張揚(yáng)國(guó)

（江西省永修縣水利局,江西 永修 330300）

水庫(kù)大壩往往建于較高的位置,一旦出現(xiàn)事故,則會(huì)給下游的人民帶來(lái)極大的生命財(cái)產(chǎn)損失,因此要確保水庫(kù)防洪安全[1]。目前劉家垅水庫(kù)依然有不少安全隱患存在,導(dǎo)致其綜合效益得不到全面發(fā)揮,下游人民的生命財(cái)產(chǎn)安全時(shí)時(shí)受到威脅,因此急需對(duì)劉家垅水庫(kù)進(jìn)行除險(xiǎn)加固工作。

1 水庫(kù)基本概況

劉家垅水庫(kù)座落于九江市廬山區(qū)蓮花鎮(zhèn)譚畈村,距九江市區(qū)8.7 km,屬長(zhǎng)江流域八里湖水系沙河支流。該大壩所在地方的水庫(kù)總庫(kù)容和控制的流域面積為41×104m3和1.3 km2,這座水庫(kù)屬于?。ǘ┬退畮?kù),其主要功能以灌溉為主,同時(shí)以供水和防洪作為輔助。

九江市廬山區(qū)水務(wù)局于2009 年12 月4 日對(duì)劉家龍水庫(kù)大壩展開安全綜合評(píng)估,通過(guò)評(píng)估并將《水庫(kù)大壩安全鑒定辦法》作為分類標(biāo)準(zhǔn),根據(jù)其中的第6 條大壩安全分類標(biāo)準(zhǔn),將該水庫(kù)大壩歸屬于三類壩。經(jīng)評(píng)估工程存在的主要問(wèn)題有：大壩上下游未護(hù)坡,壩腳無(wú)反濾排水設(shè)施；溢洪道邊墻及底板局部破損,出口消力池淤塞；壩下涵管出口無(wú)消能設(shè)施。

2 大壩加固設(shè)計(jì)

2.1 大壩壩體防滲方案確定

結(jié)合本工程現(xiàn)狀以及目前應(yīng)用較廣泛技術(shù)較成熟的防滲漏計(jì)劃,在設(shè)計(jì)過(guò)程中根據(jù)所獲取的大壩壩基滲漏實(shí)際情況,著重考慮壩體結(jié)合壩基防滲的方案,從施工工藝及造價(jià)等方面進(jìn)行方案的比選,采用二種防滲方案進(jìn)行比較。

（1）方案一：壩體采用沖抓套井粘土心墻防滲,墻體深入壩基1.0 m

本方案采用沖抓套井回填粘土心墻對(duì)壩體進(jìn)行防滲加固。在原心墻軸線上造孔至壩基以下0.5 m,回填粘土夯實(shí),套孔施工,在整個(gè)軸線上形成連續(xù)的防滲墻。大壩沖抓心墻涵管段采用高壓?jiǎn)喂苄龂姽酀{進(jìn)行防滲處理。

本次設(shè)計(jì)擬對(duì)壩體進(jìn)行沖抓套井粘土心墻,采用單排布置,單排鉆孔,孔徑1.1 m,孔距0.75 m,粘土心墻有效墻厚0.80 m,經(jīng)復(fù)核,墻體厚度滿足要求。當(dāng)前沖抓套井回填粘土心墻因其技術(shù)方面的優(yōu)勢(shì),在該領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用,日趨成熟的技術(shù)加強(qiáng)了防滲效果。

①防滲范圍

按規(guī)范要求,防滲墻頂高程應(yīng)不低于校核洪水位,校核洪水位為105.20 m,設(shè)計(jì)壩頂高程107.50 m,面層為0.15 m 厚C25 砼路面和0.10 m 碎石墊層。

②墻體材料及防滲墻厚度

粘土作為防滲墻體主要使用的材料,通常需要將其含水量控制于合理范圍內(nèi)才可展開夯實(shí)工作,同時(shí)粘土要求K ≤1×10-5cm/s。

采用公式T=H/J

式中：T 為設(shè)計(jì)墻厚,m；H 為板墻兩側(cè)的承受的最大水頭差；J 為防滲墻的允許比降,i=6～8。

本次設(shè)計(jì)沖抓孔孔距0.75 m,孔徑1.1 m,形成防滲墻有效厚度為0.80 m。根據(jù)滲流計(jì)算結(jié)果,防滲心墻最大滲透坡降Jmax=3.90＜[J]=6～8,墻厚滿足設(shè)計(jì)要求。

（2）方案二：大壩采用粘土斜墻結(jié)合截水槽防滲

在該方案中,截水槽截滲的方法用于大壩壩基,八體的防滲加固工作則需要使用粘土斜墻,截水槽開挖至壩基,粘土填筑。

①防滲范圍

按規(guī)范要求,防滲墻頂高程應(yīng)不低于校核洪水位,校核洪水位為105.20 m,設(shè)計(jì)壩頂高程107.50 m,面層為0.15 mC25砼路面和0.10 m 碎石墊層。

②墻體材料及防滲墻厚度

粘土作為防滲墻體主要使用的材料,通常需要將其含水量控制于合理范圍內(nèi)才可展開夯實(shí)工作,同時(shí)粘土要求K≤1×10-5cm/s。

采用公式T=H/J,根據(jù)滲流計(jì)算結(jié)果,防滲心墻最大滲透坡降Jmax=3.5 ＜[J]=6～8,墻厚滿足要求。

（3）防滲方案比選

從施工條件、防滲效果和工程造價(jià)等技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性能方面,對(duì)比大壩的兩種防汛方案（見(jiàn)表1）。

表1 大壩防滲方案比較

①粘土斜墻方案：能夠有效減少建筑成本,施工方法簡(jiǎn)單,且不需要借用專業(yè)的施工力量和大型機(jī)械設(shè)備,但粘土填筑量較大,需要進(jìn)行施工導(dǎo)流并設(shè)置圍堰等。斜墻截水槽需開挖較深才到達(dá)壩基砂巖層,有可能造成開挖槽內(nèi)積水難以排干,截水槽內(nèi)回填粘土困難,因此不推薦此方案。

②沖抓心墻方案：受氣候影響小,施工工藝較成熟,施工方法簡(jiǎn)單,工效高,投資少,回填料易就地取材。

2.2 大壩壩坡、護(hù)坡等設(shè)計(jì)

2.2.1 壩坡加固設(shè)計(jì)

根據(jù)大壩上游壩坡現(xiàn)狀、加固措施及工程量,本次設(shè)計(jì)擬定上游壩坡粘土填筑結(jié)合下游坡的整治及土方工程量的大小、壩坡穩(wěn)定等,擬定邊坡坡率為1∶3.25；下游壩坡整坡,面層鋪填一層20 cm 厚壤土,利于草皮鋪設(shè),下游坡貼坡排水頂高程94.0 m,壩坡坡率1∶2.5。

2.2.2 護(hù)坡設(shè)計(jì)

現(xiàn)狀上下游均未護(hù)坡。工事的設(shè)計(jì)需要保護(hù)堤壩的上游和下游斜坡,以確保堤壩的美學(xué)和安全功能。為了保護(hù)壩體不受風(fēng)雨影響,首選在上坡使用干燥的預(yù)制混凝土護(hù)坡,在下坡使用草護(hù)坡。

選擇上游邊坡保護(hù)。在比較干砌塊護(hù)坡和預(yù)制混凝土護(hù)坡這兩種方案時(shí),首選適合大壩的上游護(hù)坡。

式中：D 為當(dāng)?shù)刈畲筝S壓作用下的塊體直徑,m；D50為石料的平均粒徑,m；Kt為隨坡度比變化的系數(shù),根據(jù)規(guī)范取Kt=1.35,從上游坡度比1∶2.5；ρw為水的密度,ρw=1.0 t/m3；ρk為石料的密度,t/m3,ρk=2.5 t/m3；m 為坡度比,m=2.75；hp為波高5%的累積頻率；t 為塊狀護(hù)坡材料的最大厚度,m。

它的計(jì)算方法是t=0.26 m。

根據(jù)堤壩上游坡度的計(jì)算結(jié)果,按照干砌塊護(hù)坡的設(shè)計(jì)條件和技術(shù),根據(jù)干砌塊護(hù)坡厚度t=0.3 m,平均砌塊粒徑D=0.25 m 的條件和道碴堤的設(shè)計(jì)規(guī)范（SL 274-2001）,假定干砌塊護(hù)坡下有0.10 m 厚的砂礫墊層。在干式塊狀路堤保護(hù)下,砂石墊層的厚度為0.10 m。

預(yù)制混凝土邊坡防護(hù)（方案二）

方案二是一個(gè)規(guī)則的六邊形預(yù)制混凝土護(hù)坡,混凝土強(qiáng)度為C15,邊長(zhǎng)為0.26 m,護(hù)坡由沙石干塊層保護(hù)。根據(jù)道碴壩設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（SL 274-2001）,預(yù)制混凝土護(hù)坡的厚度如下所示：

式中：η為系數(shù),安裝在防波堤板上,K=1.1；b 為沿防波堤板的長(zhǎng)度,b=4.0 m（槽距）；ρc為混凝土密度,γk=2.4 t/m3；ρw為水密度,γw=1.0 t/m3。hp為1%波高的累積頻率；Lm為平均設(shè)計(jì)波長(zhǎng)；m 為海岸線的坡度系數(shù),m=2.75。

由規(guī)則的六邊形預(yù)制混凝土構(gòu)件制成的路堤保護(hù)板的厚度被計(jì)算為t=0.1 m,并在板下安裝了0.10 m 厚的碎石墊層。

方案比較選擇：兩方案工程量及造價(jià)比較結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 不同護(hù)坡方案單位面積造價(jià)比較表

從表2 中比較結(jié)果可知,干砌塊石護(hù)坡造價(jià)比砼預(yù)制塊護(hù)坡略低。預(yù)制混凝土護(hù)坡比干石護(hù)坡需要更大的投資,但適用于不需要長(zhǎng)時(shí)間施工的應(yīng)用,而且耐用、美觀、施工迅速。因此本次劉家龍水庫(kù)出現(xiàn)加固選用該方案。

2.2.3 壩頂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

現(xiàn)狀大壩壩頂高程107.10 m～107.53 m,壩頂寬9.7 m～10.50 m,根據(jù)特征水位加安全超高等計(jì)算成果,所需壩頂高程105.98 m。根據(jù)大壩壩頂現(xiàn)狀高程,本次設(shè)計(jì)擬將大壩壩頂整平后設(shè)10 cm 厚碎石墊層及15 cm 厚砼路面,即壩頂高程107.50 m,壩頂設(shè)置C20 砼路面,路面寬5.0 m,路面傾向上、下游設(shè)2%的橫坡。

2.2.4 壩坡排水設(shè)計(jì)

為了防止分散的暴雨流對(duì)路堤的沖刷,通常在路堤的相鄰斜坡上、路堤的腳趾處、橋梁通道內(nèi)和利用斜坡上部的排水系統(tǒng)來(lái)建造帶有垂直和水平排水通道的草皮保護(hù)。水平排水管垂直于路堤的軸向運(yùn)行,位于路堤的后面。水平排水溝在堤墻處的橫截面為0.3 m×0.3 m,或在兩岸交界處和下游坡面的橫截面為0.4 m×0.4 m。垂直和水平排水管相互連接,形成一個(gè)整體。

3 加固效果復(fù)核

3.1 壩頂高程復(fù)核

獲取計(jì)算結(jié)果后,經(jīng)過(guò)加固的大壩壩頂高程為107.50 m（見(jiàn)表3）,滿足要求。

表3 大壩壩頂高程安全復(fù)核成果

3.2 壩坡穩(wěn)定計(jì)算

加固后的壩坡穩(wěn)定計(jì)算及結(jié)果見(jiàn)表4,降低后的浸潤(rùn)線,能夠在各種工作情況下使上下游壩的穩(wěn)定安全系數(shù)與規(guī)范要求相符。

表4 大壩加固后邊坡穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果

4 溢洪道加固設(shè)計(jì)

加固后溢洪道由進(jìn)水渠、控制段、泄槽段、消能段四部分組成,全長(zhǎng)100 m。控制段結(jié)構(gòu)采用寬頂堰控制,頂部順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)5 m,堰體進(jìn)口垂直,堰后接泄槽,溢流凈寬7.7 m,堰頂高程103.0 m,堰體厚0.5 m；為減少石方開挖量,控制段邊墻采用漿砌石衡重式結(jié)構(gòu)。

泄槽段：長(zhǎng)89 m,坡降為0.142,均為山體上開挖。泄槽底寬平均寬5.0 m,采用漿砌塊石襯護(hù)。本次設(shè)計(jì)擬對(duì)部分破損的漿砌石擋墻及底板進(jìn)行拆除重建。

消力池段：消力池清淤后并進(jìn)行加固。

泄洪渠段：池后20 m 采用M10 漿砌石拆除重建。

5 壩下涵管加固設(shè)計(jì)

由于本次除險(xiǎn)加固資金有限,根據(jù)涵管存在的主要問(wèn)題,本次除險(xiǎn)加固擬定的壩下涵管除加固項(xiàng)目為：新建涵管出口消力池。

新建消力池長(zhǎng)4 m,寬1 m,采用C25 鋼筋砼澆筑,下設(shè)20 厚砂卵石反濾層。消力池出口泄水渠采用M7.5 漿砌石護(hù)砌,長(zhǎng)10 m。

6 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合劉家垅水庫(kù)工程現(xiàn)狀,從施工工藝、造價(jià)、工程量等方面對(duì)比,選擇適合劉家垅水庫(kù)的加固方案,劉家垅水庫(kù)經(jīng)過(guò)大壩防滲加固處理后,經(jīng)計(jì)算,經(jīng)過(guò)加固處理后的大壩,極大的減少了沿下游地基出逸坡降和下游壩坡的壩體浸潤(rùn)線高度,從而使?jié)B流得以穩(wěn)定。