邓坑水库大坝的除险加固方案比选设计综述

晏娇婷，郑 浩

(1.修水县港口镇人民政府，江西 九江 332438；2.修水县渣津镇人民政府，江西 九江 332418)

1 工程概况

邓坑水库位于修水县港口镇红苏村，距港口镇6km，于1970年竣工投入使用，该工程坐落于鄱阳湖水系修河港口水邓坑河上游，地理坐标E114°17′32″，N29°15′08″，水库正常蓄水位为298.38m，设计洪水位(P=5%)300.27m，校核洪水位(P=0.5%)301.06m，总库容24.73×104m3，坝址以上控制流域面积3.88km2。实际灌溉面积26.67hm2，保护人口0.15万人，保护耕地66.67hm2，是一座小二型水库。邓坑水库自投入使用以来，存在较多安全隐患，邓坑水库主要负责当地的灌溉，此外还兼有防洪以及水产养殖等功能。自20世纪70年代投入使用一来，为当地的经济起到了不可忽视的作用。因当时的技术条件限制，以及运行时间过长，工程的隐患问题越来越明显，也无法发挥应有的使用效益，甚至已经对居住在下游的百姓带来了安全危险，目前，工程存在的主要问题有：①大坝坝体填筑质量不均匀，压实度不够；②大坝下游坡无排水体系，坝脚反滤堵塞失效；③大坝坝顶凹凸不平，坝体单薄，不满足规范要求；④大坝的左、右坝肩岩石裂隙发育，透水性中等，两坝肩存在渗漏隐患，大坝外坡有漏水现象。

基于以上的问题，必须尽快开展大坝加固，增强大坝的安全性，提高其使用性能。

2 老旧水库大坝的除险加固方案的比选设计

2.1 坝坡除险加固方案的比选

结合获得的安全评价结果，大坝渗漏不符合施工要求，需对大坝进行工程加固防渗处理，对下游坝趾反滤棱镜进行拆除改造，降低浸润线，并且，调整上下游坝坡。坝顶宽度调整为5m，上游坝坡调整为1∶2.75；下游坡度调整为1∶2.25，上游坝与下游坝坡中部位置设置台阶，宽度为2m，高度为15cm。台阶宽度按坝坡设置，台阶采用C15混凝土现浇。下游边坡用草皮保护。

为了避免坝体被风、浪、雨冲刷，上游边坡应该设有护岸，护岸可以采取预制混凝土砌块护岸、浆砌石护岸和干砌石护岸[2]。结合工程现场情况，比较干砌块石护坡和混凝土预制块护坡，从中选出最佳施工方案。

1)干砌块石护坡(方案Ⅰ)：

在干砌块石护坡施工方案设计中，其厚度参数按照碾压式土石坝设计要求进行计算，公式为：

(1)

(2)

式中：D为石块的换算球形直径；m；Kt为随坡率变化的系数，查表取值1.3；ρk为的是块石密度，t/m3；取ρk=1.8；ρw为水的密度，t/m3；ρw=1.0；M表示的是坡度，m=2.75；Hp为累积频率为5%的设计波浪高度，hp=0.525m；T表示的是护坡厚度，m。

根据上述公式可以得知，D=0.168m，t=0.24m，依照干砌块石护坡要求及标准，干砌块石护坡厚度设定为t=0.3m，干砌块石护坡选用厚度0.10m的砂砾石垫层。

2)混凝土预制块护坡(方案Ⅱ)：

施工方案采用正六边形混凝土预制块护坡，混凝土强度设定为C20，边长为0.3m，按照施工要求，预制混凝土护坡板厚为：

(3)

式中：η为系数，装配式取η=1.1；B为沿护坡板向长度，b=0.52m(分缝间距)；ρc为板的密度，取ρc=2.4t/m3；ρw为水的密度，取ρw=1.0t/m3；hp为积频率为1%的波高，hp=0.527m；Lm为平均波长；Lm=6.7m；M表示护坡坡率，m=2.75。

通过计算得知，正六边形混凝土预制块护坡板厚度为0.08m，参考其他工程案例和施工要求，混凝土预制块护坡板厚度设置为0.10m，板下采用的厚度为0.10m的砂卵石混合垫层。

3)方案比较：

以1m2面积为标准，对两种方案工程量和造价对比分析，结果列于表1。

表1 两组备选方案对比表

根据对比结果可以得知，混凝土预制块护坡造价大于干砌块石护坡，而干砌块石护坡方案使用的材料虽然在本地可以采购，但是数量比较小，无法满足工程施工要求，工程期限不能保证。所以，出于对工程加固要求的思考，选择混凝土预制块护坡方案。

2.2 坝坡除险加固方案的设计

本工程决定采用混凝土预制块护坡方案，对原坝坡风化块石进行全面拆除，并对边坡进行整修，使其满足设计要求的坡率，将上游风化块石推至上游坡脚，在护坡与坝趾连接位置设梯形抗滑齿槽，护坡坡脚齿墙高1.0m，宽1.0m，采用现浇C20结构，其强度满足要求后，在整个坝面铺筑厚0.10m的砂卵石混合垫层，并紧压密实。选用混凝土预制块护坡，两侧防护至两岸坝肩及岸坡[3]。

根据规范，将坝顶宽度调整为5m。为确保大坝防洪交通便利，坝顶铺设混凝土路面，且在路面上游侧设置2%横坡排水。同时，为满足防波要求，在坝顶内设厚度为0.85m的防波墙。其次，为防止雨水外溢冲刷坝坡，在下游坝坡布设纵横向排水沟。在马道及下游坡脚处布设纵向排水沟，断面尺寸为0.3m×0.3m，同时，在下游边坡与大坝两岸相交处设排水沟断面尺寸为0.4m×0.4m，采用C20混凝土结构，相互连通纵向排水沟。

3 加固后大坝渗流及坝坡稳定验算

3.1 加固后渗流稳定计算

1)计算工况及各断面参数：

计算工况：上游水位分别为正常水位298.38m、设计洪水位300.27m及校核洪水位301.06m。

大坝采用黏土防渗斜墙，斜墙的渗透系数取4.55×10-7， 其余土层的计算参数见表2。

表2 邓坑水库大坝土料渗透系数取值表

3.2 渗流计算结果

渗流计算结果见表3。

表3 大坝加固后渗流计算结果表

由表3可知，经大坝加固后，下游坝脚地面出逸坡降及渗流量均大为降低，浸润线大幅降低，且心墙渗透坡降都小于允许值，对下游坝坡抗滑稳定及大坝的渗流稳定均有利，出口设置了反滤设施，渗透破坏可能性基本消除。

3.3 加固后坝坡稳定计算

经计算，坝坡稳定计算如表4所示。

表4 大坝加固后边坡稳定计算结果表

由表4可知，大坝加固后的上、下游坝坡抗滑稳定安全系数均符合规范要求，故此，加固后的断面坝坡稳定符合要求。

4 结 语

总之，邓坑水库经上述方案比选，采用混凝土预制块护坡加固及采用冲抓套井回填黏土心墙进行坝体防渗处理实施后，工程工期在9个月内顺利完工，大坝加固后渗流及坝坡稳定计算得以验证，自投入使用后，不仅有效改善了以往大坝质量缺陷和渗漏问题，同时有效保障农田灌溉和水库蓄水的大坝质量要求，使水库在灌溉、防洪等方面发挥着重要作用。