截流墻結(jié)合帷幕灌漿處理方案。

3.3 泄洪建筑物

方案一：拓寬溢洪道，即根據(jù)水文計(jì)算結(jié)果，在保持原有興利庫容情況下，溢流堰凈寬需拓寬到15 m才能滿足要求，拓寬后溢洪道正常水位為894.84 m，校核水位為895.78 m，距壩頂高程896 m低0.22 m，加上上游壩坡粗砂墊層0.2 cm，校核洪水位低于壩頂高程0.42 m，滿足規(guī)范要求。溢洪道布置于大壩左岸。該方案只需拓寬溢洪道，封堵左岸丫口(高程894 m)并進(jìn)行大壩整治即滿足要求。

方案二：溢洪道寬度7 m，降低溢洪道堰頂高程。由于原有溢洪道寬度為6.5 m，因此，設(shè)計(jì)人員將其調(diào)整為7 m，降低堰頂高程使其滿足防洪要求。經(jīng)水文計(jì)算，正常水位為894.4 m時(shí)，校核水位為895.78 m，堰上水頭為1.38 m，校核洪水位滿足現(xiàn)狀壩頂高程，防洪能力滿足要求。

4 結(jié) 論

水庫大壩工程項(xiàng)目的除險(xiǎn)加固工程的應(yīng)用效果，要在明確各部分結(jié)果安全狀態(tài)的情況下，找出優(yōu)化控制的設(shè)計(jì)應(yīng)用方案。對于方案的選用，要通過對比，來找出最佳應(yīng)用效果的設(shè)計(jì)方案。事實(shí)證明，只有這樣才能使水庫大壩的除險(xiǎn)加固工程發(fā)揮出應(yīng)有的作用。

[1] 李煒. 水力計(jì)算手冊[M].第2版.北京：中國水利水電出版社, 2006.

[2] 中華人民共和國水利部. 碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范：SL 274-2001[S]. 北京：中國水利水電出版社, 2002.

[3] 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會. 中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖：GB 18306-2015[S]. 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2016.

[4] 中華人民共和國水利部. 水庫大壩安全評價(jià)導(dǎo)則:SL 258-2017[S]. 北京：中國水利水電出版社, 2017.

蒲繼剛(1978-)，男，四川大英人，高級工程師，主要從事水利水電工程工作。E-mail： 540430525@qq.com。

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