小型病險水庫除險加固方案比選

李 根

（遼寧省水利事務(wù)服務(wù)中心）

1 引言

中國各省小型水庫星羅棋布，全國約85 000座，且肩負(fù)防洪調(diào)節(jié)、供水保障、興利發(fā)電、水產(chǎn)養(yǎng)殖等任務(wù)。由于建設(shè)時勘測經(jīng)驗不足，設(shè)計施工水平不高，很多工程建設(shè)水平不能滿足國家的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。加之建后運(yùn)行管理水平參差不齊，每年旱澇轉(zhuǎn)換、風(fēng)雨吹淋等自然因素，大多數(shù)小型水庫在長年運(yùn)行后，面臨年久失修、設(shè)備老化、滲漏嚴(yán)重、標(biāo)準(zhǔn)偏低等共性問題。因此，研究小型水庫除險加固設(shè)計對于小型水庫工程設(shè)計、施工及建后管理工作均具有一定意義。

2 工程概況及存在的問題

2.1 工程概況

水庫位于江西省新余市渝水區(qū)，所在流域?qū)仝M江流域袁河支流。工程于1959 年4 月建成，水庫總庫容5.65×106m3，設(shè)計灌溉面積0.08萬hm2，是一座以灌溉為主，兼顧防洪、養(yǎng)殖等綜合利用的重點(diǎn)?。?）型水庫。

2.2 工程存在的問題

2.2.1 大壩滲漏嚴(yán)重

壩體填筑土料主要為粘性土，屬低-中壓縮性。由于施工質(zhì)量不高等原因，設(shè)計前測定大壩填筑土綜合滲透系數(shù)1.88×10-4cm/s，具中等透水性，不滿足規(guī)范要求，壩體存在滲漏隱患。此外，左右壩肩、壩基存在滲漏問題。原涵管封堵不嚴(yán)，涵管右側(cè)5 m 有一集中漏水點(diǎn)。以上滲漏問題嚴(yán)重影響大壩安全及水庫綜合效益的發(fā)揮。

2.2.2 溢洪道功能喪失

溢洪道位于大壩左岸距大壩約280 m的山坳處，為人工開挖而成的開敞式明渠，且無消能設(shè)施及出水渠，屬未完建工程，洪水不能安全下泄。若不及時采取除險加固措施，一旦遇到超標(biāo)準(zhǔn)洪水，很可能導(dǎo)致不可估量的災(zāi)難。

2.2.3 大壩壩坡破損嚴(yán)重

上游壩面護(hù)坡塊石粒徑偏小，砌筑零亂，無墊層，表面松動，部分地方已破損；下游壩面極不規(guī)整，且有上壩公路橫穿；排水棱體砌筑零亂，塊石風(fēng)化、破損，未設(shè)反濾層，塊石間縫隙多被泥土充填。

2.2.4 大壩配套設(shè)施年久失修

隧洞閘門和啟閉機(jī)拉桿銹蝕，大壩安全監(jiān)測設(shè)施、通訊管理設(shè)施簡陋，進(jìn)庫防汛公路標(biāo)準(zhǔn)低、路況差，以上問題長年限制著水庫防洪效益及經(jīng)濟(jì)效益的發(fā)揮。

3 除險加固設(shè)計方案

3.1 大壩防滲加固設(shè)計

地勘報告資料顯示，大壩填料較好，滲透系數(shù)綜合值為1.88×10-4cm/s，壩基下伏一層砂礫石層滲透系數(shù)綜合值為5×10-3cm/s，專家一致認(rèn)為，壩體不做防滲處理，在大壩上游壩腳做粘土截水槽，截斷壩基砂礫層。重建大壩下游排水體，對大壩浸潤線出逸點(diǎn)進(jìn)行保護(hù)，另在上游壩腳處開挖截水槽。

3.2 輸水隧洞加固設(shè)計

隧洞圍巖為II類圍巖，圍巖強(qiáng)度較高，現(xiàn)狀襯砌結(jié)構(gòu)滿足要求。根據(jù)專家意見，在隧洞內(nèi)敷明鋼管，內(nèi)徑1 m，壁厚0.01 m，采用焊接的連接方式，在洞內(nèi)和進(jìn)出口設(shè)C25混凝土鎮(zhèn)墩和支墩。新鋪設(shè)鋼管出口接原發(fā)電鋼管，進(jìn)口接新建落水井。本次加固對原斜拉式啟閉設(shè)施進(jìn)行重建。

3.3 大壩壩坡加固設(shè)計

大壩壩坡加固設(shè)計包括上游護(hù)坡、下游護(hù)坡、排水體、排水溝等分別設(shè)計，限于篇幅，本研究主要針對上游護(hù)坡方案比選。

上游護(hù)坡加固設(shè)計選取二種護(hù)坡方案進(jìn)行比較，方案一為干砌塊石護(hù)坡：護(hù)坡厚度40 cm，下設(shè)10 cm 厚砂卵石墊層；方案二為C15 混凝土預(yù)制塊護(hù)坡：C15 混凝土預(yù)制塊為正六邊形，厚0.10 m，邊長30 cm，下設(shè)10 cm厚砂卵石墊層。按照技術(shù)可行、投資合理的原則，分別從技術(shù)角度、工程造價、施工難易程度、施工進(jìn)度、建材來源等方面進(jìn)行綜合分析比較，兩種方案的比選情況見表1。

根據(jù)表1的方案比選結(jié)果，最終確定采用方案二即C15混凝土預(yù)制塊護(hù)坡對大壩進(jìn)行重新護(hù)坡。進(jìn)而計算預(yù)制塊護(hù)坡厚度，C15混凝土預(yù)制塊護(hù)坡厚度為0.10 m滿足要求。

表1 護(hù)坡方案比較表（相同工程量的項目略去）

3.4 溢洪道加固設(shè)計

設(shè)計在原址加固溢洪道，并對進(jìn)水渠、控制段、泄槽段、消能段、出水渠襯砌設(shè)計。新建寬頂堰堰寬仍維持原設(shè)計25 m不變，堰頂高程142.62 m，長10 m，經(jīng)復(fù)核現(xiàn)狀壩頂高程滿足規(guī)范要求；陡槽底板寬25～12 m，底坡為i=0.02，進(jìn)水渠底寬25～45 m，底坡為i=-0.01。限于篇幅，以下主要針對泄槽邊墻和消力池結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行說明。

3.4.1 泄槽邊墻結(jié)構(gòu)設(shè)計

邊墻結(jié)構(gòu)設(shè)計選取C20 混凝土重力式和仰斜式擋土墻進(jìn)行方案比較。

方案一：C20 混凝土邊墻方案，頂寬0.30 m，內(nèi)坡鉛直，外坡為1∶0.40。墻內(nèi)設(shè)φ50PVC 排水管，孔距為2 m，排水管進(jìn)口用250 g/m2土工布（350 mm×350 mm）封口，土工布后設(shè)反濾料。

方案二：C20 仰斜式擋土墻，頂寬0.30 m，內(nèi)坡1∶1，外坡1∶1.50，其余結(jié)構(gòu)形式同方案一。

采用相同部位，單位長度邊墻進(jìn)行比較，結(jié)果見表2。

表2 泄槽邊墻方案比較表

單位長度造價方案二較方案一可節(jié)省103.34元，從經(jīng)濟(jì)選取方案二為泄槽邊墻方案。經(jīng)計算邊墻在最不利工況下抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)Kc=1.31>［K］=1.00，且地基應(yīng)力σmax=72.70 kPa<［σ］=350 kPa，0<σmin=14.80 Pa<［σ］=350 kPa滿足規(guī)范要求。

3.4.2 消力池結(jié)構(gòu)設(shè)計

消力池底板采用C20 混凝土結(jié)構(gòu)，消力池池深0.50 m，寬12 m，長7 m，底板高程為138.90 m，厚0.60 m，底板縱橫向每2 m設(shè)置φ100 排水孔，孔下設(shè)250 g/m2土工布，下設(shè)碎石和粗砂墊層，進(jìn)口段按1：3的坡度與泄槽底板銜接。邊墻采用C20混凝土結(jié)構(gòu)，頂寬0.40 m，內(nèi)坡鉛直，外坡為1：0.40，墻內(nèi)布置排水孔，結(jié)構(gòu)型式與泄槽邊墻相同。

3.5 其他工程

修建并拓寬進(jìn)庫防汛公路、新建上壩公路；辦公、通迅設(shè)備配套，新建管理房；配備交通車輛、生產(chǎn)管理船只、水雨情測報系統(tǒng)及觀測設(shè)施，庫區(qū)水土保持設(shè)計等。

4 結(jié)語

受到地理位置、地質(zhì)構(gòu)造、水文等不同因素影響，不同的小型病險水庫除險加固工程的設(shè)計方案不盡相同，應(yīng)當(dāng)結(jié)合水庫特性和工程實際，綜合分析技術(shù)角度和造價角度進(jìn)行統(tǒng)籌考慮，優(yōu)化設(shè)計方案，控制施工中關(guān)鍵部位的施工質(zhì)量，以提高小型水庫大壩壽命及工程效益，以更少的經(jīng)濟(jì)投入換取更大的社會效益。