秦 曉，李文龍

（山東省臨沂水利工程總公司，山東 臨沂 276000）

在水利基礎(chǔ)設(shè)施中，水庫占據(jù)重要地位，其具有防洪、灌溉等多重功能。當(dāng)前，很多水庫防洪能力不滿足規(guī)范要求，存在一定質(zhì)量問題，嚴(yán)重威脅到下游居民的生命財(cái)產(chǎn)安全。為充分發(fā)揮水庫效益和保障防洪安全，開展水庫除險(xiǎn)加固是必要且迫切的。

1 基本情況

1.1 工程概況

南山園水庫地處臨沂市沂水縣北部，位于馬站鎮(zhèn)四山官莊村東0.9 km處，坐落于沭河流域上游，庫容21.1 萬m3。水庫建于2002 年3 月，主要功能為防洪排澇，兼顧農(nóng)業(yè)灌溉及水產(chǎn)養(yǎng)殖等；下游涉及人口總數(shù)2 700 人、耕地面積413.33 hm2。水庫建成后，除了進(jìn)行農(nóng)業(yè)灌溉和減輕洪澇災(zāi)害，還有效改善了當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，帶動了區(qū)域整體經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

1.2 存在問題

由于經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、管理等多方面限制，南山園水庫的施工標(biāo)準(zhǔn)低、質(zhì)量差，達(dá)不到基本防洪能力標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)濟(jì)社會效益均無法達(dá)到設(shè)計(jì)要求。水庫壩體分區(qū)概況如下。

1.2.1 接高壩體

后期加高培厚覆土巖性為礫石土。礫石土為風(fēng)化山皮土，灰黃色，不均勻，含有風(fēng)化巖塊，分布于頂部，厚度0.30～0.90 m，層底高程225.18～225.86 m。注水試驗(yàn)漏水嚴(yán)重，1～2 min水位即降至該層底部，滲透系數(shù)3.2×10-3～2.1×10-2cm/s，屬于中等偏強(qiáng)透水性材質(zhì)，滲透系數(shù)等指標(biāo)不符合規(guī)范要求。

1.2.2 壩體

壩體填土類型為壤土和砂壤土，并含有部分礫石，鐵鍬不易挖動，通過現(xiàn)場注水試驗(yàn)得出壤土滲透系數(shù)1.5×10-5～4.6×10-5cm/s，呈弱透水性，其余各項(xiàng)指標(biāo)符合一般土防滲料質(zhì)量基本要求；壓實(shí)度0.85～0.95，相對低于一般土填筑標(biāo)準(zhǔn)要求，詳見表1。

表1 南山園水庫壩體土物理指標(biāo)

1.2.3 壩前區(qū)

壩前表層為干砌塊石護(hù)坡，經(jīng)過多年運(yùn)行，部分護(hù)坡石已發(fā)生松動，出現(xiàn)缺失及塌陷等損壞現(xiàn)象。護(hù)坡石主要為花崗巖和花崗閃長巖，巖石的大小、厚度均不符合規(guī)范要求，且護(hù)坡石的平整度、砌縫寬度不達(dá)標(biāo)，砌筑質(zhì)量一般。在護(hù)坡石下墊有一層碎石，其厚度不均勻，粒徑大小不統(tǒng)一，未能達(dá)到規(guī)范反濾層料基本質(zhì)量要求。

1.2.4 壩后區(qū)

壩后區(qū)護(hù)坡為自然草皮，坡面呈現(xiàn)高低不平態(tài)勢，設(shè)有條石砌筑形式的排水溝，但因內(nèi)部連接處部分砂漿老化，有斷折損壞跡象。

2 除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)與關(guān)鍵技術(shù)

根據(jù)水庫現(xiàn)場勘察結(jié)果，分析工程中存在的主要問題，通過方案比較，提出水庫的具體除險(xiǎn)加固方案與技術(shù)。

2.1 除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)

2.1.1 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

依據(jù)相關(guān)防洪標(biāo)準(zhǔn)要求，確定水庫設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為20 a一遇、校核標(biāo)準(zhǔn)為200 a一遇。依據(jù)相關(guān)地震動參數(shù)區(qū)劃文件，水庫地震烈度為Ⅷ度。

2.1.2 工程布置及主要加固內(nèi)容

大壩軸線走向與原壩體基本一致，大壩左端0+010—0+180 段大開挖填筑壤土防滲；迎水坡上部開挖部分塊石護(hù)坡，未開挖部分保留護(hù)坡亂石，以履帶式拖拉機(jī)碾壓振密壩坡，上部填筑方塊石護(hù)坡。

2.1.3 填筑標(biāo)準(zhǔn)

黏性土料的壓實(shí)干密度需用標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)儀試驗(yàn)所得出的最大干密度乘以壓實(shí)度計(jì)算。理論上當(dāng)壓實(shí)度≥0.95，填土含水量按最優(yōu)含水量填充，允許偏差值為±3%。砂礫料的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)通常用相對密度值控制，一般要求相對密度≥0.75。

2.1.4 壩體戧臺及邊坡

根據(jù)工程現(xiàn)狀，綜合考慮壩型、壩高以及壩基材料等因素，確定大壩背水坡與迎水坡不設(shè)戧臺。在背水坡壩腳處，設(shè)置坡式排水體，背水坡坡比為1∶2～1∶2.5，迎水坡坡比為1∶2.5。

2.1.5 大壩防滲工程設(shè)計(jì)

地勘資料顯示，樁號0+020—0+170段高程221.58～224.25 m 以上夾有厚度為0.6～1.1 m的砂壤土層，土體飽和軟弱，具中等透水性。水位上漲時(shí)，存在明顯滲漏、滲透變形等問題，嚴(yán)重威脅大壩安全，需對大壩樁號0+010—0+180段采取防滲措施。常用的防滲加固方法有開挖填筑、帷幕灌漿等。結(jié)合工程實(shí)際，經(jīng)技術(shù)比較，確定采用大開挖重新填筑方案。

2.2 除險(xiǎn)加固工程關(guān)鍵技術(shù)

2.2.1 工程開挖

大壩樁號0+010—0+180段開挖，清除砂壤土夾層重新填筑、壓實(shí)，填筑壩體設(shè)截滲槽，底寬3 m，深入壩體夾層以下2 m。首先進(jìn)行大壩清表，拆除部分亂石護(hù)坡，再使用挖掘機(jī)及汽車搬運(yùn)土方?；靥钔亮蠎?yīng)充分利用開挖土料，不足部分外運(yùn)。筑壩土料依照最優(yōu)含水量控制，允許偏差為±3%。嚴(yán)格把控填筑鋪土厚度，保證壓實(shí)度及干密度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

2.2.2 迎水坡石料填筑

目前，大壩護(hù)坡亂石質(zhì)量較差，風(fēng)化沖刷嚴(yán)重。保留大壩迎水坡護(hù)坡亂石，用履帶式拖拉機(jī)碾壓振密壩坡，以10～20 mm 碎石找平。對于現(xiàn)狀無護(hù)坡壩段和上部開挖恢復(fù)段，采用履帶式拖拉機(jī)削土或補(bǔ)土碾壓振密。

上游護(hù)坡加固設(shè)計(jì)與施工應(yīng)遵循節(jié)約投資、安全可靠的原則，通常護(hù)坡采用干砌方塊石、混凝土現(xiàn)澆板、預(yù)制混凝土塊等型式，結(jié)合工程實(shí)際，經(jīng)方案比選后采用方塊石護(hù)坡。

2.2.3 背水坡防護(hù)排水

根據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范，沿壩軸線布設(shè)橫向（垂直于壩軸線方向）排水溝5 道，分別位于大壩0+050、0+100、0+150、0+200、0+250 樁號處；背水坡排水體坡腳處設(shè)縱向（平行于壩軸線方向）排水溝1 道；兩端各設(shè)斜向排水溝1 道。排水溝采用漿砌料石（厚度為0.12 m）型式，下設(shè)厚度為0.15 m C25 混凝土基礎(chǔ)。為方便管理，在大壩0+037 樁號處設(shè)1 道料石踏步臺階，寬度為0.6 m，下設(shè)漿砌塊石基礎(chǔ)。

根據(jù)規(guī)范要求，大壩樁號0+026—0+090背水坡坡腳設(shè)貼坡式排水體，頂高程為223.0 m，外邊坡比為1∶2.5。排水體的布置以干砌方塊石為主，石料厚度為0.15 m，內(nèi)側(cè)設(shè)反濾層，從內(nèi)至外分別為中粗砂（厚度為100 mm）、反濾土工布（350 g/m2）以及粒徑20～40 mm中小石子（厚度為100 mm）。

3 壩坡穩(wěn)定計(jì)算

3.1 大壩滲流穩(wěn)定驗(yàn)算

（1）選取斷面位置。將大壩最高處對應(yīng)斷面作為典型斷面，對應(yīng)大壩樁號為0+050。經(jīng)計(jì)算需要的各類土的滲透系數(shù)，詳見表2。

表2 加固后南山園水庫大壩滲流計(jì)算滲透系數(shù) cm/s

（2）工況計(jì)算。根據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定，采用如下計(jì)算工況。工況1：上游興利水位，下游無水；工況2：上游設(shè)計(jì)水位，下游相應(yīng)頻率洪水位；工況3：上游校核水位，下游相應(yīng)頻率洪水位；工況4：上游1/3壩高水位，下游無水。

（3）滲流計(jì)算。一般采用二維有限元法計(jì)算相應(yīng)的滲流量，使用AutoBank7.5.1 軟件分析數(shù)據(jù)。各種工況下的滲透流量均較小，滿足設(shè)計(jì)要求，具體計(jì)算結(jié)果詳見表3。

表3 南山園水庫大壩滲流計(jì)算結(jié)果 m3/d

3.2 壩坡抗滑穩(wěn)定驗(yàn)算

壩坡抗滑穩(wěn)定性利用水工結(jié)構(gòu)有限元分析（AutoBank）軟件，結(jié)合簡化畢肖普法及有效應(yīng)力法計(jì)算；工程地震情況參照相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范，采用擬靜力法計(jì)算。經(jīng)計(jì)算，水庫加固后典型斷面的壩坡穩(wěn)定性指標(biāo)均滿足規(guī)范要求，具體計(jì)算結(jié)果詳見表4。

表4 水庫加固后大壩壩坡穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果

4 結(jié)語

南山園水庫除險(xiǎn)加固工程實(shí)施后，將水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)提升至200 a一遇，可削減洪峰40.16%，有效保護(hù)水庫周邊及下游413.33 hm2耕地、2 700余口人的防洪安全，減輕洪災(zāi)損失。同時(shí)，可恢復(fù)增加有效灌溉面積，調(diào)節(jié)局部小氣候，增加旅游人文景觀，提升居民的幸福指數(shù)，以最大程度發(fā)揮水利工程的綜合效益。