【導(dǎo)讀】養(yǎng)魚等綜合功能的小型水庫。大壩建成多年以后，出現(xiàn)許多的險情，主要表現(xiàn)為壩體壩?；鶟B漏，溢洪道沖刷嚴重，放水設(shè)施老化嚴重。針對該問題，本次設(shè)計重點是對水庫的除險。壩體要進行滲流分析和壩體加高方案確定，完成壩體的滲流分析和穩(wěn)定分析，并完。成壩體加固設(shè)計，起到保障下游城鎮(zhèn)居民生命財產(chǎn)安全的作用。

　　

【正文】 4 主要建筑物分析加固設(shè)計 工程存在問題 大壩及壩基 大壩： 大壩為 均質(zhì)土壩，最大壩高 ，壩長 150m，壩頂寬 ， 壩頂高程 為 ，壩頂為砼路面。上游壩坡：上游壩坡坡比為 1:，壩面為砼襯砌。下游壩坡：馬道（高程 ，寬 ）以上坡比為 1： ，馬道以下坡比為 1:3，馬道以上壩面為砼框格草皮護坡，馬道以下壩面為草皮護坡，馬道未襯砌，壩坡存在大面積散滲現(xiàn)象。 壩基： 據(jù)現(xiàn)場長期觀察，大壩壩腳未發(fā)現(xiàn)散浸現(xiàn)象及集中滲漏現(xiàn)象出現(xiàn)。壩基基礎(chǔ)持力層為泥質(zhì)粉砂巖，巖層緩傾，原修建水庫清基較徹底，壩體與壩基接觸帶銜接較好，運行多年 21 未發(fā)現(xiàn)壩基滲漏現(xiàn)象。 溢洪道 溢洪道位于大壩右岸，為開敞式正堰，堰頂高程為 ，堰頂凈寬 ，溢洪道全長 130m。溢洪道 底板及跌水沖毀嚴重。 放水設(shè)施 放水設(shè)施為漿砌條石臥管和涵管，臥管及涵管斷面尺寸均為 米，最大放水流量 立方米 /秒。據(jù)調(diào)查了解，放水設(shè)施人行便橋欄桿銹蝕嚴重，放水設(shè)施三個放水孔啟閉閘門損壞，無法正常啟閉。無滲漏現(xiàn)象。閘房存在漏雨現(xiàn)象。 水庫無水、雨情、沉降位移及滲流等觀測設(shè)施；水庫管理房面積較小且老化嚴重。 設(shè)計依據(jù) 設(shè)計基礎(chǔ)資料 （ 1）四川省農(nóng)田水利局《關(guān)于 2020 年 小型病險水庫除險加固工程初步設(shè)計報告編制大綱的通知》（川農(nóng)水水庫 [2020]77 號）； （ 2）《四川省水利廳關(guān)于實施病險和病險水庫 “清水工程 ”的通知》（川水函 [2020]911號）； （ 3）涪城區(qū)水務(wù)局提供的 普查 資料； （ 4）水庫實測地形資料 、地質(zhì)勘察資料 及收集的其他相關(guān)資料。 總體設(shè)計方案 對右壩肩及壩后排水溝清淤并襯砌。 對大壩 K0+010~K0+122段采用充填灌漿對壩體進行防滲處理。 對馬道及馬道以下壩體進行平整，平整后，在馬道上鋪設(shè) ，在砂墊層上澆筑 ，馬道兩側(cè)增設(shè) C20砼現(xiàn)澆齒墻，尺寸為 （寬高），馬道 以下設(shè)貼坡排水體，由 、 （見詳圖）。拆除重建損壞段 10m長壩下涵管，采用漿砌條石進行襯砌。 22 庫區(qū)右岸邊坡垮塌段增設(shè) 50m長 C20埋石砼現(xiàn)澆擋土墻。 拆除溢洪道底板及跌水，采用 C20砼現(xiàn)澆溢洪道底板及跌水，澆筑厚度為 。 更換放水設(shè)施三個放水孔的啟閉閘門和鋼絲繩，拆除人行便橋已損壞欄桿并增設(shè)不銹鋼欄桿，長 60m，對閘房頂做漏水處理。 對大壩下游壩坡進行白蟻整治。 增設(shè)水位及雨量觀測設(shè)施， 增設(shè)動態(tài)監(jiān)管預(yù)警系統(tǒng) 。拆除已老化管理房并新建 60 m2管理房。 擋水建筑物 設(shè)計資料 （ 1）洪水標準：按 20 年一遇洪水設(shè)計， 200 年一遇洪水校核。 （ 2）整治后特征水位及庫容： 校核洪水位為 ，總庫容 萬 m179。；設(shè)計洪水位為 ，相應(yīng)庫容 萬 m179。；正常蓄水位 ，正常庫容 萬 m179。； 死水位 ，相應(yīng)庫容 萬 m179。 （ 3）壩頂安全加高：正常運用情況取 m；非常運用情況取 。 （ 4）壩坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)（采用瑞典圓弧法）：正常運用條件， [K]=；非常運 用條件 Ⅰ ， [K]=。 （ 5）庫區(qū)多年平均最大風速 V=14m/s； 設(shè)計方案比較 大壩經(jīng)安全鑒定以后，確定了浸潤線逸出高度。整治設(shè)計根據(jù)施工、造價等各方面的比較工作，根據(jù)大壩現(xiàn)在的實際情況，深入分析產(chǎn)生的原因，綜合相關(guān)要求， 采用充填灌漿對大壩進行防滲處理。對全壩段壩體采用充填灌漿進行防滲，根據(jù)綿江水庫工程地質(zhì)勘察報告，壩基為弱透水層，故灌漿至壩體與壩基相交位置，灌漿孔布一排，孔距 2m。 除險加固設(shè)計 根據(jù)大壩存在的病險情況，整治方案如下： 對右壩肩及壩后排水溝清淤并襯砌 。其中，壩后排水溝長 66m，壩肩排水溝長 100m， 23 渠道尺寸為 （寬高），渠道邊墻及底板均采用 C20砼現(xiàn)澆，其中，邊墻厚 ，底板厚 ，每 10m設(shè)一分縫，采用瀝青木板填縫。 對大壩 K0+010~K0+122段采用充填灌漿對壩體進行防滲處理。在壩頂布一排灌漿孔，孔距 2m； 大壩下游壩坡在馬道（高程 ，寬 ）以上坡比為 1： ，采用框格草皮護坡，馬道以下坡比為 1:，壩面為草皮護坡，其壩腳上有平臺，其外為堆石排水體。 現(xiàn)壩體在樁號 0+020～ 0+112段、高 程 ～ ，目測流量 ～。 灌漿設(shè)計： （ 1） 充填灌漿孔的布置 灌漿孔沿原壩軸線布置，大壩壩體中段整治后沿軸線的灌漿布置長度 112m，布置 61孔， 5 個檢查孔。 （ 2）造孔 ①孔徑：造孔應(yīng)按照分序進行，孔徑采用 50100mm； ②孔向：造孔應(yīng)保持鉛直，偏斜度不大于孔深的 2%； ③基礎(chǔ)鉆孔用水沖洗，但壓力不得超過設(shè)計壓力； ④造孔時應(yīng)做好記錄，發(fā)現(xiàn)特性情況應(yīng)進行分析處理。 根據(jù)《 SL26688》規(guī)范規(guī)定，終孔距離為 12，本次設(shè)計采用 2m。 （ 3）充填灌漿深度 充填灌漿底部緊接壩基 弱風化線 的頂部。 （ 4）灌漿土料 材料主要選擇粉質(zhì)粘土，要求土料顆粒細 。 ① 灌漿土料物理力學(xué)性能指標如表 41。 24 表 41 灌漿土料物理力學(xué)指標 項 目 充填式灌漿 塑性指標（ %） 10～ 15 粘粒含量（ %） 20～ 45 粉粒含量（ %） 40～ 70 砂粒含量（ %） ＜ 10 有機質(zhì)含量（ %） ＜ 2 可溶鹽含量（ %） ＜ 8 ② 為加速漿液凝固和提高后期強度可摻入 5%～ 10%的水泥。同時為了提高泥漿的流動性，同時為了提高泥漿的流動性，可摻入干土重的 %～ 1%的水玻璃。 以上摻量可以通過試驗確定。 表 42 漿液的物理力學(xué)指標 項 目 充填式灌漿 容 重（ t/m179。） ～ 粘 度（ s） 20～ 70 穩(wěn)定性（ g/cm179。） ～ 膠體率（ %） ＞ 70 失水量（ cm179。/30min） 10～ 30 （ 5）灌漿方法和次序 充填灌漿采用三序孔逐漸加密進行。每孔每次平均灌漿量每米深應(yīng)控制在 ～ 179。，若遇洞穴可適當增加灌漿量和提高漿液的濃度。 （ 6）灌漿壓力 灌漿壓力系指灌漿管上端孔口壓力，一般最大允許灌漿壓力可在現(xiàn)場試驗確定，也可按《 土壩壩體灌漿技術(shù)規(guī)范》附錄三推薦的估算公式進行估算。 孔口壓力一般小于 104pa，最大允許灌漿壓力 △ P 現(xiàn)場確定，以不破壞壩體為準。 （ 7）施工技術(shù)要求 ①嚴格按照《土壩壩體灌漿技術(shù)規(guī)范》（ SD26698）要求進行施工； ②充填式灌漿采取分段灌注法，由下至上，下套管分段灌注，灌注長度 510m； ③加壓充填灌漿應(yīng)盡量避免壩面出現(xiàn)裂縫，應(yīng)控制好灌漿量及灌漿壓力，每次灌漿次數(shù)應(yīng)通過試驗確定，一般為 510 次； ④灌漿中應(yīng)先對第一序孔輪灌采取少灌多復(fù)的辦法，待一序孔結(jié)束后在進行下序孔灌 25 漿； ⑤為防止發(fā)生意 外，充填灌漿應(yīng)盡量選擇在非汛期的低水位進行，并加強安全觀測； 對馬道及馬道以下壩體進行平整，平整后，在馬道上鋪設(shè) ，在砂墊層上澆筑 ，馬道兩側(cè)增設(shè) C20砼現(xiàn)澆齒墻，尺寸為 （寬高），馬道高程為 ，馬道以下、 ，由 （粒徑 ~2mm）、（粒徑 2mm~7mm）及干砌條石組成，貼坡排水坡比為 1： 3（見詳圖）。漿砌條石深入 ，拆除重建損壞段 10m長壩下涵管，采用 漿砌條石進行襯砌。涵管尺寸為 （寬高）。 庫區(qū)右岸邊坡由于土質(zhì)松動造成邊坡垮塌約 50m長，垮塌高程為 ，本次設(shè)計增設(shè) 50m長 C20埋石砼現(xiàn)澆擋土墻。擋土墻地下埋深 ，地面以上高度為 ，頂寬，底寬 ，內(nèi)坡側(cè)垂直，外坡側(cè)坡比為 1： ，前腳齒墻寬 ，高 。 白蟻治理 （ 1）設(shè)誘殺坑 在大壩外坡白蟻活動區(qū)域，根據(jù)白蟻危害程度和地形條件來確定，設(shè)置誘殺坑，規(guī)格為 (40cm*30cm*30cm),坑挖成后，動用生物學(xué)和生物遺傳學(xué)原理，用白蟻 喜食的飼料調(diào)配拌滅蟻粉，此藥高效，低毒，對人畜無害，符合國家藥物標準，投入坑內(nèi)覆蓋好．白蟻有互相舔食的生活習性，取食這種慢性胃毒觸殺劑的白蟻，在返回巢內(nèi)途中一周左右傾巢死亡．設(shè)置這種高效低毒的誘殺坑，有良好的引誘性和毒力傳遞性，達到最佳誘殺效。 （ 2）壩體打孔灌藥 在大壩外坡，有鋼纖打孔，孔深 70cm，孔距為隱患中心點 1m，排距 ，呈梅花狀分布，灌入水劑藥吡蟲啉，每孔施藥，使藥物深度浸潤滲透土壤之中，不易揮發(fā)，形成十分均勻的毒土網(wǎng)，滅殺清挖過程中遺漏的幼齡巢和殘余白蟻，有效地預(yù)防周山繁殖蟻飛來壩體營巢 。 （ 3）設(shè)隔離溝 控制白蟻進入大壩的關(guān)鍵是：必須建立隔蟻帶，以阻止其周邊白蟻蔓延進入大壩，因為進入壩體的白蟻主要來源于壩兩頭的壩山結(jié)合部等區(qū)域，所以必須切斷白蟻從大壩兩端進入壩體，在大壩兩端壩山結(jié)合部位設(shè)立防蟻隔離帶，用寬 、深 溝，無間斷， 26 用高效、低毒、藥效殘留期較長的吡蟲啉，加大正常使用深度，按 ％深度 2～ 3 次對溝底及溝兩壁進行噴灑，然后藥物伴土回填，以阻止周邊白蟻再次向大壩入侵蔓延，形成一道不可穿越的藥物屏障、用效的毒土防護屋。 通過上述治理后，保證其效果能達到 98%，從而杜絕白蟻對 大壩的危害。 大壩滲流計算 （ 1）計算模型及程序說明 對于符合達西定律的二向均質(zhì)、各向同性土體的滲流，當土體已完全固結(jié)時，其水頭函數(shù)符合拉普拉斯方程式： 22???h+22zh?? =0，與之相應(yīng)的定解條件為： （ 41） 初始條件： ),(0 ozhht ??? ； 邊界條件：水頭邊界： ),(1 tzhh tt ??? 流量邊界： ),(2 tzhqtnhkn ????? z：坐標位置高程 q：自由面下降或上升時從自由邊界流入或流出滲流場的單寬流量 本次滲流計算分析采用北京理正軟件設(shè)計研究院編制的土石壩二維滲流計算程序，該軟件基于二維穩(wěn)定 —非穩(wěn)定滲流理論，用有限元法求解滲流水頭并計算滲漏流量。 （ 2）計算斷面及參數(shù)的選擇 ① 計算斷面 大壩滲流計算選取老河床斷面進行驗算，此斷面也為最大壩高斷面，分析認為采取此斷面進行滲流分析計算，基本可反映整個大壩的滲流性態(tài)。 ② 滲透分區(qū)及滲透系數(shù) 現(xiàn)狀：大壩典型斷面的滲透分區(qū)是以水庫存檔資料、地質(zhì)調(diào)查 、土工試驗及大壩質(zhì)量評價為基礎(chǔ)，并結(jié)合現(xiàn)場檢查和多年運行情況來確定，共分兩個區(qū)。其中大壩壩體一個區(qū)， 27 大壩壩基一個區(qū)。 整治后 ： 本次整治設(shè)計大壩 ，共分 二個區(qū) 。其中大壩壩體一個區(qū)，大壩壩基一個區(qū) ，其中壩體和壩基區(qū)滲透指標與現(xiàn)狀一致。 各分區(qū)滲透系數(shù)取值采用室內(nèi)土工試驗成果結(jié)合經(jīng)驗取值，且綜合施工回憶及運行期大壩質(zhì)量檢查而確定。各分區(qū)的滲透系數(shù)取值詳見 下 表。 表 43 綿江水庫 大壩典型斷面各分區(qū)滲透指標表 部位 分區(qū) 滲透系數(shù)（ cm/s） 壩體填筑土 K1 10 4 壩基巖層 K2 10 5 ③ 允許坡降 按照《碾壓土石壩設(shè)計規(guī)范》（ SL2742020）規(guī)定，允許滲透坡降由下式計算： [J]=(Gs1)(1n)/K （ 42） 式中 :Gs—— 表層土的土粒比重； n—— 表層土的孔隙率，經(jīng)綜合分析，壩體土的孔隙比 e=，計算的孔隙率n=e/(1+e)=； K—— 安全系數(shù)，取 ～ 2，此次取 2； [J]=()()/2=。 （ 3）荷載組合 （計算工況） 根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》（ SL2742020）的規(guī)定，土壩滲流計算應(yīng)考慮水庫運行中出現(xiàn)的不利條件，本次滲流計算中考慮了下列水位組合： ① 上游正常蓄水位與下游相應(yīng)水位； ② 上游校核洪水位與下游相應(yīng)水位； ③ 庫水位降落時上游壩坡穩(wěn)定最不利的情況。 （ 4） 穩(wěn)定滲流計算結(jié)果 分別對現(xiàn)狀與整治后的大壩按不同工況組合進行計算，繪制各種工況下的大壩浸潤線 28 及等勢線圖。 ① 現(xiàn)狀：現(xiàn)狀大壩最大滲透坡降值及滲流量值見 下 表。 表 44 綿江水庫大壩典型斷面滲流計算成果表（現(xiàn)狀） 計算工況 滲透坡降 J 允許滲 透坡降 [J] 出逸點高程（ m） 正常蓄水位 校核洪水位 校核洪水位降至 死水 位 (上游坡 ) / ② 整治后：整治后大壩最大滲透坡降值及滲流量值見 下 表。 表 45 綿江水庫大壩典型斷面滲流計算成果表（整治后） 計算工況 滲透坡降 J 允許滲透坡降 [J] 出逸點高程（ m） 正常蓄水位 校核洪水位 校核洪水位降至 死水 位 (上游坡 ) / 據(jù)大壩滲流計算分析，大壩各種工況下的滲透坡降值均 大 于允許滲透坡降值， 整治后出逸點 無保護措施 ，會發(fā)生滲透破壞 ，本次除險加固新增貼坡排水保護出逸點 。 大壩穩(wěn)定計算分析依據(jù)和條件 （ 1）計算目的 壩坡穩(wěn)定復(fù)核計算的目的在于判別壩體在自重、各種情況的孔隙壓力和外荷載