小沙溪水库大坝除险加固设计要点分析

第２１卷第２期　２０１５年２月　水利科技与经济　Ｗａｔｅｒ　Ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｅｃｏｎｏｍｙ　Ｖ０ｌ＿２１　Ｎｏ．２　Ｆｅｂ．，２０１５　小沙溪水库大坝除险加固设计要点分析　陆安康　（贵州省思南县水务局，贵州思南５６５１００）　［摘要］小沙溪水库建成以后，出现的主要问题是渗漏，坝脚及下游坝坡渗漏一直未解决，致　使水库病险情越来越严重，水库渗漏量越来越大，且渗漏量随库水位升高而增大，并有进一步　恶化趋势，已严重影响水库的正常运行，水库除险加固势在必行。主要阐述了小沙溪水库除险　加固工程大坝设计要点。　［关键词］水库；除险加固；大坝；防渗；坝体　［中图分类号］ＴＶ６９７．３　［文献标识码］　Ｂ　［文章编号］　１００６—７１７５（２０１５）０２—００３９—０２　况。主坝坝顶高程８３７．７　ｍ，坝顶宽３．０　ｍ，坝顶长８１　ｍ，最　大坝高１４．２　ｍ（本次勘察查明，实际土层厚度达２５　ｍ，扣　除原有冲洪积土层５　ｍ，实际最大坝高应为２０．０　ｍ）。通过　勘查分析发现，局部坝体土抗渗性不能满足规范要求，坝　体存在渗漏问题，大坝下游坝坡大面积散浸也说明了这　点。此外，因修建大坝时未进行过清基，坝体土下伏有　厚度约５　ｍ的冲洪积含碎石黏土层。建议在大坝上游坝　脚设置防渗齿槽，齿槽应深及弱风化基岩，防渗标准按ｑ　一１　工程概况　小沙溪水库位于思南县东华乡踏溪村与沙溪坝村交　界处，距县城３１　ｋｍ，有村级公路直通水库坝区，交通较为　方便。该水库工程于１９５６年动工兴建，１９５７年竣工，是　个边设计、边施工、边受益的“三边”工程，是思南县早　一期建成且农灌效益较为显著的水利工程项目之一。小沙　溪水库现状情况下正常蓄水位为８３６．５　ｍ，正常蓄水位以　下库容为１７．７×１０　ｍ　；死水位８３１　ｍ，死库容为　４．１４×１０　ｍ。，设计洪水位８３７．３９　ｍ，校核洪水位　８３７．９３　ｍ，总库容２２．８×１０　ｍ　，死水位８３１．００　ｍ。根据　＜１０　Ｌｕ，并在上游坝坡铺设士工布防渗。大坝内、外坡变　形严重，大坝下游无排水棱体，建议新增排水棱体，并根　据大坝稳定性复核成果，对坝坡进行培厚加固并采取护　坡措施。　《水利水电工程等级划分与洪水标准》（ＳＬ　２５２—２０００）的　规定，本工程水库属小（１１）型水库，工程等级为Ｖ等，主　要建筑物大坝、溢洪道为５级建筑物。大坝设计洪水标准　为２Ｏ年一遇（Ｐ＝５％），校核洪水标准为２００年一遇（Ｐ＝　０．５％）。设计洪水标准（Ｐ＝５％）时最大下泄流量为　３．１５　ｍ　／ｓ；校核洪水标准（Ｐ＝０．５％）时最大下泄流量为　６．４４　ｍ　／ｓ。消能防冲洪水标准（Ｐ＝１０％）时下泄流量为　２．２３　ｍ　／ｓ。　２．２坝基（肩）渗漏问题　水库坝基属碎屑岩地层，岩体深部属相对隔水层。　但在坝基（肩）浅层受风化作用影响，岩体较破碎，裂隙较　发育，完整性较差。浅层岩体属相对透水岩体，因此坝基、　坝肩存在浅层裂隙型渗漏问题。鉴于坝基、坝肩的渗漏　问题，建议在上游坝脚重新设置防渗齿槽，并沿齿槽进行　帷幕灌浆防渗，防渗标准按ｑ＜１０　Ｌｕ。灌浆深度可进入相　对隔水层顶界５　ｍ，并向两岸适当延伸。　挡水坝由主副坝组成，主副坝均为均质土坝，主坝最　大坝高１４．７　ｍ，坝顶高程８３８　ｍ，坝长８１　ｍ，坝顶宽３　ｍ，上　游坝面无护坡，下游坡脚无排水棱体，筑坝材料以风化页　岩为主，透水性较强，上游坝坡坡比１：２．４，下游坝坡坡比　１：２．１。坝身损坏严重，坝顶高低不平残缺不全，坝面失稳，　下游坝址出露６个集中漏水点，下部产生液化蠕动，蠕动　３　大坝除险加固设计要点　３．１上游坝坡培厚加固设计　上游坝面整治方案为：在８３１．００　ｍ高程处设置宽　１．５　ｍ灌浆平台，平台以上削坡至１：２．５后采用复合土工膜　防渗，以下坝坡较缓且在死水位以下，故不作处理。将坝　面积２５　ｍ×１０　ｍ　，下陷及隆起高度０．４～０．６　ｍ，区内有　喜水植物生长。副坝坝高７　ｍ，坝顶高程８３７．００　ｍ，坝长　１６．５　ｍ，坝顶宽３　ｍ，上游坝面无护坡，下游坝面无排水棱　体反滤层，坝坡坡比上游１：２．０，下游１：２．５，坝体较为完　整。　２　大坝存在的病险及整治建议　２．１坝体病险及整治建议　大坝为均质土坝，土体呈硬塑一可塑状态，含８％～　１０％的页岩碎片，总体压实较好，局部存在压实不均的情　坡按设计边坡削坡后按以下顺序进行坝坡铺设：①铺设　厚１０　ｃｍ砂垫层；②铺设复合土工膜；③铺厚１０　ｃｍ砂垫层；　④铺厚８　ｃｍＣ１０砼预制块，坝基及坝坡周边齿槽用Ｃ１５砼　回填，周边基础沿齿槽中心进行帷幕灌浆，齿槽平台宽　１．５　ｍ，高１．５　ｍ。复合土工膜需打折，折叠宽度为５０　ｃｍ，坝　顶用Ｃ１０砼固结复合土工膜。相邻土工膜之间拼接可用　焊接或粘接，搭结宽度应不小于５０　ｃｍ。复合土工膜的施工　必须按照严格执照施工规范执行。复合土工膜采用ＰＥ　复合土工膜，两布一膜，膜厚０．５　ｍｍ，重量８００　ｇ／ｍ　。　［收稿日期］２０１４—０７—１１　［作者简介］　陆安康（１９７３一），男，贵州思南人，工程师，主要从事水利施工技术与管理方面的工作　一３９—　第２１卷第２期　２０１５年２月　水利科技与经济　Ｗａｔｅｒ　Ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｅｃｏｎｏｍｙ　Ｖｏ１．２１　Ｎｏ．２　Ｆｅｂ．，２０１５　３．２下游坝坡整治加固设计　下游坝坡处于稳定状态，但是坝面不规则，且坝顶加　宽之后坝轴线向下游移动了２．５　ｍ，无排水棱体，须对大　坝下游坝坡进行整治加固处理。具体设计如下：下游土　石碾压培厚，在８３３．００　ｍ高程处设２．０　ｍ宽马道，马道以上　坡比１：２．５，以下坡比１：２．５；在８２７．Ｏ０　ｍ高程处新筑贴坡　排水，边坡为１：２，厚度为１　ｍ。高度４　ｍ。施工时，应按设计　开挖坡度先清除坝坡表层腐殖土和原护坡草皮，采用土　石混合料为坝体填筑材料，夯实整平至设计坝坡，然后在　坝坡上种草护坡。其中含石量不超过３０％，粒径不大于　７　ｏｍ，采用人工分层夯实，层厚不大于３０　ｃｍ，培厚土料最　大粒径不大于１０　ｃｍ，设计填料干容重为１．３６　ｇ／ｃｍ　。　３．３坝顶整治及防浪墙设计　３．３．１　防浪墙顶高程的计算　根据本次洪水复核成果（溢流堰宽减小到Ｂ＝　２．５　ｍ），依据《碾压式土石坝设计规范》（ＳＬ　２７４—２００１）　的要求确定除险加固的坝顶高程。坝顶在水库静水位以　上的超高按以下公式计算：　Ｙ　ｉ－－Ｒ＋ｅ＋Ａ　式中：Ｙ为坝顶超高，ｍ；Ｒ为最大波浪在坝坡上的爬高，ｍ；　ｅ为最大风壅水面高度，ｍ；Ａ为安全加高，ｍ。　大坝为５级建筑物：设计工况下，Ａ：０．５　ｍ；校核工　况下，Ａ：０．３　ｍ。坝顶高程计算成果见表１。　表１　坝顶高程计算成果表　工况　正常运用　非常运用　洪水频率　设计洪水Ｐ＝５．０％校核洪水Ｐ＝０．５０％　水库静水位／ｍ　８３７．３９　８３７．９３　要求安全超高／ｍ　１．２５４　０．７９９　防浪墙顶高程／ｍ　８３８．６４４　８３８．７３　从表１中数据可知，现有坝顶高程在正常运用和非常　运用条件下均不能满足规范要求。根据以上计算结果及　《碾压式土石坝设计规范》（ＳＬ　２７４—２００１）规定“当坝顶　上游侧设有稳定、坚固、不透水且与坝的防渗体紧密结合　的防浪墙时，坝顶超高可改为对防浪墙顶的要求。此时　在正常应用条件下，坝顶应高出静水位０．５　ｍ，在非正常　应用条件下，坝顶应不低于静水位”确定，改造后大坝防　浪墙顶高程为８３８．８０　ｍ，减去０．８　ｍ的防浪墙高度，取坝顶　高程确定为８３８．００　ｍ（与原坝顶同高）。　３．３．２坝顶及防浪墙改造设计　现状坝顶存在局部破坏，通过大坝上下游改造后将　增加原坝顶宽度至４．０　ｍ（含０．５　ｍ宽防浪墙）。坝顶采用　泥结石路面，厚２５　ｅｍ，底下设１５　ｃｍ厚垫层。坝顶下游侧　设宽３０　ｃｍＣ１５砼路缘石。本次设计坝顶防浪墙高程为　８４５．８０　ｍ，厚５０　ｃｍ，用Ｃ１５砼砌筑。　３．４坝体、坝基（肩）防渗处理　本工程结合大坝上游面处理措施拟采用复合土工膜　＋灌浆平台（齿槽）灌浆的防渗方案，对基岩进行帷幕灌　浆处理，对建基面以上至齿槽以下部分作充填灌浆。　３．４．１　坝基防渗帷幕灌浆设计　１）帷幕标准的确定及帷幕边界及范围的确定。大　坝坝型为均质土坝，坝高主坝１５．０　ｍ，副坝坝高８　ｍ，依据　《碾压式土石坝设计规范》（ＳＬ　２７４—２００１）规定，该坝主　坝、副坝均为低坝，防渗标准在５—１０　Ｌｕ范围。类比相似　．．．——４０．．．．——　水利工程的防渗标准，规定大坝防渗帷幕设计以岩石透　水率ｑ≤５　Ｌｕ帷幕下限，帷幕线长度以正常蓄水位　８３６．５０　ｍ与两岸地下水位相交为止。在除险加固实施时　建议作先导孔，根据先导孔压水试验及揭露地质情况对　帷幕边界或底界作适当调整、进行优化。　２）帷幕线的布置。主坝防渗帷幕线沿齿槽轴线单　排孔布置，灌浆轴线长１３０　ｍ，从右坝肩２１　ｍ沿上游坝脚　至８３６．５０　ｍ灌浆平台沿上游坝脚至左坝肩２１　ｍ，布置灌浆　齿槽，灌浆至以正常蓄水与两岸地下水位相交为止。副　坝防渗帷幕线沿齿槽轴线单排孑Ｌ布置，灌浆轴线长８１　ｍ，　从右坝肩１５　ｍ沿上游坝脚至８３６．５０　ｍ灌浆平台沿上游坝　脚穿过溢洪道控制段中心线至左坝肩１５　ｍ，布置灌浆齿　槽，灌浆至以正常蓄水与两岸地下水位相交为止。坝体　充填灌浆与坝基帷幕相衔接，充填灌浆利用帷幕灌浆钻　孔，孔距与帷幕灌浆相同。　３）帷幕孔距。本次帷幕灌浆设计按单排孑Ｌ　３序灌　注，逐渐加密的原则，孔距按１２．０　ｍ一６．０　ｍ一３．０　ｍ孑Ｌ距　布置灌浆孔，保证防渗效果。　４）灌浆方法。所有灌浆均采用循环式自上而下分　段灌浆，段长５　ｍ。　３．４．２坝体充填灌浆设计　１）排数、孔距及灌浆线的确定。结合坝基帷幕要与　坝体充填灌浆相衔接的特点，充填灌浆孔布置与坝基帷　幕线相同，按单排，从１５～６７共计５２个孑Ｌ，孔距按３．０　ｍ　设计。　２）灌浆方法。采用由下而上的分段灌浆方法，下套　管分段灌注，段长５　ｍ。　４　结　’●　倍　，一　通过上述分析，小沙溪水库大坝属均质土坝，坝体土　为低液限黏土，含页岩碎片，现状压实较好，局部存在压　实不均的现象。坝体存在渗漏问题，上游坝坡变形严重，　下游坝脚无排水棱体，坝坡多处塌滑。坝基、坝肩岩体为　志留系中上统韩家店群页岩夹粉砂岩，属软岩，为薄层状　结构，工程地质分类属ｃⅣ。浅层岩体完整性差，抗滑、抗　变形能力差，但不存在坝基浅、深层滑动的不利结构面组　合，坝基岩体允许承载力能够满足土坝对坝基、坝肩的抗　滑稳定性要求。坝基、坝肩存在浅层裂隙型渗漏问题。因　而建议在大坝上游坝脚设置防渗齿槽，并在上游坝坡铺　设土工布防渗；建议沿齿槽对坝基进行帷幕灌浆防渗，防　渗标准按ｑ＜１０　Ｌｕ，灌浆深度可进入相对隔水层顶界　５　ｍ，并向两岸延伸１５　ｍ。鉴于水库死水位较高，沿齿槽防　渗的方案实施难度大，也可以沿坝轴线进行防渗。此外，　建议增设排水棱体，根据大坝稳定性复核成果培厚加固　坝坡并采取护坡措施。　［参考文献］　［１］莫倩倩，代春兰，石自堂．狮子冲水库大坝除险加固　设计［Ｊ］．湖北水力发电，２００９（３）：５６—５７．　［２］武艺．磴溪河水库大坝除险加固方法［Ｊ］．陕西农业　科学，２００９（３）：２３—２４．　［３］赵亮．千丰渠大坝除险加固方案设计［Ｊ］．陕西水　利，２０１１（１）：６７—６８．　（编辑：杨　文）