岱門塘水庫除險加固設計

彭漱墀

（韶關市防洪管理中心，廣東 韶關 512000）

1 工程概況

岱門塘水庫位于樂昌市坪石鎮(zhèn)境內，水庫所在河流屬北江水系武江的一條小支流，岱門塘水庫壩址以上控制集雨面積1.03 km2，河長2.22 km，河床平均坡降J=3‰。此工程是一宗以灌溉為主、兼顧防洪和養(yǎng)殖功能的小（2）型水庫，水庫灌溉面積33.33 hm2，保護人口1 840人。

主要水工建筑物包括：大壩、輸水涵管及溢洪道，其中大壩壩頂長45 m，壩頂寬4.83 m，最大壩高10.23 m，壩頂高程270.03 m，壩頂迎水坡側設漿砌石防浪墻，防浪墻頂高程270.68 m?，F(xiàn)有迎水坡坡比為1：2.31，為混凝土面板護坡。背水坡坡比為1：2.49，為草皮護坡并設有棱體排水，棱體排水頂部高程261.61 m處有平臺一處，平臺寬5.92 m。岱門塘水庫灌溉取水口設置于壩體左壩肩處，由梯級放水涵和輸水涵管組成，梯級放水涵身為磚砌方涵，底涵長度約為60 m，底涵出口底面高程為259.38 m，出口接下游池塘。水庫現(xiàn)狀溢洪道位于大壩右壩肩，堰頂高程為267.05 m，為開敞式寬頂堰溢洪道，溢流口凈寬3.50 m，全長34.37 m（水平投影長度）。溢洪道兩側設置漿砌石擋墻，側墻表面為C20 混凝土保護層，底部為C20混凝土底板，下泄洪水經底流消能后進入下游河道，沿下游河道流走。

2 現(xiàn)狀分析

2.1 水庫現(xiàn)狀

岱門塘水庫始建于1959 年，因長時間運行且缺少維修養(yǎng)護，水庫工程隱患較多，遂于2005年進行岱門塘水庫除險加固工程設計，除險加固的主要內容有：迎水坡修整，鋪復合土工膜防滲，設C20混凝土護坡。加高壩體并設防浪墻，背水坡修整，上部設草皮護坡，壩腳設棱體排水，并在左壩肩設壩肩排水溝。溢洪道加長并新設底流消能消力池，增設水位尺，維修防汛道路，新建管養(yǎng)房及壩體白蟻防治等。2021 年安全評價現(xiàn)場檢查時，發(fā)現(xiàn)在棱體排水頂部高程261.61 m處小平臺上出現(xiàn)壩腳塌陷情況。

根據(jù)《樂昌市岱門塘水庫大壩安全評價報告書》（2021.08），岱門塘水庫大壩安全評價的評價結果為：工程質量評價為不合格；運行管理評價為較規(guī)范；防洪安全性評價為B級；滲流安全評價為C級；結構安全評價為B級。綜合評價為三類壩。為保障農業(yè)用水需求和安全，對水庫進行除險加固是十分必要的，也是非常緊迫的。此次除險加固的任務就是消除水庫工程目前存在的隱患，力爭水庫安全達標，從而獲得灌溉、防洪等綜合效益。

2.2 存在問題

第一，在水庫大壩背水坡棱體排水頂部高程261.61 m處小平臺上發(fā)現(xiàn)壩腳塌陷情況，塌陷處在壩體表面呈現(xiàn)為一直徑約為30 cm 的小圓孔，經現(xiàn)場使用卷尺伸進洞內進行測量，陷空洞整體呈現(xiàn)為橢球體，洞深約為0.50 m，長軸長約1 m。推測壩腳塌陷原因為筑壩時清基不徹底，壩基面存在集中滲漏通道或輸水涵管存在管周繞滲。

第二，梯級放水斜涵為磚砌結構，因建成年代久遠，經長時間運行后，現(xiàn)狀表層砂漿批蕩大范圍脫落，內部紅磚砌體外露。

第三，大壩背水坡草皮護坡?lián)p毀嚴重，坡面基本無防護措施，排水棱體外表錯亂，風化較嚴重。

第四，地勘專業(yè)人員在壩頂左側鉆孔ZK01 鉆進過程中發(fā)現(xiàn)，當打穿第四系殘坡積層（11.60～15.20 m）鉆進至基巖時，鉆孔無回水，鉆探人員巡查發(fā)現(xiàn)下游輸水底涵出水略見渾濁，輸水底涵出口右側孔洞內可見渾濁的水流出，其流量較大，并且在第四系殘坡積層中做現(xiàn)場常水頭注水試驗時，水泵達到最大流量62.50 L/min時依然無法注滿鉆孔，按最大流量計算，該段垂直滲透系數(shù)K=1.08×10-3cm/s，透水性中等；另在壩頂右側鉆孔ZK03鉆進過程中發(fā)現(xiàn)，當鉆進至基巖（層頂高程約261.43 m）時，在大壩下游溢洪道左側墻底部基巖（高程約261.46 m）發(fā)現(xiàn)有鉆探回水流出，水質變得渾濁。

第五，根據(jù)底涵監(jiān)測視頻資料，大壩底涵存在多處明顯裂縫，多個涵管接縫處有水滲漏。

3 除險加固設計

3.1 壩頂設計

依照該區(qū)域的氣候和水文情況，從防汛需求的角度，此次除險加固設計使用C20 混凝土對大壩進行硬化加厚，厚度為20 cm。硬化后大壩壩頂高程為270.03 m，壩頂寬度為4.83 m，硬化壩頂寬4.13 m。防浪墻局部修復后表面采用金陶瓷磚大六角馬賽克貼面瓷磚貼面。同時為滿足壩頂排水需求，壩頂路面往下游單側找坡，坡度為1%。壩頂加固結構詳見圖1。

圖1 壩頂結構圖

3.2 方案選擇

對大壩目前存在的問題進行分析，加固方案的核心體現(xiàn)為防滲處理。根據(jù)類似工程經驗，大壩加固可采取“壩體劈裂灌漿+壩基帷幕灌漿”“混凝土防滲墻”兩個方案，根據(jù)國內經驗以及工程實際情況，對以下3種防滲方案進行比較。

方案一：壩體劈裂灌漿，壩基帷幕灌漿。劈裂灌漿與帷幕灌漿共用一孔，灌漿孔共一排，孔距2 m。

方案二：塑性混凝土防滲墻方案，墻厚0.60 m。

方案三：普通混凝土防滲墻方案，墻厚0.60 m。

結合工程的特點分析，水庫大壩存在的主要問題，是壩體及壩基接觸帶存在嚴重的集中滲漏和滲透穩(wěn)定問題，大壩局部填土滲透系數(shù)K=1.08×10-3cm/s，透水性中等，大壩加固的關鍵，在于解決滲漏問題，確保下游壩坡滲流、穩(wěn)定滿足規(guī)范要求。結合水庫現(xiàn)場的實際施工條件分析，上壩公路道路較窄且存在多處急轉彎，防滲墻施工機械難以到達水庫施工現(xiàn)場，水庫兩岸陡峭，缺乏修建臨時道路的條件。因此此次除險加固工程防滲方案選擇方案一。

3.3 灌漿施工

3.3.1 帷幕灌漿

帷幕灌漿需要布設25 個灌漿孔，灌漿總長為232.07 m。灌漿孔布設位于壩頂并延伸至兩側山體，壩頂上具體孔位為距上游壩軸線距離1 m，采用單排孔布設，孔距為2 m。帷幕灌漿施工中，需要關注兩個核心內容：一是使用42.5R 普通硅酸鹽水泥，細度要求為通過80 um 方孔，篩余量不大于5%；當壩體接縫張開度小于0.50 mm時，使用細度要求為通過71 um方孔，篩余量不大于2%的水泥。灌漿用水泥質量必須合乎標準，不得使用受潮結塊的水泥，水泥不能存放過久，出廠期超出3 個月的水泥不得使用；二是在灌漿過程中，需要采用分段灌漿的方法，自下而上進行，將最大灌漿壓力控制在1～2 MPa。

3.3.2 劈裂灌漿

劈裂灌漿需要布設19 個灌漿孔，灌漿總長為242.59 m。灌漿孔布設位于壩頂，壩頂上具體孔位為距上游壩軸線距離1 m，采用單排孔布設，孔距為2 m，灌漿深度要達到砂巖層以下1 m。根據(jù)經驗，加固后滲透系數(shù)取K=3.29×10-6，滿足《碾壓式土石壩設計規(guī)范》均質壩防滲土料不大于1.0×10-4cm/s 的要求。

劈裂灌漿施工中，需要關注的內容較多：一是在灌漿中可以選擇全孔封閉、孔底注漿以及分段灌注的方法，確保注漿管能夠深入到孔底以下0.50～1 m的位置，以黏土球回填并夯實，經幾次灌注基本不吃漿或壓力達到設計壓力時停灌，提升注漿管3～6 m 繼續(xù)灌注，如此反復。當注漿管提升至距孔頂10 m時，不再提升，直至灌漿達到終灌標準。二是應該對灌漿孔孔口壓力進行嚴格控制，要求其不能超過灌漿控制壓力。三是在正式灌漿前，需要先用稀漿灌注，經過3-5 min的灌漿，壩體劈裂后，再加大漿液稠度。灌漿期間，為縮短復灌間隔，加快漿液固結，在黏土漿中摻入干料質量15%的水泥。每次開灌采用1.20～1.40 t/m3稀漿，當壩身被劈裂后（灌漿壓力突然下降），改為1.40～1.50 t/m3稠漿。四是在灌漿作業(yè)中應該采用少量多次的作業(yè)方式，要求將每孔每次平均灌注量控制在每米孔深0.50～1 m3，每孔灌漿次數(shù)在10 次以上，復灌間隔不少于5 d；五是每孔灌漿結束后，應進行灌漿封孔，封孔時將注漿管拔出，向孔內灌注密度大于1.50 t/m3的稠漿，多次灌注，直至漿面升至孔口不再下降為止。待孔口完全析水后，用含水率適中的制漿土料將孔口回填搗實整平。

3.4 加固措施

拆除壩體左側的舊放水斜涵，充填灌漿封堵死壩體左側舊輸水底涵，封堵方式為：在舊底涵與阻滑墻位置設置充填灌漿孔一個，灌漿孔打穿舊涵管，對舊涵管沖洗后，直接對其進行充填灌漿，充填灌漿時在于底涵底部布設接縫灌漿管，待充填灌漿初凝后對其進行接縫灌漿，填充灌漿接縫灌漿長度均為60 m。對位于阻滑墻前后各1.0處舊底涵采用C20混凝土進行封堵；于大壩右側新建斜涵、新建底涵，底涵長度為60 m，底涵采用dn800 厚15 mm 鋼管，采用頂管方式對底涵進行施工，底涵每間隔2 m 對稱性布設15 mm 接觸灌漿孔，待頂管結束后，馬上對其進行接縫灌漿，灌漿結束后，馬上用鋼釘對灌漿孔封堵死。

3.5 效益分析

通過此次除險加固，可以減輕自然災害，促進社會進步。工程將安定保護區(qū)人民的正常生活，維護日常的社會生產和生活秩序，避免洪澇災害期發(fā)生的各種事故，保護基礎設施，保障人民生命財產安全，為當?shù)亟洕目沙掷m(xù)發(fā)展、促進社會繁榮和現(xiàn)代化建設創(chuàng)造良好的環(huán)境，經估算產生的社會效益為20萬。灌溉效益計算，采用分攤系數(shù)法，只對需要補水灌溉的作物水稻、花生計算灌溉效益。項目實施后，可改善灌溉面積33.33 hm2。按每畝農田改善灌溉后增加效益400元計算，可增加灌溉收入20萬元。綜上所述，工程總效益為20萬元。

4 結語

總而言之，通過對水庫進行除險加固處理，能夠有效避免洪澇災害期發(fā)生的各種事故，保障周邊人民群眾生命財產安全，為當?shù)亟洕目沙掷m(xù)發(fā)展、促進社會繁榮和現(xiàn)代化建設創(chuàng)造良好的環(huán)境。