某小型水库除险加固中建筑物加固措施分析

王晓艳

(江西省赣抚平原水利工程管理局，南昌 330096)

1 工程概况

某小(1)型水库兴建于20世纪80年代，总库容142 m3，水库由均质土坝、输水涵 洞以及溢洪道组成，均质坝坝高21.9m，坝顶轴线长75.2m，坝顶宽4m。溢洪道布置于大坝右岸，为开敞式木板闸控制平底宽顶堰，堰净宽8.0m，溢洪道全长31.3m，溢洪道开挖后未衬砌，出口未设消能设施，泄流直归入坝后主河道。输水隧洞位于大坝右侧较陡的山体内，洞身全长31.1m，断面尺寸为1.2m×1.8m的城门洞型，进口设置 φ400mm斜拉磨盘闸门一套。水库运行至今，已有四十多年的历史，由于水库施工过程中施工质量难以满足设计和规范要求，后期对水库运行管理不当，使得水库存在渗 漏问题，坝体变形严重，加之2020年受项目区地震作用的影响，使拦河坝破坏严重。文章主要从枢纽建筑物现状存在的问题出发，对各枢纽建筑物出险加固措施进行分析，为该水库除险加固设计施工提供方法和参考依据。

2 工程病险现状

大在水库除险加固前，技术人员对水库进行现场检查、地质查勘、取样试验以及资料收集整理，得到目前水库存在以下方面的问题：

1)大坝：施工过程中无相应的碾压控制指标，也无任何检测手段，坝体填筑料不 均质，辗压质量差，结构松散，坝体透水性较强，施工质量难以满足设计和规范要求；坝基未作防渗处理，存在坝体及坝基异常渗漏问题，坝肩发生绕坝渗漏，坝体不均匀沉陷加剧及产生裂隙，坝体质量进一步恶化。受地震影响，使外坝脚渗水加剧，散浸面积约800m2，坝体出现4条裂缝，拦河坝属中等破坏。经计算复核，大坝下游坝坡除在现状水位不加地震情况下满足规范要求外，其余各工况均不满足规范要求。

2)溢洪道：水库抗洪能力仅达5a一遇，防洪不达标，溢洪道开挖后未衬砌，冲刷严重，泄流能力不足，溢洪道左岸因地质条件影响易坍塌、滑坡，出口未设消能设施。

3)输水隧洞：现状进口φ400mm斜拉磨盘闸由于年久失修，闸门表面最大锈蚀深度达3-6mm，存在漏水，且闸门启闭钢索已损坏，应急能力不足。由于施工质量差异性大，衬砌结构强度较低，及基础存在不均匀变形，在洞身存在纵向及环状裂缝25条，且有多处漏水点。

该水库枢纽工程施工质量差，大坝、溢洪道及输水隧洞均存在不同程度的病害，经安全鉴定结论，本水库大坝安全分类应为三类坝。现场检查情况见图1。

3 除险加固设计

3.1 大坝除险加固设计

3.1.1 大坝防渗处理设计

1)坝基防渗处理：

为了有效减少坝基渗漏，增强坝基抗渗稳定，设计采用坝基帷幕灌浆处理[1]。

帷幕灌浆设计：帷幕灌浆沿坝轴线布置，灌浆轴线长96m。灌浆帷幕深度，布孔形式根据坝基渗透地质条件，岩体透水率等综合分析考虑，坝基帷幕灌浆采用悬挂式，单排孔沿大坝轴线布置，孔距2.0m。灌浆工艺采用自上而下分段循环式纯水泥灌浆，坝基帷幕灌浆耗灰量根据岩层透水率及泥岩土质特点，设计平均耗灰量为 200kg/m。帷幕灌浆施工前，应进行生产性灌浆试验，根据试验分析结果，对设计参数进行适当调整[2]。帷幕灌浆段531m，检查孔56.3m。

2)坝体防渗处理：

a)设计依据：大坝施工过程中无相应的碾压控制指标，也无任何检测手段，坝体填筑料不均质，辗压质量差，结构松散，坝体透水性较强，不能满足防渗要求，浸润线较高，坝体渗漏面积大。受地震作用使坝体局部产生拉裂。坝体渗透系数均值大值1.92×10-3cm/s，水位1714.12m时，坝体渗流量计算3.713万m3/a。为了减小坝体渗漏，增强大坝抗渗稳定性，设计采用水泥黏土充填灌浆处理。

b)充填灌浆设计：充填灌浆孔段即为坝基帷幕灌浆孔坝体钻孔段，坝基帷幕灌浆验收终孔后，改用水泥黏土浆充填灌注坝体。即为先灌基岩，后灌坝体。设计采用全孔灌注，少灌多复的原则进行，复灌次数5-7次，压力0.1-0.5Mpa，设计耗灰量为 520kg/m，其中水泥用量占黏土干料重的20%。湿法制浆，原浆比重控制在1.25-1.40 之间。坝体充填灌浆也需进行灌浆试验，根据试验分析结果，对灌浆设计参数进行适当调整。充填灌浆段323m，检查孔38m。

3.1.2 坝体结构设计

1)坝顶处理 ：

大坝坝顶现状中部沉降较大，达40cm，对大坝坝顶需作补平整修处理，使大坝坝高达到原设计高度。大坝坝顶高程1719.5m，坝顶宽4m，坝顶长75m。坝顶路面采用厚30cm的块石铺筑，下垫20cm厚的砂砾石，上下游路肩采用M7.5浆砌石砌筑，宽50cm，深60cm。

2)上游坝坡处理：

大坝上游坝坡经整形后保持不变，为1:2.73，采用30cm厚的干砌块石护坡，下设 20cm厚的砂砾石垫层，护砌至死水位以下2m，即1712.85m处，设基座以利稳定。

3)下游坝坡处理：

下游自上而下，修整铲除杂草灌木，平均清挖厚度60cm。高程1719.50-1710.50m 范围，维持原坝坡1∶2.6不便，坑凹部分用石碴填平并夯实；高程1710.50m处设5m宽的戗台；高程1710.50-1700.5m，采用石碴料培厚坝体，老坝体与新坝体之间，选 择碴料较细的部分作为过渡带，坝坡为1∶3.0，中间设宽1.2m的踏步，便于至坝脚监测，下游坝坡采用草皮护坡。

4)新建堆石棱体：

高程1701.75以下设顶宽2.5m、高3.5m的堆石棱体，棱体与坝基、老坝体和新坝 体之间采用厚60cm的反滤料过滤连接，堆石棱体外坡1∶2.0，棱体表面采用30cm厚的干砌块石护面。

5)坝面排水设施：

下游坡与岸坡接触处设0.25m×0.3m的排水沟，戗台内侧及棱体内侧设 0.25m×0.3m的纵向排水沟，棱体外侧设0.3m×0.3m的纵向排水沟，均用C15混凝土浇筑。

大坝标准横剖面见图1。

3.2 溢洪道改造设计

根据工程总体布置和方案比较，溢洪道布置于大坝右岸山体上，保持原溢洪道轴 线不变，经调洪演算设闸门控制，拆除旧闸墩，扩建闸室[3]。溢洪道全长52.5m，溢洪道组成如下：

1)进口引渠段：

引渠段长5.5m，边墙采用圆弧曲线与闸室段连接，左、右边墙圆弧半径5.5m，中心角90°，边墙高由2.0m渐变至3.0m，底宽由22.4渐变至11.4m，底板采用0.30m厚C15素混凝土衬砌，边墙采用M7.5浆砌石衬砌。

2)闸室段：

闸室段长12m，底板高程1715.04m，底坡i=0.0，底宽11.4m，边墙高5.0m，底 板、边墙厚1.0m，均采用C20钢筋混凝土衬砌，闸室段上设长11.4m，宽3m的工作桥，桥板厚0.2m，梁断面为0.25×0.3m，栏杆高0.9m，全段面采用C20钢筋混凝土。

3)泄槽段：

泄槽段长26.87m。底坡i=1/1.5，底宽7m，边墙高2.0m，底板及边墙厚0.4m，均采用C20钢筋混凝土衬砌，共设4个深1.5-2m，底宽0.6m的齿槽以抗滑。

4)挑流消力段、护坦段：

挑流段长 5.13m，挑角为 25°，反弧半径 5m，最大挑距 22.7m，护坦段长3m， 为防止小流量淘刷挑流鼻坎齿脚而设置。

图1 大坝准横剖面图

3.3 新建输水涵

1)布置：根据水库现状地形条件，现有已建灌溉渠道布置于右岸，故右岸是新建输水隧洞的唯一选择，进口底板高程为1710.82m，设拦砂井至死水位1714.82m控制。

2)输水隧洞体形设计：输水隧洞总长76.35m，由进口引渠段、拦砂井段、闸室段、无压洞身段、消力池段等组成。

a)进口引渠段：

引渠段长15m，喇叭型进口，断面尺寸为底宽6m渐变至1.2m，衬砌形式底板采用厚30cm的C15混凝土，边墙采用顶宽40cm的M7.5浆砌石重力式墙。

b)拦砂井段：

拦砂井段长11.4m，矩形断面，高4.0m，净宽1.6m，底板高程1710.82m，底坡i=0.0，在进口处设置叠梁槽，随着隧洞进口淤沙高程的增加放入预制叠梁。采用C20钢筋混凝土衬砌，底板厚60cm，边墙厚60cm，设2.0m×1.2m拦污栅一道，前后各设一个深1.6m，底宽0.5m的齿槽。

3)闸室段：

闸室段长4.4m，C20钢筋混凝土衬砌，底坡i=0.0，内设0.8m×0.8m的工作铸铁闸门一 道，方形闸室，排架启闭塔，在启闭机房内设置手电两用LG—10T螺杆式启闭机一套。

4)无压洞身段：

无压洞身段长27.05m，底坡i=1/100，断面尺寸1.2m×1.8m城门洞形，底板下设0.3m×0.3m碎石排水沟，采用0.3m厚C20钢筋混凝土衬砌。

5)消力池段：

消力池段长8.5m，池深0.8m，底宽1.2m，边墙高2.1m，底板、边墙厚0.5m，C20 钢筋混凝土衬砌，底坡i=0，下设1.5m深齿墙。

4 结论及建议

本次除险加固中安全鉴定结论得到大坝防洪能力不达标，结构自身不稳定，大坝渗漏严重；输水涵洞渗漏严重，洞身产生变形缝，洞体不稳定；溢洪道泄洪能力不足，结构不安全等问题。只有通过除险加固，采取适于本工程病险现状的加固措施，才能从根本上解决大坝安全问题，否则，水库一旦溃坝，将对下于游1万人口，333hm2农田耕地，人民生命财产造成不可估量的经济损失。