桥上水库除险加固设计方案分析

陈红根

(渝水区水利局，江西 新余 338025)

1 工程概况

1.1 工程基本情况

桥上水库位于新余市渝水区下村镇花堆村境内，控制流域面积6.98km2，属赣江流域袁河支流蒙河水。水库正常蓄水位89.88m，总库容502万m3，最大坝高19.6m。设计灌溉面积513.33hm2，实际灌溉面积344.66hm2,保护下游耕地666.67hm2、人口0.92万。是一座以灌溉为主，兼顾防洪、养殖等综合利用的小(1)型水库。

水库枢纽工程等别为Ⅳ等，主要永久性建筑物为4级。根据国家《防洪标准》(GB50201-2014)及《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2017)，是一座以灌溉为主，兼有防洪等综合效益的小(1)型水库。

1.2 水库存在的主要问题

桥上水库枢纽工程的主要建筑物有：主坝、副坝、溢洪道、输水隧洞和副坝涵管等。工程主要存在以下几个问题：

1)主坝坝基存在渗漏问题；

2)副坝排水体局部淤堵失效；

3)主坝上坝公路跨溢洪道无交通桥；

4)主坝下游坝坡设置灌溉渠道，不满足规范要求，渠道现状漏水严重，威胁大坝安全。

2 除险加固设计

根据桥上水库设计标准及存在的问题，拟定的桥上水库枢纽建筑物除险加固的主要任务是：

1)主坝：坝基防渗；

2)副坝：排水体进行局部维修；完善下游坝面排水体系；

3)溢洪道：新建跨溢洪道交通桥，改建溢洪道进口段；

4)灌溉渠首工程：新建下游输水渡槽。

2.1 主坝加固设计

2.1.1 坝基防渗设计

帷幕灌浆深度根据岩体的透水性和防渗要求综合确定，设计帷幕灌浆线与原混凝土防渗墙整体连接，孔底深入弱透水层≥1m，顶部与原混凝土防渗墙搭接1m。帷幕灌浆按单排孔布置，孔距2m，分三序孔施工，灌浆压力0.2-0.3Mpa，施工时结合灌浆实验最终确定。

设计拟用帷幕灌浆措施进行坝基渗漏处理。设计帷幕灌浆线布置在原混凝土防渗墙上游边界上，顶部与原混凝土防渗墙搭接1m。

1)帷幕灌浆浆孔布置：

帷幕灌浆孔布置一排，钻孔轴线布置原防渗墙上游侧，孔距为2m，坝基帷幕灌浆范围为桩号0-010.0-0+254.5，全长264.5m，布孔133个，孔底深入弱透水层≥1m，帷幕型式为接地式。

根据《大坝基础灌浆》，单排帷幕厚度约为孔距的70-80%，则帷幕厚度T=(70-80)%×2.0=1.4-1.6m。

正常高水位时，作用在帷幕上的水头H=13.38-5.75=7.63m，帷幕的渗透坡降为J=7.63/(1.4-1.6)=5.45-4.77<[J]=18(大坝基础帷幕中规定，当T=1-2，[J]=18)

校核洪水位时，作用在帷幕上的水头，H =15.2-6.74=8.46m，帷幕的渗透坡降为J=8.46/(1.4-1.6)=6.04-5.29<[J]=18，说明帷幕厚度满足要求。

2)帷幕灌浆压力的确定：

灌浆压力0.2-0.3MPa，施工时结合灌浆实验最终确定。

帷幕灌浆的设计标准应按灌后基岩的透水率控制，对于3级及其以下的坝透水率宜为5-10Lu,本次设计标准为10Lu，即孔底深入弱透水层≥1m。

2.1.2 主坝加固后渗流复核计算

主坝加固后渗流复核计算采用有限单元二维稳定渗流计算方法，各透水性土层按多孔介质，渗透系数按各向异性考虑，混凝土防渗墙设计渗透系数取1×10-6cm/s.。计算断面仍选取大坝典型断面0+058。

稳定渗流计算水位组合为：

1)上游正常蓄水位(89.88m)与下游相应的最低水位；

2)上游设计洪水位(91.17m)与下游相应的最高水位；

3)上游校核洪水位(91.7m)与下游相应的最高水位。

大坝断面渗透分区、坝体及混凝土防渗墙的渗透系数见表1。

表1 主坝渗透分区及渗透系数

各计算断面按不同工况组合进行计算，绘制各种工况下的渗流等势线及浸润线图。3种水位组合情况下，渗流计算结果见表2，各种工况下混凝土防渗板墙、坝基出渗坡降值及计算渗流量值见表3。

表2 主坝加固后典型断面渗流计算成果表

表3 主坝加固后浸润线位置表

坝体浸润线下游坝坡出逸点及沿下游地基出逸坡降均有大幅度降低，渗透稳定满足要求。经计算，设置防渗体后，坝体下游坝坡稳定均满足规范要求[1]。

2.2 副坝加固设计

针对副坝在运行管理中存在的问题，以及现场检查和工程复核计算发现的问题，确定副坝工程加固项目有：下游坝面处理和排水维修。

2.2.1 下游坝面处理设计

副坝下游坝面拟采用草皮护坡进行保护，在左右岸坡与山体相接处设两条岸坡排水沟，在排水体顶部内侧设置一条纵向排水沟，排水沟采用C15混凝土砌筑，岸坡排水沟净空尺寸为0.3m×0.3m，纵向排水沟为0.3m×0.3m，横向排水沟净空尺寸为0.30m×0.30m。

2.2.2 下游反滤排水设计

本次加固处理对下游坝脚贴坡排水体，进行维修处理。设计贴坡排水顶高程为84.90m，顶宽1.5m，边坡1∶1.5,另根据主坝排水体反滤材料比较结果，第一层采用10cm厚粗砂垫层，第二层为20cm厚卵石层，第三层为40cm厚块石层，在排水体底部设置一条坝趾集水沟，沟底宽0.5m，沟深0.5m，梯形断面，下游侧采用M7.5浆砌块石贴坡式挡土墙结构，顶宽0.3m，底宽0.5m，并用3cm厚M10水泥砂浆迎水侧抹面。坝趾集水沟与坝下游排水沟相连，坝下游排水沟断面尺寸为0.5m×0.5m，采用M7.5浆砌块石砌筑，M10水泥砂浆抹面。

2.3 溢洪道除险加固设计

2.3.1 进水渠加固设计

进水渠全长10.0m，宽度从15.0m渐变到10.0m，底高程为89.38-89.88m，底坡i=0.05，底板采用C15混凝土，厚0.2m，下设0.1m的砂卵石垫层，采用矩形过流断面，边墙为重力式挡土墙结构。

2.3.2 公路桥设计

为满足上坝要求,在溢洪道进口应设置一交通桥，设计荷载为汽-20级。

公路桥设计采用钢筋混凝土T型简支梁，行车道净宽5.0m，桥跨10m，单跨5m,桥面板采用C25混凝土，厚0.2m。采用C25混凝土板式结构，栏杆柱高1.0m，柱截面尺寸为0.15m×0.15m，横挡0.08m×0.1m。

2.4 灌溉渠首工程加固设计

为避免新建引水隧洞后的北干渠经过主坝贴坡排水，在主坝贴坡排水下游新建一引水渡槽。

渡槽由进出口、槽身、基础排架组成，进口底板高程80.54m，出口底板高程80.00m，纵坡为1/200，全长279.16m。渡槽采用立模现浇，槽身、排架混凝土为C30，基础混凝土为C25，垫层混凝土为C20，两边墩为C25混凝土现浇。渡槽内空尺寸为宽×高(0.8m×0.8m)，壁厚0.2m，底板厚0.2m，每8m为一个槽段，槽段间采用止水橡皮止水，槽段两端支承于排架上，排架采用C20混凝土现浇，排架柱截面尺寸350mm×300mm，排架基座采用C20混凝土现浇，厚0.6m，渡槽排架基座置于强风化基岩层上， 渡槽支座采用350mm×220mm×16mmA3钢板[2]。

3 结 语

针对桥上水库存在主坝坝基渗漏、副坝排水体局部淤堵失效、主坝上坝公路跨溢洪道无交通桥、主坝下游坝坡设置灌溉渠道，威胁大坝安全等问题，采取了主坝坝基帷幕灌浆、副坝排水体维修并完善下游坝面排水体系、新建跨溢洪道交通桥、新建主坝下游输水渡槽等加固措施，经分析研究，所采取加固设计方案合理。