李躍楠

(山東百盛建工集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250109)

水庫工程對(duì)防汛、供水、生態(tài)、發(fā)電等具有重要意義。我國現(xiàn)有水庫9.8萬座，其中大中型水庫0.47萬座、小型9.4萬座，部分中小型水庫存在年久失修或病險(xiǎn)的問題。近年來，對(duì)0.28萬座大中型水庫和6.9萬座小型水庫進(jìn)行了除險(xiǎn)加固，工程安全狀況不斷改善。中小型水庫80%以上修建于20世紀(jì)50至70年代，大部分已超過或接近設(shè)計(jì)使用年限，年久老化[1]。同時(shí)，超標(biāo)準(zhǔn)洪水、強(qiáng)烈地震等自然災(zāi)害，可能導(dǎo)致工程不同程度損毀。隨著歲月推移，水庫損壞現(xiàn)象突出，尤其是小型水庫，管護(hù)力量薄弱，疏于日常維修養(yǎng)護(hù)，積病成險(xiǎn)[2]。為應(yīng)對(duì)推進(jìn)水庫治理工作，西北口、沙溝、林山等水庫對(duì)大壩主體、啟閉機(jī)、閘門、隧洞、溢洪道進(jìn)行了改造升級(jí)，修建了管理值班房，強(qiáng)化了水庫軟硬件設(shè)施建設(shè)，鞏固了水庫的蓄水調(diào)節(jié)能力[3-5]；針對(duì)水庫除險(xiǎn)加固工程，為確保目標(biāo)按期完成，倒排工期，細(xì)化工作措施，強(qiáng)化節(jié)點(diǎn)控制，落實(shí)項(xiàng)目資金，加強(qiáng)建設(shè)管理，堅(jiān)決打贏水庫除險(xiǎn)加固攻堅(jiān)戰(zhàn)[6]；圍繞水庫運(yùn)行安全和效益發(fā)揮，全面排查、及時(shí)整治各類安全隱患，做好日常巡查、維修養(yǎng)護(hù)、安全監(jiān)測、調(diào)度運(yùn)用、人員培訓(xùn)等工作，強(qiáng)化水庫信息化建設(shè)和標(biāo)準(zhǔn)化管理，全面提升水庫運(yùn)行管護(hù)水平[7]。

1 工程基本情況

本文研究實(shí)例為高背岌水庫，其位于廣東省梅州市蕉嶺縣三圳鎮(zhèn)，水庫于1971年開建，1975年建成投用，屬小(2)型水庫。水庫主體工程包括攔河土壩、溢洪道、輸水涵管，功能以灌溉為主，兼防洪等綜合效益，灌溉面積為350畝。庫區(qū)長1.5km，集雨面積0.8km2，河道比降0.22，20年一遇設(shè)計(jì)洪水位為158.26m，相應(yīng)庫容15.82萬m3。水庫大壩壩型為均質(zhì)土壩，壩頂高程160.5m，壩頂長73m，最大壩高26m。

2 存在問題與安全評(píng)價(jià)

2.1 主要問題

(1)現(xiàn)場檢查情況：①庫區(qū)兩岸為較雄厚的山體，植被較發(fā)育，庫岸基本穩(wěn)定。②防浪墻局部有裂縫，防浪墻無排水孔。③上游混凝土護(hù)坡局部有裂縫，左岸分縫處長有雜草。④下游坡面長有雜草，排水溝堵塞，下游排水棱體表面雜草叢生。⑤前后坡無塌陷現(xiàn)象，后坡無沖溝。

(2)主要存在問題：大壩為均質(zhì)壩，右壩肩下游側(cè)山體底部干砌石擋墻有滲水現(xiàn)象，前坡混凝土護(hù)坡局部有裂縫。地勘揭示壩體填土的填土結(jié)構(gòu)較松散，壓實(shí)度不達(dá)標(biāo)，壩坡抗滑穩(wěn)定不滿足規(guī)范要求。

2.2 大壩安全評(píng)定

2.2.1工程質(zhì)量評(píng)價(jià)

(1)壩體填土質(zhì)量：填土成分主要為粉質(zhì)粘土，濕，稍密，以粉粒為主，其次為粘粒和砂粒，局部含較多碎石；巖芯部分呈土柱狀，部分呈松散狀，切面不平整，難搓成細(xì)土條狀，干強(qiáng)度與韌性中等。ZK3孔在鉆進(jìn)過程全漏水，其余鉆孔均有輕微漏水現(xiàn)象，各孔在鉆進(jìn)過程中無塌孔現(xiàn)象。土體狀態(tài)呈可塑狀，中-高壓縮性。填土的干密度平均值為1.46g/cm3，含水率W=25.9～30.7%，粘聚力C=16.4～19.9kPa，內(nèi)摩擦角Φ=15.9°～22.4°。共進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)15次，實(shí)測擊數(shù)N′=6～10擊，校正擊數(shù)N=5.7～7.8擊，平均6.6擊，標(biāo)準(zhǔn)值6.3擊，標(biāo)準(zhǔn)差0.597，變異系數(shù)0.090，修正系數(shù)0.958。綜合鉆進(jìn)情況、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、巖芯表象和注水試驗(yàn)結(jié)果等綜合分析，填土的填土結(jié)構(gòu)較松散，壓實(shí)度不均勻，不符合現(xiàn)行規(guī)范要求。

(2)壩體填土的滲透性：據(jù)填土取樣進(jìn)行室內(nèi)土工滲透試驗(yàn)，其滲透系數(shù)為2.34×10-4～4.29×10-4cm/s，結(jié)合現(xiàn)場注水試驗(yàn)其滲透系數(shù)為2.45×10-4～2.38×10-3cm/s，判斷填土屬中等透水層，不滿足均質(zhì)土壩規(guī)范要求。壩體填土臨界水力比降：

Jcr=(Gs-1)(1-n)

(1)

式中，Gs—比重；n—孔隙率。計(jì)算得出臨界水力比降Jcr為0.916，建議安全系數(shù)為2，允許水力比降J為0.458。

(3)壩址兩岸山體穩(wěn)定性：近壩址右岸山體坡度50°～70°，較高，表層多為殘坡積粉質(zhì)粘土，左岸強(qiáng)-弱風(fēng)化巖出露，植被較發(fā)育，主要生長有雜樹、雜草等。未見塌方、滑坡等不良地質(zhì)現(xiàn)象，山體穩(wěn)定性總體較好。

(4)壩基滲透性：壩基表層巖土層為殘坡積粉質(zhì)粘土。據(jù)取樣進(jìn)行室內(nèi)土工滲透試驗(yàn)，其滲透系數(shù)為3.24×10-5～3.94×10-5cm/s；結(jié)合現(xiàn)場注水試驗(yàn)滲透系數(shù)為1.58×10-5～4.19×10-5cm/s，判斷殘坡積粉質(zhì)粘土屬弱透水層。

經(jīng)現(xiàn)場踏勘結(jié)合向水庫管理人員訪問，未發(fā)現(xiàn)壩下游壩基部位存在滲漏現(xiàn)象，不存在壩基滲透穩(wěn)定問題。大壩運(yùn)行近50多年以來，未發(fā)現(xiàn)壩體存在明顯繞壩滲漏、壩體失穩(wěn)及變形等工程地質(zhì)問題。

2.2.2防洪能力復(fù)核

根據(jù)SL 252—2017《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，永久性建筑物設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為300年一遇。根據(jù)SL 258—2017《水庫大壩安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則》7.6條防洪能力復(fù)核結(jié)論：水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)及大壩抗洪能力均滿足規(guī)范要求，洪水能夠安全下泄，大壩防洪安全性評(píng)為：A級(jí)。

2.2.3滲流安全評(píng)價(jià)

高背岌水庫大壩防滲和反濾排水設(shè)施不完善。大壩滲流壓力與滲流量變化規(guī)律正常。壩體土體逸出點(diǎn)的滲透比降各工況均小于壩體填土允許滲透比降，滿足規(guī)范要求。正常蓄水位、設(shè)計(jì)洪水位、校核洪水位、驟降工況浸潤線逸出點(diǎn)高程均高于頂高程，不滿足規(guī)范要求。大壩防滲和反濾排水設(shè)施不完善，滲流出逸點(diǎn)高于棱體排水設(shè)施頂高程，根據(jù)SL 258—2017第8.6.4節(jié)規(guī)定，認(rèn)為大壩滲流性態(tài)不安全，評(píng)定為“C級(jí)”。

2.2.4結(jié)構(gòu)安全評(píng)價(jià)

大壩未發(fā)現(xiàn)明顯的位移、裂縫、錯(cuò)動(dòng)跡象，運(yùn)行正常；正常蓄水位、設(shè)計(jì)洪水位、校核洪水位、水位驟降工況土壩上游壩坡穩(wěn)定系數(shù)滿足規(guī)范要求，下游壩坡穩(wěn)定系數(shù)不滿足規(guī)范要求。根據(jù)SL 258—2017第9.8.4節(jié)規(guī)定，認(rèn)為大壩結(jié)構(gòu)不安全，評(píng)為“C級(jí)”，同時(shí)參考專家組安全鑒定結(jié)論與現(xiàn)場安全檢查，高背岌水庫大壩安全鑒定評(píng)定為“三類壩”。

3 除險(xiǎn)加固措施

3.1 工程等別與洪水標(biāo)準(zhǔn)

工程為小(2)型工程，工程等別為Ⅴ等，主要建筑物(包括大壩、溢洪道、輸水涵管)為5級(jí)，次要建筑物為5級(jí)。建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 水庫建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn)

3.2 設(shè)計(jì)風(fēng)速

設(shè)計(jì)風(fēng)速的取值根據(jù)SL 189—2013《小型水利水電工程碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》第6.26條：“正常運(yùn)用條件下，采用多年平均年最大風(fēng)速的1.5倍；非常運(yùn)用條件下，采用多年平均最大風(fēng)速”的規(guī)定，本次設(shè)計(jì)復(fù)查，正常運(yùn)用條件設(shè)計(jì)風(fēng)速取1.5×14=21.0m/s，非常運(yùn)用條件取為14.0m/s。

3.3 設(shè)計(jì)安全標(biāo)準(zhǔn)

(1)土壩壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)：按SL 189—2013第8.2.3條規(guī)定，對(duì)5級(jí)建筑物：當(dāng)采用瑞典圓弧法時(shí)，正常運(yùn)用條件下，安全系數(shù)k≥1.15；在非常運(yùn)用條件Ⅰ下，k≥1.05。

(2)溢洪道抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)：根據(jù)SL 253—2018《溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范》第5.3.9條規(guī)定，溢洪道泄洪閘控制段堰體按抗剪強(qiáng)度公式計(jì)算的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)基本組合Kc≥1.05，特殊組合Kc≥1.0；邊墻抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)基本組合Kc≥1.05，特殊組合Kc≥1.0；邊墻抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)K0≥1.5。

3.4 大壩除險(xiǎn)加固措施

現(xiàn)狀水庫前、后坡壩坡坡比分別為1∶2.3和1∶2.5?，F(xiàn)狀后坡坡度較陡，導(dǎo)致浸潤線及逸出點(diǎn)偏高，大壩滲流性態(tài)不安全，壩體穩(wěn)定計(jì)算不滿足規(guī)范要求；壩體與原山體連接的填土松散，致使右壩肩下游側(cè)山體底部干砌石擋墻存在滲水現(xiàn)象；原壩體填土松散或原施工質(zhì)量較差，導(dǎo)致前坡混凝土局部出現(xiàn)裂縫。因此，本次大壩除險(xiǎn)加固主要解決壩體的的滲流及后坡穩(wěn)定問題。在水庫除險(xiǎn)加固項(xiàng)目中，防滲加固措施方式、方法相對(duì)較多。對(duì)于壩體防滲，常用的防滲加固措施包括灌漿、復(fù)合土工膜、各種型式的防滲墻等[9]，最終大壩加固方案為：充填灌漿+新建壩頂混凝土路面+拆除重建局部迎水坡護(hù)坡面板+后坡培厚+充填灌漿+反濾體。

3.4.1充填灌漿

對(duì)壩體進(jìn)行充填灌漿，提高壩體的整體性，降低壩體填土滲透系數(shù)。本次設(shè)計(jì)擬于加固后壩頂中心線兩側(cè)各設(shè)1排灌漿孔，灌漿孔中心線與壩頂中心線的距離1m，排距2m，孔距3m，2排灌漿孔錯(cuò)位布置，灌漿孔入粉質(zhì)粘土層2m，注漿管上端孔口壓力不應(yīng)大于0.2MP。由于現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)右壩肩下游擋墻出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，擬在樁號(hào)壩0+000～壩K0+025加密設(shè)置充填灌漿，于壩軸線偏上游和下游各1m設(shè)雙排孔，孔距1.5m；本次充填灌漿孔數(shù)為60個(gè)，數(shù)量可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況增加，保證做好大壩防滲措施。

3.4.2新建壩頂混凝土路面

大壩壩頂現(xiàn)狀寬度為5.21m，壩頂長度73m，最大壩高26m。根據(jù)SL 189—2013第6.3.1條規(guī)定，該壩頂寬度滿足規(guī)范要求取值(4～6m)，維持現(xiàn)狀防浪墻頂高程161.3m、壩頂高程為160.5m，壩頂拆除泥結(jié)石路面，重建C25混凝土路面，路面厚200mm，下部設(shè)100mm厚6%水泥石屑?jí)|定層，路面向下游側(cè)傾斜2%，壩頂排水排向下游。

3.4.3拆除重建局部迎水坡護(hù)坡面板

拆除前坡(樁號(hào)壩0+044～壩0+000)抗壓強(qiáng)度不滿足設(shè)計(jì)要求的混凝土面板，不改壩前坡坡比為1∶2.58，重建護(hù)坡采用0.15m厚現(xiàn)澆C25砼面板，砼護(hù)坡下設(shè)100mm厚的砂石墊層，縱縫間距8m，橫縫間距均4m，采用三氈四油隔縫。為保證水位驟降時(shí)壩體上游坡順利排水，本次設(shè)計(jì)對(duì)前坡整個(gè)砼面板護(hù)坡加設(shè)排水孔，每板設(shè)4孔，孔距、排距均為2m，梅花型布置，采用直徑150mm水鉆鉆孔施工，孔深300mm，排水管采用DN50PVC排水管，單根管長300mm，臨土側(cè)管端設(shè)置堵頭，在管周采用電鉆鉆直徑5mm的孔，孔距為30mm，梅花狀布置，排水管臨土側(cè)包扎土工布，采用級(jí)配砂回填，排水管周邊采用120mm厚C30砼封孔。解決原混凝土面板未設(shè)置排水孔，局部面板開裂，不利于水位降落期壩前坡壩內(nèi)滲水的順利排出，從而影響壩坡穩(wěn)定的問題。

3.4.4后坡培厚

結(jié)合壩頂培厚，本次設(shè)計(jì)采用下游坡培厚，采用兩級(jí)坡，中間設(shè)一道馬道，馬道高程150.5m，寬度1.5m，培厚后壩體后坡坡度由上至下分別為為1∶2.5、1∶2.75。由于原壩體填土滲透系數(shù)為3.5×10-4cm/s，為保證壩內(nèi)滲水順暢排出，防止因浸潤線抬高而危及大壩安全，本次設(shè)計(jì)壩體培厚土料選用壓實(shí)后滲透系數(shù)接近原壩體填土滲透系數(shù)的土料。由于后坡培厚拆除了原下壩步級(jí)，本次設(shè)計(jì)在下游壩坡新建下壩步級(jí)。方便管理人員日常巡視及汛期巡視，壩后坡一級(jí)壩坡步級(jí)采用C20砼步級(jí)與馬道連接，踏步寬375mm，高150mm，壩后坡二級(jí)壩坡步級(jí)采用C20砼步級(jí)與棱體連接，踏步寬413mm，高150mm。

3.4.5拆除重建反濾棱體

為使壩體內(nèi)滲水順暢排出，在下游壩坡坡腳設(shè)排水棱體，棱體總高度6.5m，棱體頂高程為140.53m，頂寬2m，外坡為1∶1.5，內(nèi)坡為1∶1，并于排水棱體底部設(shè)置集滲溝。排水棱體與壩基接觸面鋪設(shè)四層過渡反濾層由內(nèi)及外分別設(shè)300mm粗砂層、300mm小礫石層及300mm礫石小卵石層和干砌石，最外層干砌石

棱將3層反濾體包裹，坡腳設(shè)集滲溝，內(nèi)空尺寸為0.5m×0.8m(寬×高)。下游壩坡周邊設(shè)順坡向排水溝，與高程140.53處水平向排水溝、排水棱體外坡腳排水溝共同組成壩面排水系統(tǒng)，排水溝采用C20砼結(jié)構(gòu)，內(nèi)空尺寸為0.3m×0.3m。壩面交通由棱體頂平臺(tái)，與順坡向步級(jí)組成，在壩面中部設(shè)置1個(gè)步數(shù)。經(jīng)安全鑒定，壩區(qū)及近壩處存在蟻害。擬對(duì)壩體及壩周邊10m范圍內(nèi)蟻源區(qū)進(jìn)行全面施藥滅殺白蟻，總治理面積為5974.5m2。在施工過程中要嚴(yán)格按照水利白蟻防治規(guī)程的“三環(huán)節(jié)八程序”實(shí)施，即：找、標(biāo)、殺；找、標(biāo)、灌；找、殺(防)”，在施藥滅殺白蟻過程中要注意環(huán)保做好藥物的處理，滅殺白蟻后對(duì)壩體及壩肩與山體連接處的蟻巢采取灌漿法充填蟻巢穴，以確保工程安全運(yùn)行。

4 結(jié)語

水庫除險(xiǎn)加固工程意義重大，將對(duì)周邊地區(qū)防洪、供水、灌溉，以及保障下游人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全起重要作用。本文主要對(duì)高背岌水庫存在問題及采取的加固措施進(jìn)行分析。后續(xù)應(yīng)持續(xù)提升水庫工程運(yùn)維精細(xì)化管理水平，不斷完善運(yùn)行管理制度，構(gòu)建安全、技術(shù)、巡查等職責(zé)明確的管護(hù)隊(duì)伍，保證水庫安全高效運(yùn)行。一方面，加快推進(jìn)病險(xiǎn)水庫除險(xiǎn)加固，堅(jiān)持建管并重，完善度汛方案和超標(biāo)準(zhǔn)洪水應(yīng)急預(yù)案，做好汛情通報(bào)和應(yīng)急處置，落實(shí)水庫完成除險(xiǎn)加固前主汛期空庫運(yùn)行或限制水位運(yùn)行的要求；另一方面常抓水庫安全鑒定工作，按時(shí)開展到期安全鑒定水庫的安全鑒定工作，實(shí)現(xiàn)水庫大壩安全鑒定“動(dòng)態(tài)清零”，著力筑牢織密水庫安全底線。強(qiáng)化水庫工程設(shè)施的維修養(yǎng)護(hù)，重點(diǎn)對(duì)大壩、溢洪道、排水系統(tǒng)、進(jìn)庫公路、管養(yǎng)房等進(jìn)行維護(hù)，補(bǔ)好運(yùn)行管理的短板。此外，還持續(xù)推進(jìn)水庫雨水情安全監(jiān)測項(xiàng)目，有力提升水庫預(yù)警硬件設(shè)施保障水平。