高字库水库除险加固工程设计探析

唐凤英

(四川省遂宁经济技术开发区，四川 遂宁 629000)

船山区的水库工程大多数是在20世纪60-70年代建造的，由于受当时主客观条件限制，不少工程为“三边”工程，靠大搞群众运动建造的，未按基本建设程序办事，加之经过20-30a的运行，老化失修严重。因此，目前工程防洪标准降低、工程质量变差、渗漏严重、安全隐患多等问题甚为普遍[1-3]。

1 概 况

高字库水库位于遂宁市船山区新桥镇高字库村，水库于1974年动工兴建，次年渠系配套，灌区受益。工程主要由大坝、溢洪道、放水设施组成。高字库水库为小(2)型水库，设计洪水标准为20a一遇，校核洪水标准为200a一遇。高字库水库正常蓄水位为311.24m，相应库容4万m3；设计洪水位为313.284m；校核洪水位为314.222m，相应库容为15.23万m3。大坝为均质土坝，坝顶平均高程315m,坝轴线长66.8m，最大坝高9.7m,坝顶宽6.6-9.05m,大坝上游坝坡坡比1∶1.18-1∶1.72，下游坝坡1∶1.55-1∶1.81。

2 工程存在问题分析

2.1 大坝问题

1)大坝为均质土坝，大坝坝顶及上下游坝坡均不规整，且下游坝坡无任何衬砌，由于当地农民在坝面种植庄稼，且长期经受波浪淘刷，坝面杂草丛生，破坏严重[1]。

2)坝体填土料经现场注水试验得知水库坝体在ZK3处渗漏系数K=3.5×10-4cm/s，为中等透水层，其他钻孔注水试验渗漏系数K=4.6×10-5cm/s-8.4×10-5cm/s，为弱透水层；根据土工试验可知，坝体土样TY4、TY5渗漏系数K为4.53×10-4cm/s-8.92×10-4cm/s，为中等透水层，其余土样渗漏系数K为2.41×10-5cm/s-7.62×10-5cm/s，为弱透水层；综上所述，大坝左坝段和中坝段没有渗漏问题，坝体右坝段存在渗漏问题，渗漏范围大致为桩号K0+044.3-K0+066.8,高程305.4m-315.0m，渗漏面积约201.4m2。为此结合渗流计算和实际观测，并参照施工质量，根据《水库大坝安全评价导则》，该坝渗流安全性级别为：C级。

3)大坝上游坝坡抗滑稳定最小安全系数在工况二、三、四均不满足规范要求；下游在工况三不满足规范要求。计算表明大坝上下游坝坡结构不安全。依据《水库大坝安全评价导则》(SL258-2017)，高字库水库大坝结构安全性评价为C级。

4)机耕桥存在安全隐患。

5)排水沟堵塞严重。

6)大坝附近发现白蚁活动。

2.2 溢洪道问题

溢洪道位于大坝右岸，为开敞式溢洪道，堰型为薄壁堰，现状堰顶高程为312.4m(原溢洪道进口高311.24m)。进口净宽8m，边墙高1m,宽0.3m。溢洪道0+000.00-0+032.06边墙采用条石砌筑，底板采用混凝土浇筑。边墙存在严重渗漏。溢洪道0+032.06-0+122.05边墙及底板均采用混凝土浇筑。溢洪道0+122.05后为天然开挖渠道，后接河道。

经现场勘察，溢洪道无结构损坏，无结构安全问题。放水设施为放水涵管，由于管理不善，现已无法正常使用。依据《水库大坝安全评价导则》(SL258-2017)，高字库水库溢洪道结构安全性评价为C级。本工程枢纽自从建成运行以来，仅有对大坝的日常检查，未建立观测项目及观测资料，使大坝的运行管理非常不便，无法保证大坝的安全运行[2]。

3 工程除险加固设计

总体方案是维持枢纽结构不变，对大坝表面进入防护，同时对放水设及其它附属设施进行整治。

3.1 大坝整治方案

1)上游坝坡整治设计：

对大坝上游坡进行削坡，削至死水位，统一坡比为1∶2.0。上游护坡在坡脚处设齿墙，齿墙底部与死水位310.80m持平，尺寸0.6×0.8m(高×宽)，坡面规整坝面后，采用C20混凝土框格分格，竖梁间距5m，框格尺寸0.3×0.3m(高×宽)，在框格内采用C20混凝土预制块砌筑，砌筑砂浆标号为M7.5水泥砂浆。预制块为正六边形，边长为30cm，厚8cm，为便于排水，预制块安砌时五边浆砌一边干砌。浆砌C20混凝土预制六棱板护面下采用复合土工膜防渗(两布一膜)，复合土工膜下层设10cm厚细砂垫层。

2)坝顶结构整治设计：

坝顶宽度统一归整为5.0m，坝轴线下移2.45m，采用C30混凝土浇筑，浇筑后坝顶高程315.0m，C30混凝土路面厚0.2m，下设砂砾石垫层，厚0.2m。在道路两边设路缘石，路缘石尺寸30×50cm。上游侧设1.2m高“L”型防浪墙，采用C20混凝土浇筑，厚0.2m，顶部高程为316.2m。为便于排水，设计路面向下游倾斜2%；按照公路设计规范，下游设置波形护栏。

3)下游坝坡整治设计：

对大坝下游坡进行规整，统一坡比为1∶2。在规整后，采用C20混凝土框格草皮护坡，框格平面净空尺寸为5m×5m，断面尺寸为0.3m×0.3m(宽×高)。在边坡边缘设排水沟，尺寸0.4×0.4m(宽×高)，厚0.1m。

坝体加培：本次对大坝下游清基、挖除后，再对坝坡进行强风化泥岩石渣填筑培厚(泥岩石渣开采后必须经过晾晒，让其进行充分风华，达到强风化要求)。坝坡填筑时先将新老坝身结合面刨毛。对坝身松土须先压实，新填料按设计厚度控制铺料厚度，分层夯实，以确保压实度达到设计要求。相邻施工段的作业面宜均衡上升，若段与段之间出现高差时，应以斜坡相接[3]。坝身全断面填筑完毕后，应做整坡压实及削坡处理，并对平台及坡面坑洼进行补填整平。对填料的压实方法及遍数，应根据碾压机具的不同分别进行现场碾压试验，测定有关参数，要求强风化泥岩的压实度≥0.96。

4)防渗整治方案：

上游坝坡防渗体结构由复合土工膜、保护层及护坡组成，为确保反滤、排水系统始终保持正常工作，对表面防护和复合土工膜的固定采取如下措施。为防复合土工膜被刺坡，复合土工膜下面先铺10cm厚的砂砾石垫层，平整后再铺复合土工膜，在复合土工膜上再铺10cm厚的C20预制块护坡。在坡顶将复合土工膜埋入混凝土内；在坡脚处，为了防冲，将复合土工膜延长回折，做成压枕，埋入混凝土齿槽内；坡脚压枕达冲刷线下，在上游马道将复合土工布嵌入马道上下游压顶混凝土内。

根据地质资料揭示：大坝由于坝体填筑质量较差，坝体存在渗漏现象，因此坝体需要进行防渗灌浆处理。根据类似工程的处理经验，采取充填灌浆，效果较好。灌浆孔沿坝轴线单排布置，孔距2.0m，分两序孔灌注，共计灌浆孔14个，从大坝桩号K0+041-K0+066.8，灌浆轴线长25.8m。灌浆总长度120m，灌浆孔底部高程为304m。

3.2 溢洪道整治方案

1)进口段：

因溢洪道位于右坝肩，根据现状地形，拆除非法加高薄壁堰，削坡为1∶6的反坡，增加过流能力，硬化进水段底板，采用C20混凝土浇筑。

2)控制段：

控制段桩号为0+03.00-0+010.7，长7.7m。净宽8m，采用重力式，边墙顶宽0.5m，背水面1∶0.4，用C20混凝土进行浇筑。用泥岩石渣碾压夯实，再铺设复合土工膜进行防渗处理，然后浇筑30cm厚底板。整治后堰型为宽顶堰，堰顶高程312.00m。

3)泄槽段：

渐变段桩号0+010.7-0+29.7，总长19m。采用原底坡为1∶1.057。采用重力式边墙，泄槽底板净宽均为由8m渐变至5.5m，边墙高为由5.1m渐变至1.5m；每10m设置一处沉降缝，C20混凝土浇筑底板边墙均厚度0.3m。桩号0+013.7-0+017.7m，拆除重建机耕桥，桥跨度12m，采用C30钢筋混凝土面板，厚0.2m。两侧设置防护栏杆。

4)陡槽段：

陡槽段桩号为0+029.7-0+036.64，受现状地形限制，底板设计坡比为1∶0.286，泄槽采用重力式挡墙，采用C20混凝土浇筑，断面尺寸5.5×1.5m(底×高)。

5)消能段：

陡槽段末端增设消能段，桩号为0+036.64-0+45.64，消力池池深0.6m，池长9m，底板厚0.5m，边墙底板采用C20混凝土衬砌，避免抗冲，采用加厚处理。

6)明渠泄槽段：

桩号为0+045.64-0+122.05为明渠泄槽段，边墙均采用重力式C20混凝土挡墙，挡墙顶宽0.3m，底板净宽5.5m，净高1.5m。后接河渠。

3.3 放水卧管整治方案

本次整治拆除原卧管，原址重建放水竖井，采用C20钢筋混凝土浇筑，壁厚0.8m。内直径1.5m，净高4.8m。进水孔高程为310.8m，进水孔设拦污钢筋网。

放水管与原涵管衔接，用混凝土浇筑带对接触面进行止水。由竖井内闸阀控制放水。

3.4 大坝安全监测系统设计

对大坝增设安全监测系统，包括水位观测标尺、位移沉降观测点、防洪预警系统。本次设计布设沉陷、水平位移基点8个，观测基点2个，校核基点2个。

3.5 管理房设计

高字库水库运行至今无管理房，本次新建50m2砖混结构。

4 工程效益分析

高字库水库出险加固工程实施后，不仅能消除危及枢纽工程安全的隐患，而且能使水库在灌溉、供水等方面达到原设计效益。保障了水库下游人民生命财产安全，并将促进下游灌区农业经济的可持续发展，具有较好的社会效益。本项目经济内部收益率为9.43%，大于基准收益率8%；经济净现值38.23万元，远>0；益本比为1.34，>1，表明该项目在经济上是合理的，各项指标是优越的。敏感性分析表明，本项目具有较强的抗风险能力。

5 结 论

病险水库的除险加固工作要坚持因地制宜的原则,最大限度地发挥技术优势,使得除险加固的方案在技术上可行、经济上合理。文章通过分析船山区高子库水库存在的病害，提出了合理的加固方案，为其它病险水库提供参考。