某山区水库安全加固工程设计探究范文

摘要：以某山区小型水库为工程实例，针对水库存在坝体局部渗漏、安全储备不足、泄洪不畅等现状问题，对水库坝体在不同工况下进行稳定性计算分析。根据计算结果，结合坝体、坝基土质透水情况，提出了采用坝体防渗墙及坝基卵石层高压摆喷的加固设计方案，控制坝体内水的渗透，同时加高加宽坝顶、修复泄洪道，并增加坝体变形、水压等监测项目动态指导。该设计思路可为类似水库加固除险工程提供借鉴和参考。

关键词：水库；加固；坝体；稳定性

计算山区丘陵地带，水库是当地居民农业灌溉的重要保证，也是水电产业的重要来源[1]，水库大坝的设计关系到水库建设成本及其安全运行，进而影响到民生。大坝的稳定是水库安全运营的前提，近年来，国家对运营水库定期进行安全鉴定，对存在失稳风险的水库进行安全加固，在水库除险加固、稳定性验算等方面，前人已做了一定工作[2]。但是，在特定山区地质相对复杂的地区，水库的安全加固设计仍需要完善，加强设计的针对性。本文以华南某山区水库为例，对其卵石坝基的不利条件及现状问题，通过不同工况的稳定分析，对该水库加固设计分析，采用防渗墙控制坝体渗流等除险措施，设计思路可为类似水库加固提供借鉴。

一、工程概况

华南山区某水库集雨面积6.6km2，水库正常蓄水位71.20m，相应库容490万m3，设计洪水位为73.55m，相应库容为594万m3，校核洪水位为74.41m，相应库容632万m3，根据《防洪标准》（GB50201-2014）和《水利水电工程等级划分和洪水标准》（SL252-2000），本水库属于小（1）型，工程等级为Ⅳ等，主要建筑物为4级，次要建筑物为5级，临时建筑物为5级；防洪标准按50年一遇洪水设计，500年一遇洪水校核。水库主要建筑物包括：均质土坝1座、最大坝高39m，坝顶长300m；溢洪道1座，为开敞式驼峰堰；涵管1条，为φ800mm砼管。水库的主要用途为雨季蓄水及农田灌溉。

二、水库现状分析

1．水库坝体现状存在问题

（1）坝体填料主要为粘土质砂，渗透性较强，局部渗漏较严重，坝顶高程未达到防洪要求。（2）坝基大多与第四系风化残积层直接接触，局部与强透水的中砂、砂卵石层接触，其渗透性较大，大坝下游坝脚现状为湿地，植被非常茂盛，存在渗漏安全隐患。（3）水库使用期，大坝未设置变形、测压管等观测设施，无法掌握坝体变形发展情况。2．溢洪道现状主要存在问题（1）控制段不满足防洪要求，泄槽边墙墙顶高程不满足规范要求；（2）泄槽出口约20m范围内被堵塞，严重阻水；下游河道植被茂盛，影响行洪。经初步分析，该水库已数年未加固处理，建设初期水库大坝清基不彻底，存在透水层；坝体内局部有水存留，持续的渗流影响坝体的安全；局部坝体宽度、高度不够。因此，有必要对该水库坝体进行稳定核算，进行必要的加固设计。

三、坝体稳定性计算

1．工程地质及计算参数

该水库地质情况比较复杂，主要因为坝体内部土体为粘土质砂，局部坝基为卵石，均为透水性较好的土层，容易形成稳定渗流，对水库大坝稳定不利。本次稳定性计算，坝体及坝基土体的物理力学指标采用勘察报告中的建议值，并根据经验适当修正。

2．计算工况

根据《碾压式土石坝设计规范（DL/T5395-2007）》相关要求及水库等级实际情况[3]，选取计算工况条件如表2所示。计算断面选择水库坝体最具代表性的主断面，坝基为卵石层；地震工况按该区域地震动峰值加速度0.05g考虑。

3．坝体稳定性计算结果

采用GeoStudio中Slope模块进行坝体稳定性计算分析，坝体形成稳定渗流期采用有效应力法，水位骤降期稳定计算采用总应力法，各种工况计算结果如图1~图4所示。根据坝体抗滑稳定安全系数结果，基本满足规范要求，但安全储备稍显不足，应控制坝体内渗流冲刷，减少稳定身体对坝体的影响，保证坝身的密实度，水库大坝的加固设计应立足于此点进行。

四、水库加固设计

1．坝体防渗墙设计

（1）坝体粘土质砂层坝体粘土质砂层进行劈裂灌浆，坝体劈裂灌浆均采用水泥粘土浆，其中水泥含量控制在15%~20%范围内，泥浆容重应控制在1.6g/cm3左右。成孔均按隔孔跳打方式进行，孔径采用60mm，孔深必须达到设计深度。灌浆时，应先对每序孔轮灌，采用“少灌多复”的方法。每次最大灌浆量根据试验情况及设计要求控制，灌浆次数应通过试验确定，建议每孔灌浆次数大于5次。（2）卵石层中间坝段坝基存在卵石层部位进行高压摆喷灌浆方法。采用三管法，灌浆喷射摆角为35°，钻孔倾斜率不超过1%。高压喷射灌浆均采用水泥浆，其水灰比可为0.6~1.0，浆液密度应控制在1.6g/cm3。孔径应大于喷射管外径20mm以上，孔深须超过设计深度0.3m。根据类似工程经验[4]，高压摆喷施工时应注意漏浆、串孔、终孔等问题。水库坝体主断面设计图如图5所示。

2．溢洪道加固设计

溢洪道不能满足泄洪需求的应拆除重建；局部淤积严重，杂草丛生，应清淤，清杂草。其它段采用C20砼墙加高侧墙。

3．监测设计

水库无监测设施，本次设计增加位移监测及测压管监测，定期观测，掌握坝体位移及坝体内水渗流情况，为水库安全运营提供合理性建议。

五、结论与建议

（1）对于山区水库，当大坝下游坝脚现状为湿地，植被较茂盛，坝体可能存在泄漏安全隐患，应进行加固除险设计。（2）采用防渗墙加固坝身，可控制坝体内水的渗透贯通；高压摆喷灌浆加固坝基卵石层，一方面防止水体在坝基层形成渗流冲刷，另一方面避免水体绕过上部防渗墙进入坝体。（3）对地质相对复杂的水库安全加固设计，坝体稳定性计算应考虑多种工况，最小抗滑安全系数在满足规范的前提下，应预留一定安全储备。

参考文献

[1]李兴灿.水库大坝设计及稳定分析[J].陕西水利，2017，6：87-88.

[2]孛永平，甘磊.申村水库大坝除险加固工程设计[J].水利与建设工程学报，2011，2（9）：80-84.

[3]碾压式土石坝设计规范（DL/T5395-2007）.[4]林树文.高压摆喷技术在病险水库大坝防渗中的设计与施工[J].中国水运（下半月），2015，1（15）：168-169.

作者：王传志 单位：济宁市水利工程施工公司