小型水库大坝除险加固工程设计

小型水库大坝除险加固工程设计

曾永定

曾永定

连平县水利水电勘测设计室广东连平517100

摘要：水库大坝作为水利工程中最常见的建筑，在经济社会发展中发挥着重要作用，但是我国不少水库由于使用年限较长、维护不到位等原因，存在较大的安全风险，需要进行除险加固处理，以更好发挥水库功能。本文针对某水库大坝中存在的主要问题，结合该工程的地质条件，分析了小型水库大坝病险加固项目的设计，希望能为有关工程提供帮助。

关键词：小型水库；除险加固；工程设计

0引言

近年来，我国安排投资对重点病险水库进行除险加固，取得了一定的成效。但是，目前迫切需要改造的病险水库仍然为数众多，一些小型水库除险加固工程陆续出新了新兴的大堤裂缝、堤坡冲蚀严重、坝顶高程不够安全的问题。如期完成病险水库除险加固任务是保障人民群众生命财产安全的迫切需要。因此，我们要严格进行水库大坝除险加固设计工作，解决水库大坝的险情问题，保障人们的生命财产安全。

1工程概况

某水库设计总库容为56.4万立方米，兴利库容为47.78万立方米，最大坝高11米，控制灌溉面积2000亩，水库工程规模属Ⅴ等小（II）型。该水库于1999年开始动工，当年建成当年投入运行，2000年5月农场对水库进行了增加坝基水平铺盖防渗膜，水库经过多年的运行，防渗膜已多处破损，库盘渗漏严重。水库大坝坝型为土坝，大坝上游坝坡采用12cm混凝土板防浪护坡，护坡下设20cm厚砂砾石垫层，下游坝坡脚设堆石排水棱体。水库始建时受资金条件及施工技术水平限制，坝基没有进行防渗，水库运行至今渗漏严重，为确保水库安全只能低水位运行。水库存在的诸多缺陷及病患严重影响水库效益的正常发挥，危及了水库大坝的安全运行。

2工程地质条件

水库地处第四系冲积细土地区，由于冲积作用的影响，这里沟谷发育十分强烈，地形高差较大，区内无大的断裂与褶皱。

库区揭露的地层主要第四系冲积—洪积（Q4al+pl）堆积砂类土、粘性土、粉土和第三系泥岩、砂岩组（N1t）。西坝肩及以西的天然库岸均为第三系岩层，岩性为泥岩、泥质砂岩、砂岩。遗址区以砾岩、泥岩为主，西坝肩及遗址区以泥岩向库内延伸，延伸过程中埋深增大，最大深度在30m左右，为相对隔水层，渗透系数很小。库区以及东坝肩上部均为第四系覆盖，覆盖层巨厚，岩性为粉土、砾砂，深部为第三系，其中粉土的渗透系数为4.862×10-4cm/s，砾砂渗透系数为1.2×10-2cm/s。

3工程存在的主要问题

该水库建筑物主要由大坝、放水涵管、引水渠和放水渠组成，目前水库在实际运行中主要存在以下比较突出的问题：

（1）坝基处理质量不合格，坝基的施工中未采取清基措施而直接填坝，导致坝基渗漏量较大，渗透不稳定，而且库盘渗漏严重；

（2）坝体填筑质量不合格，坝体施工时碾压不足，坝体干容重较低，坝体渗透性较大；

（3）水库上游坝坡受风浪冲刷及浪压力破坏，护坡板塌陷断裂，稳定安全性差。

4大坝除险加固设计

4.1基本资料的收集与分析整理

水库大坝除险加固工程的首要环节就是水库大坝的基本资料收集与分析。部分大中型水库在施工时受到多方面条件的限制，边勘探、边设计、边施工导致水库大坝的基本资料不全。而基础资料的质量水平对水库大坝除险加固工程的设计有着直接的影响。因此，在水库大坝除险加固工程的前期阶段必须高度重视基础设计资料的收集、分析与整理工作。

4.2方案比选

4.1.1方案一（上游坝坡复合土工膜防渗+全库盘防渗）

把原有的上游混凝土护坡拆除，在坝坡上铺设复合土工模，选取土工膜规格为2布1膜（200g/0.5mm/200g），HDPE型，膜下铺设2cm厚的M10水泥砂浆垫层，膜上直接浇注厚15cm厚3m×3m的C25F200W6混凝土保护层（见图1）。库盘防渗也采取铺设土工膜的方法，在铺设之前需把库盘淤泥和岸边周围表层腐殖土清除掉，把库盘和岸边边坡进行整平，然后再用夯实机进行夯实，再铺设1层0.3mm厚复合土工膜（1布1膜），在坝脚处，库盘中土工膜和坝体中土工膜焊接起来，形成一个防渗整体，能有效地防止渗漏，延长渗径，减小渗透比降，增加坝体和坝基的渗透稳定性。该方案施工方法较简单、直观，施工质量容易保证。

图2方案二的设计图

方法为：沿着上游坝脚处浇注一混凝土防渗墙，由于坝前水头不高，取墙的厚度为0.5m，深入第三系泥质砂岩1.5m，长度随着坝轴线不断变化，深度为2～30m。防渗墙和上游坝脚处的阻滑墙连接，中间设铜片止水。采用三轴螺旋钻机及SWM工法施工。SMW工法的主要优点在于施工不扰动邻近土体，不会产生邻近地面下沉等危害；钻杆具有螺旋推进翼相间设置的特点，随着钻掘和搅拌反复进行，可使水泥系强化剂与土得到充分搅拌，而且墙体全长无接缝，它比传统的连续墙具有更可靠的止水性；所需工期较其他工法短；废土外运量远比其他工法少。SMW工法的缺点在于施工精度较难保证，柱列间易产生不连续的问题，同时施工时需要大型机械，对施工场地要求高，场地布置困难，且工程造价较高。

4.3比选结果

2个方案的主要工程量和投资见表1。

表1大坝防渗处理措施方案比选表

综上所述，无论从技术、经济和施工难易程度来看，方案一要比方案二可行，可以节省投资47.67万元。因此，水库大坝除险加固选选方案一：上游坝坡复核土工膜防渗+全库盘防渗方案。

5实施效果

目前该工程已经施工完毕，并通过了有关部门的验收。该工程除险加固后，主要是恢复原来的水库的蓄水供水功能，提高农业灌溉的工作效率，改善农村用水。现在蓄水高程已达到正常蓄水位775m，水库的渗漏量也大大减少，从原来的单宽渗漏量为29.8m3/d?m减小到0.8m3/d?m。

6结语

综上所述，该水库大坝除险加固的成功证实了上游坝坡复合土工膜防渗+全库盘防渗方案的可行性。并且该方案的施工简单，施工质量容易保证，可以被应用到其他类似的小型水库大坝的除险加固设计当中，解决水库大坝出现险情的问题，保障水库的正常功能和民众的生命财产安全。

参考文献：

[1]慎金燕.浅析小型水库的除险加固工程设计[J].江西化工.2013（04）

[2]姚小丰，胡长江.水库大坝除险加固工程设计探究[J].河南水利与南水北调.2013（02）