王棟梁 李秀香

1.諸城市密州水庫運營維護中心 山東諸城 262200；2.諸城市水庫運營維護中心 山東諸城 262200

我國擁有眾多的水庫，并分布在各地，其主要的功能包含灌溉農田、防洪、提供生活用水，甚至大型的水庫還具備發(fā)電功能。然而水庫在運行多年之后，因各種因素導致滲漏問題，這將存在諸多隱患，所以在水庫運行維護中要重視防滲、加固工作，保證水庫能充分發(fā)揮其作用。

1 工程任務與規(guī)模

三里莊水庫除險加固的任務是通過對主壩、西副壩壩體及壩基采取防滲措施，西副壩局部段加高等除險加固措施后，使三里莊水庫達到設計洪水標準，滿足城市供水及河道生態(tài)用水要求[1]。除險加固后三里莊水庫功能仍然為防洪為主，兼顧供水及生態(tài)環(huán)境。

2 加固設計

2.1 大壩加固

2.1.1 防滲加固

主壩全壩段、西副壩0+000—2+390采用塑性砼防滲，墻頂高程為76.00m，墻底嵌入基巖面以下1.0m，防滲墻軸線距離上游壩肩4.0m。

2.1.2 壩頂改建

對主壩0+000～0+430、西副壩0+000～2+400、2+900～3+600路面、路基拆除改建。對西副壩2+400～2+900、3+600～4+500段瀝青混凝土路面面層拆除改建。將原壩頂防浪墻壓頂石拆除，更換為花崗巖壓頂石，新壓頂石寬60cm，厚度15cm。同時改建壩頂上游側人行道，將其高程提高15cm。

2.1.3 西副壩4+500-4+900段加高設計

西副壩樁號4+500～4+900段壩頂高程為72.63～75.07m，不能滿足防洪要求，本次除險加固予以加高。加高后壩頂結構同其他壩段，加高部位壩體采用壤土壓實，設計壓實度0.97。上游壩坡采用生態(tài)袋護坡，下游采用草皮護坡。

2.1.4 下游壩坡加固

對下游壩坡采取修坡處理。拆除重建原壩坡排水溝，重建后橫向排水溝間距50m，采用砼U型槽結構。新建壩腳貼坡排水，采用預制砼板，下設碎石、土工布及中粗砂墊層。

2.2 大壩防滲加固范圍

2.2.1 防滲加固方案擬定

該壩段滲漏嚴重，多處出現(xiàn)滲透破壞，對壩體及壩基覆蓋層防滲加固，防滲深度一般為15-20m，選取以下兩種可行方案進行比較：

方案一：塑性混凝土防滲墻與方案

（1）工程布置。防滲墻利用壩頂作為施工平臺，軸線距離上游壩肩4.0m，防滲墻頂高程確定為76.00m，墻底嵌入基巖面以下1.0m。

（2）墻體材料。由于塑性砼防滲墻彈模低，對壩體變形適應性強，近來工程中用的較多。

每立方米塑性混凝土各種材料用量見表1。

表1 每立方米塑性砼各種材料用量表

（3）墻體厚度。塑性砼防滲墻允許水力坡降采用60，本工程最大水頭差16.4m，由此計算得：墻厚應為27cm。綜合考慮施工機具、墻體壽命、孔斜率、工程投資等因素，確定本工程砼防滲墻取30cm厚。

（4）穿壩建筑物處的防滲處理。東放水洞位于主壩0+000，西放水洞位于西副壩1+090，兩座放水洞已廢棄且位于大壩防滲范圍內，本次除險加固結合大壩混凝土截滲墻施工，采用沖擊鉆將現(xiàn)有涵洞洞頂擊穿，然后向洞內灌注混凝土予以封堵。

方案二：高壓擺噴灌漿方案

（1）工程布置。該方案防滲軸線布置同方案一，防滲墻利用壩頂作為施工平臺，軸線距離上游壩肩4.0m，防滲墻頂高程確定為76.00m，墻底嵌入基巖面以下1.0m。

（2）設計參數(shù)。①墻體滲透系數(shù)K小于1×10-6 cm/s；②抗壓強度大于2MPa；③兩序孔施工，墻體厚度不小于0.3m，鉆孔間距為1.2m；④水灰比控制在1.5:1～0.6:1；⑤施工參數(shù)參照規(guī)范《水利水電工程高壓噴射灌漿技術規(guī)范》DL/T5200-2004高壓噴射灌漿施工參數(shù)表9.0.3具體參數(shù)根據(jù)現(xiàn)場試驗作相應調整。

方案比選

以上兩種防滲處理措施，技術上均可行。

2.2.2 混凝土防滲墻方案優(yōu)缺點

優(yōu)點：①成墻完整連續(xù)，質量有保證，防滲效果較好。成墻的滲透系數(shù)K值能夠滿足小于10－6cm／s的要求。由于可靠性高，在山東省應用廣泛，具有豐富、成熟的施工經驗。如淄博市的太河水庫壩基截滲、濰坊市牟山水庫壩基截滲、煙臺市龍角山水庫大壩截滲等，防滲效果顯著。②屬于置換式處理措施，工藝可靠，便于檢測。

缺點：成墻施工需要泥漿固壁，如遇流砂需要加強管理；砼防滲墻施工速度較慢，工期較長。

高噴方案優(yōu)缺點如下

優(yōu)點：高噴施工設備簡單、工效高。

缺點：粘性土不宜采用高壓定噴工藝。經查閱有關資料，由于粘性土具有一定的粘結強度，在這類土層進行高噴灌漿破土過程中不易被破碎，常常有大量土塊包夾在高噴灌漿所形成的凝結體中，由于定噴中部所形成的漿液凝結體較薄，達不到設計厚度，這些部位如果包夾較大土塊，就會在這些地方形成防滲墻上下游貫通的漏水通道。

另外，高噴漿液在飽和粘土中不易凝結，這些現(xiàn)象已在山東和山西一些高噴灌漿防滲工程的開挖和取樣試驗中證實。

2.3 結論

三里莊水庫需進行截滲處理土層主要是壩體及壩基壤土、土質砂礫石和中粗砂等，高噴漿液在飽和粘土中不易凝結，且在土質砂礫中防施工難度大，難以保證防滲效果；且相同成墻厚度情況下投資較大。塑性砼防滲墻適用于各種土層，截滲效果有保證，且投資較省。因此，本次大壩截滲處理采用混凝土防滲墻方案。

2.4 壩頂加固設計

2.4.1 壩頂?shù)缆犯慕?/p>

（1）主壩0+000～0+430?，F(xiàn)狀問題：現(xiàn)狀壩頂寬14.73～15.19m，其中人行道平均寬2.0m，瀝青混凝土路面寬9.0m，其余為綠化帶。水庫主壩壩頂瀝青路面現(xiàn)狀多存在順壩軸線的縱向裂縫及貫穿性或非貫穿性橫向裂縫。加固措施：主壩壩頂路面裂縫主要由于加寬培厚壩體沉降不均造成的，經過十幾年的時間，壩體已經基本固結穩(wěn)定，為避免因裂縫對大壩安全造成更大的危害，本次將現(xiàn)狀壩頂瀝青砼路面、路基拆除改建，道路結構仍同原結構。

（2）西副壩0+000～4+500。現(xiàn)狀問題：現(xiàn)狀頂寬14.45～15.16m，，其中人行道寬平均2.5m，瀝青混凝土路面寬9.0m，其余為綠化帶；水庫西副壩壩頂瀝青路面現(xiàn)狀多存在順壩軸線的縱向裂縫及貫穿性或非貫穿性橫向裂縫。西副壩縱向裂縫延續(xù)長度可達50m。經統(tǒng)計，西副壩壩頂瀝青路面裂縫較嚴重的路段長700m（樁號2+900～3+600），裂縫寬約0.5～2.0cm不等，同時西副壩裂縫路段存在局部路面不均勻沉降現(xiàn)象，局部沉陷深度可達5cm。加固措施：西副壩壩頂路面裂縫主要也是由于加寬培厚壩體沉降不均造成的，經過十幾年的時間，壩體已經基本固結穩(wěn)定，為避免因裂縫對大壩安全造成更大的危害，本次將裂縫較嚴重的路段（樁號2+900～3+600）瀝青砼路面、路基拆除改建，道路結構仍同原結構，即：面層為3cm細粒式瀝青砼+5cm中粒式瀝青砼，基層為15cm水泥穩(wěn)定碎石+15cm12%石灰土+15cm10%石灰土。

（3）結合大壩防滲墻施工，西副壩0+0000～2+400壩段壩頂路面、路基拆除重建。綜上所述，本次除險加固對主壩0+000～0+430、西副壩0+000～2+400、2+900～3+600路面、路基拆除改建，根據(jù)諸城市城市交通規(guī)劃，西副壩壩頂?shù)缆凡辉僮鳛槌鞘薪煌ǖ缆?，改建后壩頂?shù)缆穮⒄账募壒窐藴剩访鎸挾葹?m，即：面層為3cm厚細粒式瀝青混凝土（AC-13C）上面層+5cm厚中粒式瀝青混凝土（AC-20C）下面層，基層為15cm厚水泥穩(wěn)定碎石上基層+15cm厚水泥穩(wěn)定碎石下基層，在路面兩側設置路緣石。對西副壩2+400～2+900、3+600～4+500段瀝青混凝土路面面層拆除重建。

2.4.2 防浪墻壓頂石更換

（1）存在問題?，F(xiàn)狀防浪墻壓頂大理石體積小重量輕，極易被損壞，多次修補后的防浪墻壓頂石外觀參差不齊，影響工程安全與美觀。建議更換為規(guī)格較大防浪墻壓頂石，防止人為損壞。

（2）加固措施。將原壓頂石拆除，更換為花崗巖壓頂石，新壓頂石寬60cm，厚度15cm，頂部兩側做抹角。

2.4.3 人行道改建

（1）存在問題?，F(xiàn)狀壩頂上游人行道平均寬度2.5m，為磚砌結構，坑洼不平，隔一定距離在防浪墻根部設置了排水篦子，壩頂積水通過人行道排向庫內。

（2）加固措施。將現(xiàn)有人行道抬高，頂面高出壩頂高程15cm，寬度平均3.5n，面層為3cm花崗巖火燒板，下設20cm碎石墊層。

2.4.4 西副壩4+500-4+900段加高設計

西副壩樁號4+500-4+900段壩頂高程為72.63～75.07m，不能滿足防洪要求，本次除險加固予以加高。

加高后壩頂高程同其他壩段，均為76.50m，漿砌石防浪墻頂高程為77.70m。壩頂瀝青砼路面寬度9m，道路結構仍同其他壩段，即：面層為3cm厚細粒式瀝青混凝土（AC-13C）上面層+5cm厚中粒式瀝青混凝土（AC-20C）下面層，基層為15cm厚水泥穩(wěn)定碎石上基層+15cm厚水泥穩(wěn)定碎石下基層，在路面兩側設置路緣石[2]。加高部位壩體采用壤土壓實，設計壓實度0.97，滲透系數(shù)應滿足規(guī)范要求，即不大于1E-4cm/s，施工期應通過碾壓試驗確定壓實指標和最優(yōu)含水率。壩頂上游側人行道寬1.95m，面層為3cm花崗巖火燒板，下設20cm碎石墊層。

新建壩段上游壩坡采用生態(tài)袋護坡。興利水位以下生態(tài)袋以下裝填中粗砂，興利水位以上裝填砂土，配合比為中粗砂：粘土=9：1，攙和蘑菇肥以利植被生長，有機肥加入量按3公斤/平方米。植被采用狗牙根、高羊毛、麥冬、蘆葦。植被養(yǎng)護期一定要保證澆水量和澆水次數(shù)。生態(tài)袋材料握持抗拉強度為335N，等效孔經O95為0.20。

下游采用草皮護坡。下游坡面設排水溝，排水溝間距50m，采用砼U型槽結構，排水溝深度為0.30m，寬度為0.40m。壩腳設貼坡排水，壩腳貼坡排水深度1.0m，寬度1.0m，自內而外的結構型式依次為厚0.10m中粗砂、300g/m2土工布、厚0.10m碎石墊層（粒徑1-3cm）、最外層為厚0.1mC30砼連鎖預制板。

2.4.5 下游壩坡加固設計

現(xiàn)狀主、西副壩壩后坡縱、橫向排水溝損壞，且縱向排水溝不全。本次除險加固將原排水溝改建，改建后橫向排水溝間距50m，采用砼U型槽結構，排水溝深度為0.30m，寬度為0.40m。本水庫大壩為3級低壩，上下游水頭差小，根據(jù)山東省同類工程的成果經驗，下游壩腳設貼坡排水做法如下：排水體深度1.0m，寬度1.0m，自內而外的結構型式依次為厚0.10m中粗砂、300g/m2土工布、厚0.10m碎石墊層粒徑1-3cm）、最外層為厚0.1mC30砼連鎖預制板。中粗砂、碎石等反濾料和排水體料應級配良好，粒徑小于0.075mm的顆粒含量不應超過5%。

2.4.6 大壩觀測自動化系統(tǒng)

水庫大壩共設置13個測壓管斷面。

（1）主壩：設0+150、0+250、0+350三個滲流觀測斷面，每個斷面3根測壓管；

（2）西副壩0+100、1+100、2+400、3+600、4+700，共8個斷面，各設3根測壓管。

大壩安全監(jiān)測自動化的主要內容是滲流監(jiān)測自動化。整個共設有13個監(jiān)測斷面，每個監(jiān)測斷面布置3個滲壓測點。觀測設備采用振鉉式傳感器，每監(jiān)測斷面配置MCU智能模塊、網絡交換機及電源管理模塊，實現(xiàn)對該斷面的自動測控。各斷面的測控單元通過壩頂布設的傳輸光纜、網絡交換機組成一個現(xiàn)場監(jiān)控網絡。通過光纖網絡等引至管理區(qū)中控室監(jiān)控主機，實現(xiàn)大壩安全滲流監(jiān)測的自動化。系統(tǒng)裝設相應防雷設施。電纜、光纜敷設于壩頂電纜溝內。

3 效益與經濟評價

經財務評價計算，該工程經濟內部收益率為12.61%，經濟凈現(xiàn)值為4392萬元，經濟效益費用比為1.53。由計算的各項指標值可以看出，經濟內部收益率大于社會折現(xiàn)率8%，經濟凈現(xiàn)值大于零，經濟效益費用比大于1.0。因此，從國民經濟盈利能力分析來看，工程在經濟上是合理可行的。分別設定費用增加10%；效益減少10%幾種情況，進行敏感性分析，在設定的浮動范圍內，各項經濟指標仍能滿足要求，可見工程具有一定的抗風險能力。工程年均總成本費用為824萬元。三里莊水庫的主要效益為防洪效益，兼顧供水效益。因此，為保障工程的正常運行和水庫管理單位的良性運作，在水庫管理單位無力全部解決年運行費用的情況下，建議由地方財政給予補貼，或根據(jù)有關規(guī)定向水庫保護區(qū)內重點廠礦企業(yè)收取防洪保護費用，多渠道籌集年運行費用。工程實施以后，能夠確保三里莊水庫的安全運行，水庫的防洪、供水、生態(tài)等方面的社會效益和經濟效益顯著。

4 結語

總而言之，對三里莊水庫大壩防滲工程設計，不僅可以水庫安全隱患，還可以保證水庫的綜合效益能正常發(fā)揮。