风岩水库工程稳定安全复核及除险加固设计

　　摘 要：当前，风岩水库均质土坝存在坝坡未闭合影响水库大坝安危、防浪墙高度不满足防洪要求、坝体渗漏破坏等问题。为恢复水库正常蓄水灌溉功能，结合大坝安全复核成果，设计采用增加防浪墙高度和帷幕灌浆的除险加固方案。经详细计算和论证分析表明：设计的除险加固方案合理可行，工程实施后大坝整体安全稳定。

　　关键词：均质土坝;帷幕灌浆;风岩水库

　　1 工程概況

　　风岩水库位于遵义市道真自治县阳溪镇阳溪村，距道真县城36 km，距阳溪镇政府所在地7 km，交通较为方便。水库属长江流域乌江水系芙蓉江支流凌霄河上游，坝址以上集雨面积0.49 km2，主河道长0.977 km，河床平均比降137‰。现状水库死水位1 277.00 m，正常蓄水位1 277.90 m，设计洪水位1 278.43 m，校核洪水位1 278.51 m。水库总库容10.8万m3，兴利库容3.24万m?，死库容5.09万m3，属小(2)型水库。工程以灌溉为主，现状有效灌溉面积14.7 hm2。风岩水库始建于1974年，1976年完工，水库主要功能为灌溉下游14.7 hm2耕地。水库枢纽主要包括大坝、溢洪道、放水设施等建筑物。水库修建运行至今已有40年的历史，仅在2012年对大坝进行了处理，主要处理措施为对原溢洪道进行改造，增设坝顶防浪墙，增设上游面砼预制块护坡，但由于资金限制，所采用的处理措施未延伸至右坝肩，大坝未能形成闭合，严重影响水库的安危。现水库已成为一座病险库，工程效益未能发挥，急需进行除险加固处理，以恢复水库正常供水灌溉功能，提升经济效益。

　　2 大坝稳定安全复核

　　2.1 水库渗漏现状

　　风岩水库自1976年建成至今已运行40年，坝身经过多年沉降之后密实度较好。现场勘查时发现，下游放水闸阀旁存在漏水现象，不排除沿放水管渗漏的可能。由于水库最大坝高只有4.1 m，水库现状水位较低，加上大坝下游耕地土层较厚，因此不排除坝基存在渗漏的可能[1]。此外，在距大坝下游90 m处有一出水点，渗出高程约为1 270.52 m，渗漏量约为0.4 L/s。经询问当地村民得知，该出水点在建坝之前就已经存在，因此可排除该出水点为水库渗漏所形成的。

　　2.2 现状大坝渗流安全复核

　　2.2.1 坝体渗流计算。上下游坝体填筑黏土(黏土夹碎石)渗透系数为5×10-4 cm/s。渗流计算工况为：①正常水位工况为上游正常蓄水位1 277.90 m下形成的稳定渗流;②上游正常水位降落至死水位时的不稳定渗流。坝体渗流计算采用北京理正软件设计研究院编制的理正渗流分析软件(6.0版)。计算结果如表1所示。

　　从计算结果可知，正常水位稳定渗流期坝体单位宽度渗流量为0.041 m3/(d·m)，按坝基宽度23.4 m计算，坝体总渗流量为1.11×10-5 m3/s，即0.011 L/s。水位降落渗流期坝体单位宽度渗流量为0.076 m3/(d·m)，按坝基宽度23.4 m计算，坝体总渗流量为2.06×10-5 m3/s，约0.02 L/s。

　　2.2.2 坝体渗透稳定分析。风岩水库工程等别为Ⅴ等，主要建筑物为5级建筑物，坝体材料及相关参数均采用此次复核实测数据进行计算，计算结果控制指标根据《碾压式土石坝设计规范》(SL 274—2001)，计算坝体在自重、各种情况的孔隙水压力和外荷载作用下的稳定性[2-3]。根据《碾压式土石坝设计规范》(SL 274—2001)，坝坡抗滑稳定最小安全系数为：正常运用条件下，抗滑稳定安全系数为1.25;非正常运用条件下，抗滑稳定安全系数为1.15[4-5]。

　　根据《碾压式土石坝设计规范》(SL 274—2001)的有关规定，对大坝渗流情况进行了计算，结果表明：正常水位稳定渗流期坝体浸润线计算结果说明，主坝下游坡渗透坡降为J=0.41，小于大坝亚黏土允许渗透坡降[J]=0.58;上游水位与坝顶齐平时，渗流期坝体浸润线计算结果说明，大坝下游坡渗透坡降为J=0.45，小于主坝亚黏土允许渗透坡降[J]=0.58，坝体填筑不会发生渗透破坏，坝坡满足规范要求。

　　2.3 现状大坝坝体稳定复核

　　根据《碾压式土石坝设计规范》(SL 274—2001)的规定，考虑坝体运行情况以及可能遇到的最不利情况[6]，拟定以下计算工况：①正常运用条件一，即正常蓄水位情况下稳定渗流期的上、下游坝坡;②非正常运用条件一，即校核洪水位情况下稳定渗流期的上、下游坝坡。正常蓄水位、校核洪水位情况下稳定渗流期的上、下游坝坡，用简化毕肖普法分析，计算成果如表2所示。

　　从表2计算结果可知：在正常蓄水位和校核洪水位稳定渗流期，上、下游坝坡稳定性均能满足规范要求。

　　3 大坝除险加固设计

　　根据安全鉴定结论和工程存在的问题，风岩水库大坝除险加固设计的主要内容为：第一，水库抗洪能力不满足规范要求，应采取工程措施加以处理或设置汛限水位，确保水库安全运行;第二，对坝体应作防渗处理;第三，对大坝上、下游坝坡进行改造。

　　3.1 坝顶高程选择

　　根据大坝安全评价结论及前面调洪计算结果，大坝现状坝顶高程介于1 278.3～1 278.7 m，水库校核洪水位为1 278.51 m。由于左右岸坝顶相对较低，造成坝身未形成闭合，应采取工程措施加以处理，确保水库安全运行。本工程防洪堤按《碾压式土石坝设计规范》(SL 274—2001)的规定，大坝工程为5级建筑物，大坝顶部高程按设计水位高程加坝顶安全超高确定。坝顶高程复核成果如表3所示。

　　现状大坝顶部高程为1 278.3～1 278.7 m，防浪墙顶高程为1 279.2 m，由于左右岸坝顶高程相对较低，大坝中段相对较高，造成坝身未闭合，左右岸坝顶小于校核洪水位，大坝中段坝顶大于校核洪水位，左右岸坝顶高程不满足防洪标准要求;大坝防浪墙顶高程低于设计洪水位加相应的坝顶超高的最大值1 279.49 m，大坝防浪墙顶高程不满足防洪标准要求。

　　根据安全鉴定结论及前述调洪计算，水库大坝不满足抗洪要求。大坝原防浪墙墙顶高程为1 279.2 m，原防浪墙未延伸至右坝肩，不满足防洪要求，因此，考虑将原防浪墙拆除新建，新建防浪墙顶高程定为1 279.5 m。新建防浪墙采用C20混凝土现浇，墙宽0.4 m，高1.1 m，其中，坝顶以上高0.8 m。同时，将大坝右岸坝顶相对较矮的部位加高至1 278.7 m。在坝顶浇筑1.5 m宽人行道，路面为10 cm厚的C20混凝土，路基为10 cm厚的碎石垫层。

　　3.2 坝坡设计

　　根据安全鉴定结论，对上、下游坝坡进行整形护坡。上游坝坡坡比1∶2.5，下游坝坡坡比1∶2。坝坡整治时，先将坝体表面杂物清除，原铺设的混凝土预制块由于未延伸到右坝肩，且时间长久，部分损坏，将其全部拆除，然后再按设计断面进行开挖、回填夯实。大坝上游坝坡施工时上游坝面先铺设10 cm厚粗砂垫层，再安装8 cm厚的C15混凝土预制块。混凝土预制块采取人工挂线铺砌，预制块间缝宽最大为1 cm，采用M10水泥砂浆充填。下游坝坡采用草皮护坡，同时在上、下游坝面均增设人行踏步，在下游坝面与山体接触处及坝脚处设置排水沟。坝坡采用土料夯实回填，填筑土料干容重为1.32 g/cm3，粒径为0.5～2 mm，分层铺筑压实，每层厚0.2～0.5 m(根据压实工具确定厚薄)。

　　3.3 大坝防渗设计

　　3.3.1 水库渗漏现状。实地勘查时风岩水库水位较低，加上坝后土层较厚，未发现明显可见的漏水点，因此不排除有渗漏的可能，已建的放水闸阀旁有漏水现象，不排除沿放水管渗漏的可能。大坝下游约90 m处有一出水点，经询问当地百姓，该出水点在水库建成之前就已经形成，因此可排除是水库漏水所产生。

　　3.3.2 坝区防渗处理设计。根据现场勘查情况，拟对水库大坝采取帷幕灌浆，帷幕灌浆线总体上布置在水库大坝轴线上，以勘探孔压水试验成果及地下水位控制帷幕深度。

　　3.3.2.1 防渗边界、下限的确定。坝区出露岩性为灰岩，为透水层，河床岩体透水率q≤10 Lu的界限为1 264.8 m，左、右岸q≤10 Lu的界限分别为1 274.8 m和1 274.8 m;灌浆孔均须深入岩透水性小于10 Lu岩体3 m以下。施工时，可通过先导孔的压注水试验、灌浆试验、地下水位观测等做适当调整。

　　3.3.2.2 坝基帷幕灌浆设计。坝基防渗帷幕线沿坝轴线布置，左、右岸自坝肩向山体延伸接地下水位与正常蓄水位的交点。设计灌浆线总长136 m。在施工过程中，可根据先导孔的地下水位观测及灌浆试验等优化调整帷幕线端点。

　　帷幕防渗灌浆孔沿截流墙单排布置，孔距均为2 m，Ⅲ序次施工，共布置69个灌浆孔。施工过程中，可根据先导孔的压、注水试验，灌浆试验，将耗灰量过大或地下水位低槽带、破碎带等地段调整为加密灌浆孔。

　　坝基出露地层为相对隔水层，灌浆孔深度按进入岩体弱风化带为下限，起灌高程为1 277.9 m(正常高水位)。在施工中可，根据先导孔的压水试验、灌浆试验等做适当调整。

　　4 结语

　　为确保风岩水库均质土坝除险加固工程设计方案具有较高技术可行性和经济优越性，对大坝病险现状、坝体渗流、坝体渗透稳定及大坝稳定等关键内容进行了认真计算和复核，并结合复核结果，从坝顶高程确定、坝坡处理和大坝防渗等方面对除险加固方案进行了详细论证分析。优选的除险加固方案合理可行，可为大坝安全可靠、高效优质的施工建设提供重要的技术指导。

　　参考文献：

　　[1]袁俊.土坝除险加固设计分析[J].水利科技与经济，2015(12)：41-42，55.

　　[2]叶孝民，王明.探析中小型水库土石坝的除险加固设计[J].江西建材，2015(8)：118.

　　[3]刘亮.关于病险水库除险加固土石坝设计中的几个问题的探讨[J].科技致富向导，2015(15)：213.

　　[4]徐穎，傅志敏.复合土工膜防渗土石坝渗流安全监控指标拟定[J].水电能源科学，2021(1)：83-86.

　　[5]王光霞，万书云，马慧清.土石坝渗流及其控制措施研究[J].四川水泥，2021(1)：323-324.

　　[6]王倩.基于AutoBank的土石坝渗流安全分析研究[J].水利科技与经济，2021(1)：21-26.

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文章名称： 风岩水库工程稳定安全复核及除险加固设计

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