裴 航

（深圳市廣匯源環(huán)境水務(wù)有限公司，廣東 深圳 518000）

0 引 言

社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，使得城市環(huán)境壓力增大，空間和資源日趨緊張。水生態(tài)資源是人類生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，而水庫作為抗洪蓄水和調(diào)節(jié)水資源的一種重要建筑物，是水生態(tài)資源的重要組成部分，其治理直接影響到生態(tài)環(huán)境的健康安全，對生態(tài)文明建設(shè)具有重要的意義。

鐵扇關(guān)門水庫以供水和防洪為主，向東涌、西涌社區(qū)供水。一直以來，建設(shè)年代較久的水庫均存在著使用時間較長、維修不及時和監(jiān)測不足的問題[1]。本文以鐵扇關(guān)門水庫的除險加固工程為背景，針對水庫所面臨的實(shí)際問題，將立體生態(tài)治理理念貫穿于水庫的除險加固工程的全過程，提出了安全有效的處理措施，以期對水庫加固處理提供新的解決思路和經(jīng)驗(yàn)，從而改善了水生態(tài)環(huán)境，扭轉(zhuǎn)其惡化趨勢。

1 水庫概況及問題現(xiàn)狀

1.1 水庫概況

鐵扇關(guān)門水庫位于深圳市南澳辦事處東南8km的東涌河上游，屬于大亞灣水系。水庫右側(cè)為東涌公路，工程于1965年興建，1975年建成蓄水。庫區(qū)樞紐工程有主壩、輸水涵、溢洪道。其集雨面積2.155km2，干流河長2.681km，河流比降J=0.1972。正常蓄水位88.60m，相應(yīng)庫容79.67萬m3；設(shè)計洪水位91.35m，相應(yīng)庫容111.90萬m3；校核洪水位為92.09m，相應(yīng)庫容121.35萬m3；死水位76.3m，死庫容0.29萬m3。鐵扇關(guān)門水庫工程任務(wù)主要為供水和防洪，是南澳辦事處的主要供水水源，建設(shè)時間較早，歷經(jīng)幾次除險加固，仍存在安全隱患。

鐵扇關(guān)門水庫為?。?）型水庫，工程等別為Ⅳ等。

1.2 水庫的問題現(xiàn)狀

1）主壩壩體滲漏隱患：

鐵扇關(guān)門大壩為均質(zhì)土壩，土石壩是一種普遍的壩型，我國早期興建的土石壩由于多種原因，經(jīng)過多年運(yùn)行，滲漏問題嚴(yán)重，亟待解決[2]。根據(jù)測繪與調(diào)查情況，整個壩體無明顯的變形和位移，坡面亦無變形和塌陷，壩體邊坡穩(wěn)定。大壩滲漏主要為壩基基巖滲漏，由鉆孔巖芯可以看出，壩基強(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化變質(zhì)砂巖，屬中等透水層，巖芯破碎，裂隙很發(fā)育，且充填不完整，節(jié)理裂隙發(fā)育且局部連通，貫通性好。庫水在上下游水頭差作用下有可能沿貫通道出現(xiàn)輕微滲漏。隨著庫水位的升高，水頭高度的增大，大壩滲漏增大。大壩填筑土料大部分為含礫粉質(zhì)黏土，局部夾有較多強(qiáng)風(fēng)化碎塊，透水性強(qiáng)，不能完全符合《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》SL274-2001對土料的質(zhì)量要求，需進(jìn)行防滲加固，且缺少大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)。

2）溢洪道裂縫隱患：

溢洪道位于在大壩左壩肩，為開敞式溢洪道，堰型為寬頂堰。溢洪道外側(cè)山體為土巖混合邊坡，坡面大部分裸露，且局部有塌滑跡象。該邊坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，由于存在地質(zhì)災(zāi)害隱患，所以仍存在失穩(wěn)的可能性。溢洪道主要置于山體強(qiáng)風(fēng)化巖之上，但局部地段有滲漏，土體軟化致使壓縮性增大，強(qiáng)度下降，造成溢洪道底板及邊墻存在多條縱橫裂縫，局部混凝土剝落。

3）壩下輸水涵管和庫尾輸水隧洞：

壩下輸水涵管位于大壩左壩段，結(jié)構(gòu)型式為 DN800 鋼管，經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)大壩下游輸水涵管出口存在2處滲漏點(diǎn)，滲漏水量較大，總體清澈，稍帶泥沙，且壩下涵管出口擋墻及底板結(jié)構(gòu)損壞，壩下涵管進(jìn)口閘門、攔污柵老舊，閘門處也存在滲漏情況。

輸水隧洞位于主壩上游約500m右岸至西涌村之間，長160m，隧洞進(jìn)口設(shè)有卷揚(yáng)式啟閉機(jī)，庫尾輸水隧洞進(jìn)口轉(zhuǎn)動門蓋已遭破壞，連接鋼繩無保護(hù)措施，表面已生銹，鋼繩與混凝土面現(xiàn)狀為滑動摩擦。由于進(jìn)口轉(zhuǎn)動門蓋處存在滲漏，輸水隧洞出口流量隨庫水位增高而增大。

4）水庫漲落帶：

庫區(qū)漲落帶在枯水季節(jié)大面積土壤裸露在外，既產(chǎn)生水土流失，淤塞庫容，影響水質(zhì)，又嚴(yán)重影響庫區(qū)景觀。為了改善生態(tài)環(huán)境，提升景觀層次，往往通過在土壤中種植植物來美化庫區(qū)景觀。由于水庫漲落帶水淹旱曬交替，生境變化極端，一般植物難以生存，而且絕大部分坡度較陡、土壤貧瘠，適宜在淺水或淤灘種植的傳統(tǒng)挺水(兩棲)植物并不適應(yīng)。

2 水庫加固治理原則

鐵扇關(guān)門水庫經(jīng)除險加固后主要建筑物級別由4級提高到3級，洪水標(biāo)準(zhǔn)為1000a一遇。根據(jù)深圳市地震烈度區(qū)劃圖，工程所在地的地震烈度為Ⅶ度。針對水庫目前面臨的問題，預(yù)期達(dá)到以下目標(biāo)，①對水庫進(jìn)行安全加固，消除大壩滲漏、邊坡滑塌風(fēng)險、輸水涵及輸水隧洞安全隱患等，保證水庫運(yùn)行安全；②庫岸消落帶經(jīng)生態(tài)治理，改善生態(tài)環(huán)境，提升景觀層次；③大壩外觀提升改造，完善配套設(shè)施；④增設(shè)水庫監(jiān)測信息自動化接入系統(tǒng)。

3 水庫加固治理措施

3.1 大壩加固

1）壩體防滲加固：

針對目前滲流量較大的問題，首先要對大壩實(shí)施防滲處理，大壩防滲系統(tǒng)沿壩軸線布置。防滲系統(tǒng)由兩部分組成，重點(diǎn)防滲范圍為大壩段，其防滲措施擬采用“壩體粘性土防滲+C20混凝土防滲墻+壩基帷幕灌漿”方案。從安全、可靠、經(jīng)濟(jì)的角度出發(fā)，采用混凝土C20防滲墻，厚度0.8m，墻頂與水庫校核洪水位齊平，為92.09m，墻底位于壩基中風(fēng)化巖底線處，墻澆筑槽段7m；壩基采用帷幕灌漿處理，雙排孔，孔距2.0m，灌漿墻幕與防滲墻搭接高度≥3m，灌漿底線為5Lu線以下3m，灌漿方法為套閥花管法，其上夯填壩體土方至壩頂[3]。大壩設(shè)計壩頂高程94.00m，防浪墻頂高程95.00m，現(xiàn)狀壩頂防浪墻為局部已破損的漿砌石結(jié)構(gòu)，本次加固擬拆除重建。新建防浪墻擬采用C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，防浪墻頂高程95.00m，墻體厚度30cm，墻體結(jié)構(gòu)為L型。防浪墻按20m設(shè)一伸縮縫，縫內(nèi)設(shè)止水。為保證大壩壩坡穩(wěn)定，且原量水堰已失效，綜合考慮，將壩下輸水涵管出口與壩腳排水棱體、量水堰一同加固改造，壩腳排水棱體坡度由1:1.37改為1:1.5，棱體底部設(shè)有一條漿砌石排水溝，與左岸山坡排水溝、輸水涵管出口相連接，后接新建量水堰監(jiān)測設(shè)施。

2）庫岸邊坡治理：

經(jīng)現(xiàn)場踏勘發(fā)現(xiàn)，鐵扇關(guān)門水庫兩岸邊坡坡度較陡，為了避免邊坡滑移、坍塌造成人員傷亡，進(jìn)行安全加固時必須對這些高邊坡進(jìn)行加固處理，綜合考慮現(xiàn)場的周邊環(huán)境及巖土層組合等條件，右岸邊坡支護(hù)擬選用“錨桿+格構(gòu)梁+綠化”，左岸邊坡采用“錨桿+掛網(wǎng)噴混植生”的支護(hù)型式，以保證邊坡整體穩(wěn)定[4]。右岸邊坡錨桿采用HRB400鋼筋，直徑22mm，錨桿彎頭與加強(qiáng)筋采用雙面焊接加固；錨桿水平間距2.5m，豎向間距2.0m。左岸邊坡錨桿采用HPB300圓鋼，直徑12mm，長800mm，外留100mm，間距1m。

其中大壩右岸下游邊坡加固方式采用“錨桿＋鋼筋混凝土框架梁”，同時配合整體的綠化需求，框架梁之間全部進(jìn)行植草綠化?？紤]到大壩左岸壩肩屬于高邊坡，因此對其采用掛網(wǎng)混噴植生的方式進(jìn)行護(hù)坡綠化。

3.2 溢洪道防滲加固

鐵扇關(guān)門水庫修復(fù)后，工程等別為Ⅳ等，主要建筑物級別為3級，溢洪道為3級建筑物。針對溢洪道安全鑒定結(jié)果和現(xiàn)狀安全檢查的情況，主要對溢洪道安全加固采取以下的工程處理措施。①對溢洪道控制段擋墻進(jìn)行加固，采用C25鋼筋混凝土U型渠結(jié)構(gòu)。②溢洪道泄槽段新建C25鋼筋混凝土底板，左右側(cè)墻采用水泥砂漿護(hù)面25mm厚。③消力池起點(diǎn)擋墻加高至1.10m，如圖1所示。

圖1 溢洪道U型墻斷面圖

3.3 壩下輸水涵管和庫尾隧洞治理

針對輸水涵管安全鑒定結(jié)果和現(xiàn)狀安全檢查的情況，主要對其安全加固采取以下的工程處理措施：①輸水涵管進(jìn)口更換門蓋及拉桿等設(shè)施，改造輸水涵管出口土建結(jié)構(gòu)。②對原輸水涵管與大壩混凝土防滲墻結(jié)合部位一定范圍進(jìn)行充填灌漿。③由于大壩安全加固需壩體增設(shè)常規(guī)C20防滲墻，厚度0.8m，墻頂與水庫校核洪水位齊平，其上夯填壩體土方至壩頂，且啟閉機(jī)房陳舊落后，因此，對啟閉機(jī)房采取拆除重建。④拆除庫尾輸水隧洞入口門蓋及啟閉機(jī)，重建鑄鐵斜置式閘門b×h=800mm×800mm，增設(shè)手電兩用螺桿式（斜置式）啟閉機(jī)；且啟閉機(jī)房陳舊落后，因此，對啟閉機(jī)房采取拆除重建。

4 立體生態(tài)景觀優(yōu)化布設(shè)

庫區(qū)漲落帶是指枯水季節(jié)使得大面積原本被水淹沒的土壤裸露在外的特殊地帶，是水陸生態(tài)系統(tǒng)的交錯的地帶[5]。通過布設(shè)立體生態(tài)景觀帶來控制漲落帶的水土保持，減少危害。

4.1 水庫漲落帶的危害

庫區(qū)漲落帶是指枯水季節(jié)使得大面積原本被水淹沒的土壤裸露在外的特殊地帶，是水陸生態(tài)系統(tǒng)的交錯的地帶[5]。庫水周期反復(fù)性的浸泡以及水位漲落產(chǎn)生的淤積和沖刷作用使得土壤中的微量元素被帶入水中，導(dǎo)致土體營養(yǎng)缺失，水體營養(yǎng)富化。加上水庫漲落帶水淹旱曬交替，生境變化極端，一般植物難以生存，植物的選擇也一直是困擾水庫漲落帶生態(tài)建設(shè)的難題。漲水季節(jié)既產(chǎn)生水土流失，淤塞庫容，影響水質(zhì)，又嚴(yán)重影響庫區(qū)景觀。若不進(jìn)行生態(tài)治理，漲落帶土壤變得更加貧瘠，植被更難以恢復(fù)，水土流失更加嚴(yán)重，將會形成惡性循環(huán)，最后對生態(tài)系統(tǒng)造成不可修復(fù)的傷害。

4.2 立體生態(tài)景觀帶優(yōu)化

根據(jù)鐵扇關(guān)門水庫歷年運(yùn)行情況，選擇設(shè)計常水位以下2m及常水位以上2m范圍進(jìn)行植被重建，形成水庫庫岸過濾緩沖帶，即為岸坡植被緩沖帶。

緩沖帶是一種生態(tài)植栽的生態(tài)綠化景觀措施，可因時因地制宜，結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂蛩翖l件考慮合理的植物搭配。地表徑流經(jīng)植被攔截及土壤下滲作用后流速減緩，同時經(jīng)過攔截可去除掉徑流中的部分污染物，有效消減徑流流速和污染負(fù)荷，再入水庫。因此緩沖帶發(fā)揮著防水浪沖刷、保持水土、美化庫岸景觀的功效。

鐵扇關(guān)門水庫岸坡植被緩沖帶選擇選耐水濕、耐水淹、耐干旱的兩棲樹種，以達(dá)到保持水土、涵養(yǎng)水源、營造景觀的效果。在工程措施與植物措施相結(jié)合的條件下，根據(jù)深圳多個水庫漲落帶的建設(shè)情況和水庫漲落帶地形坡位特征，以適應(yīng)性為前提，注重多樣性，配置不同造林樹種搭配模式，營造草、木本有機(jī)結(jié)合的多品種復(fù)層植被系統(tǒng)[6]。采用自然軟岸的生態(tài)植栽的岸坡型式，岸邊及庫底用生態(tài)材料進(jìn)行保護(hù)，沖刷較嚴(yán)重的地帶，采用拋石、木樁護(hù)岸等方法。讓庫底透氣，促進(jìn)地表水與地下水的交換。種植根系發(fā)達(dá)的植被，加固岸坡。庫岸

在植栽的選擇上以本土植物作為基礎(chǔ)樹種，組合喬木、灌木、草本、地被、水生植物等以豐富種植的層次。通過種植的疏密程度、高低錯落營造不同的空間序列，組合多個品種的植物，建立多層次的植物生境。部分漲落帶地勢較平坦，選擇耐水濕喬木白千層、水蒲桃、落羽杉、水翁進(jìn)行防護(hù)。采用帶狀混交，混交比例為1:1:1:1，挖穴造林，造林密度為2.5m×2m，選用2a生以上實(shí)生苗。林下扦插種植鋪地黍，如圖2所示。部分漲落帶較陡，采用香根草籬進(jìn)行環(huán)等高線種植防護(hù)。

圖2 庫岸設(shè)計圖

5 安全監(jiān)測

根據(jù)《土石壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（SL551-2012）的規(guī)定和鐵扇關(guān)門水庫的現(xiàn)有監(jiān)測項(xiàng)目和工程實(shí)際情況，目前鐵扇關(guān)門水庫安全監(jiān)測項(xiàng)目設(shè)置無法滿足現(xiàn)行規(guī)范要求，必須進(jìn)一步完善監(jiān)測項(xiàng)目布置，提高大壩安全監(jiān)測的自動化、信息化程度，提高大壩管理水平和監(jiān)測效率，保障水庫大壩穩(wěn)定運(yùn)行。

鐵扇關(guān)門水庫大壩安全監(jiān)測必要的監(jiān)測項(xiàng)目包括巡視檢查、變形監(jiān)測、滲流監(jiān)測、環(huán)境量監(jiān)測等。結(jié)合水庫安防需求，需增設(shè)一套穩(wěn)定的、多功能的、智能的視頻監(jiān)控來輔助水庫管理，支持水庫巡視檢查、防汛抗洪、聯(lián)合調(diào)度、基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)管等工作。

根據(jù)系統(tǒng)通信組網(wǎng)的原理，系統(tǒng)總體架構(gòu)由中心站和環(huán)境量（水位、雨量）監(jiān)測站、GNSS變形監(jiān)測站、滲流監(jiān)測站、視頻監(jiān)控五部分組成。中心站是水情自動測報系統(tǒng)、GNSS變形監(jiān)測系統(tǒng)、滲流監(jiān)測系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)的中樞，如圖3所示。

圖3 水庫安全監(jiān)測系統(tǒng)拓?fù)鋱D

5.1 變形監(jiān)測

GNSS變形監(jiān)測站部署北斗高精度定位自動化監(jiān)測設(shè)備，結(jié)合多傳感器融合技術(shù)實(shí)現(xiàn)高精度、智能化、全天時、全天候的實(shí)時監(jiān)測大壩表面位移和沉降。視頻監(jiān)控系統(tǒng)提供穩(wěn)定的、多功能的、智能的視頻監(jiān)控來輔助水庫管理，支持水庫巡視檢查、防汛抗洪、聯(lián)合調(diào)度、基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)管等工作。

目前鐵扇關(guān)門水庫大壩無表面變形監(jiān)測設(shè)施，無法對壩體是否有過大變形做出分析，無法掌握水庫大壩水平位移和垂直位移的情況，無法滿足土石壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范相關(guān)要求。 根據(jù)鐵扇關(guān)門水庫工程規(guī)模、由GNSS廠家經(jīng)詳細(xì)了解水庫大壩情況，觀測縱斷面初擬3個，共計10個監(jiān)測點(diǎn)，1個基準(zhǔn)點(diǎn)。兩岸或下游適當(dāng)位置布設(shè)基準(zhǔn)點(diǎn)，選擇在穩(wěn)定的巖基上；監(jiān)測點(diǎn)根據(jù)最大壩高或原河床處、合龍段、地形突變處、地質(zhì)條件復(fù)雜處、地形地質(zhì)特點(diǎn)布設(shè)[7]。

5.2 滲流監(jiān)測

壩體滲流監(jiān)測內(nèi)容包括滲流壓力和滲流量監(jiān)測。配置基本的滲流滲壓監(jiān)測，滲流監(jiān)測站分別在大壩測壓管內(nèi)安裝自動化監(jiān)測滲壓計，在大壩下游安裝自動化監(jiān)測量水堰計來實(shí)時掌握大壩壩體滲壓和滲流量情況[8]。根據(jù)壩型結(jié)構(gòu)、斷面大小和滲流場特征，在大壩布設(shè)4個滲流監(jiān)測橫斷面，大壩段每個橫斷面上布設(shè)4個監(jiān)測點(diǎn)，管洋房下游壩坡布設(shè)3個監(jiān)測點(diǎn)來監(jiān)測滲流壓力。在下游壩址附近設(shè)導(dǎo)滲溝，在導(dǎo)滲溝出口或排水溝內(nèi)設(shè)量水堰測其滲流量。

5.3 環(huán)境量監(jiān)測

環(huán)境量監(jiān)測內(nèi)容包括水庫庫區(qū)的水位監(jiān)測和雨量監(jiān)測，在監(jiān)測站配置遙測終端設(shè)備RTU、GPRS通信模塊和北斗衛(wèi)星通信終端設(shè)備。實(shí)現(xiàn)水位、雨量自動采集、固態(tài)存儲、自動轉(zhuǎn)換通信信道。

6 結(jié) 語

本文以鐵扇關(guān)門水庫加固工程為研究對象，將立體生態(tài)理念應(yīng)用于除險加固技術(shù)中，通過增加防滲墻、邊坡加固等防滲加固措施，消除了水庫滲流和結(jié)構(gòu)等安全隱患。保證大壩、溢洪道、輸水涵管等主要建筑物的安全運(yùn)行?；诹Ⅲw生態(tài)理念對庫岸消落帶進(jìn)行生態(tài)治理的技術(shù)措施，很好的保持和營造水庫了的天然狀態(tài)，在水岸形成良好的保土、綠化和景觀效果，形成了全新的生態(tài)景觀，改善了庫容庫貌，提升了大鵬新區(qū)的生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了該區(qū)域的生態(tài)轉(zhuǎn)型。