水库大坝除险加固篇1
1工程概况
惠安县菱溪水库位于泉州市泉港区涂岭镇驿坂村菱溪中游，工程规模为中型水库，等别为Ⅲ等，主要建筑物为3级;坝址以上流域面积51.2km2(包括上游兴建的陈田水库，控制流域面积29.2km2)，总库容3080万m3，其中:兴利库容1681万m3，死库容215万m3。菱溪水库于1956年1月8日动工，枢纽工程于同年6月6日竣工，并关闸蓄水投入使用。建库60多年来，随着经济社会的发展，水库功能也在不断地调整和变化。从建库伊始比较单纯的防洪、灌溉，到上世纪改革开放之初的防洪、灌溉、发电和水产养殖，再到现在的防洪、工业、生活供水和灌溉等。水库目前除了承担着惠安县、泉港区766.67hm2的农田灌溉任务外，重点是保障惠安县、泉港区和福建联合石化的工业、生活用水等需求。水库建设时设计洪水标准为500a一遇，校核洪水标准为10000a一遇。2000年12月，福建省水利厅水利管理中心依据《防洪标准》GB50201－94规范，对菱溪水库洪水标准进行复核，复核结果为:校核洪水标准为1000－2000a一遇，设计洪水标准为50－100a一遇。由于水库位于梯级水库的下游(上游为陈田水库，中型，Ⅲ等，3级)，涉及人口4.5万人，耕地2000hm2、围垦区3000多公顷以及重要的交通枢纽，包括:漳泉肖铁路、沈海高速公路、324国道、福厦高速铁路等的安全。因此，2012年水库安全鉴定时，洪水标准取“防洪标准”相应等级的上限，即设计洪水标准为100a一遇，校核洪水标准为2000a一遇。水库枢纽工程由坝后厂房、大坝、溢洪道、输水涵洞等组成。大坝为黏土心墙多种土质坝，坝高37.4m(原高34.9m)，坝顶长180m、宽6m。防浪墙为浆砌条石体，高1.5m，上下游背水坡、迎水坡均为块石干砌护坡。大坝历年累计沉陷为645.5mm。输水涵洞建在左岸岩盘上，为无压钢筋混凝土圆管，长127.4m，内径2m。兴建坝后电站时用钢板套砌长84m，内径1.9m，设计输水能力为10.5m3/s。放水塔为无压混凝土八角型水塔，高21m，内径2m，壁厚0.4－0.5m。进水口为铸铁平板闸门，分上、下二层，7个放水孔，启闭设备为5t手摇螺杆启闭机。溢洪道在大坝北面约500m处，进口为开敞式宽顶堰，基础系开炸的天然岩石，全长520m，平顶段挖深20m、宽64m。保坝加固后，两岸加砌挡土墙，高6m，总长160m。砂壤土与黏土心墙之间设置砂砾石排水层。
2大坝主要存在问题
惠安县菱溪水库大坝经安全鉴定，并于2013年1月报经水利部大坝安全管理中心核查(坝函【2013】338号)，认定为三类坝。菱溪水库枢纽工程由大坝、溢洪道、输水涵洞等部分组成。水库自投入运行近60a以来虽未发生垮坝等重大事故，但由于建设时期的历史原因以及当时的设计技术水平和经济条件，工程施工质量存在着先天性的不足，加上运行多年，水库坝体、基础及左右岸坡在渗流方面出现不同程度的渗漏问题。根据2012年12月泉州市水利局的《大坝安全鉴定报告书》:
1)大坝坝体、坝基渗透系数偏大，存在防渗薄弱点;大坝迎水坡、背水坡干砌块石局部松动、变形;坝顶为土质路面，没有防护;过坝渠道位于大体积的堆石体上，易产生渗漏，影响大坝渗流性状态。
2)放水塔结构抗震不安全;放水涵洞套管段顶部未回填密实，末套管段接缝漏水，涵洞四周与坝体接触带出现渗透异常，影响大坝安全。
3)溢洪道底板未衬砌，易长杂草影响泄洪;溢洪道末端的冲刷有不断加剧和延伸的趋势，冲刷的风化石会淤堵在下游河道，影响下游村庄的防洪安全。
4)放水塔螺杆启闭机老化严重，螺杆锈蚀变形;铸铁闸门锈蚀严重，开关不灵活。观测设施落后，没有水文、洪水调度预报系统;坝区管理站防汛综合楼老化严重，屋面板有多处裂缝且面层脱落;溢洪道值班房破损，屋顶变形坍塌［2］。5)大坝至溢洪道的防汛道路等级太低，路面坑洼不平，路况较差，防汛交通不方便。经安全鉴定评定菱溪水库大坝为三类坝，需进行除险加固工作。
3除险加固方案
大坝:挡水建筑物为黏土心墙多种土质坝，坝长170m，坝高37.4m(建库时为34.4m，1977年保安加固，坝体培厚加高3m)，坝顶宽6m，防浪墙高1.2m，大坝级别为3级;坝基为花岗岩，采用浆砌条石齿墙防渗;大坝迎水坡采用干砌块石护坡，从上至下坡比为1∶2、1∶3.4、1∶4，在51.9m和44.64m高程处各设有一道平台，宽度分别为1.5m和2m;大坝背水坡采用干砌块石护坡，从上至下坡比为1∶1.9、1∶2.0、1∶1.5、1∶2.0，在47.4m高程处设有一道宽度为2m的平台，在42.8m高程处设有过坝渠道，为梯形断面，底宽为2.3m，边坡坡比为1∶1，过流面为混凝土衬砌，最大过水流量为8m3/s;背水坡坝趾处设有级配块石排水棱体和量水堰。
3.1大坝防渗处理工程布置
根据大坝坝体、坝基存在的渗漏问题，需对大坝坝体、坝基进行防渗处理.坝体采用高压旋喷桩防渗墙，坝基及坝肩进行帷幕灌浆形成大坝垂直防渗墙。坝体高压旋喷桩防渗墙采用两排布置(桩号G0－022.42－G0+176.62)，其中第一排沿坝轴线上游5.0m布置，第二排沿第一排轴线上游0.45m，第一排桩顶高程60.42，第二排桩顶高程50.0－60.42m;旋喷桩桩径为0.6m，孔距为0.5m，排距0.45m，两排桩端均伸入弱风化花岗岩上限;坝基及坝肩进行帷幕灌浆，沿坝轴线布置，两岸各向坝肩延伸，左岸延伸27.1m，桩号B0+023.00至桩号G0－004.10(B0－004.10)，右岸延伸25.27m，桩号B0+170.00至桩号G0+195.27(B0+195.27)。帷幕灌浆为单排布置，灌浆孔距为1.5m，深入基岩相对隔水层界限(q≤10Lu)5.0m，灌浆压力0.5MPa－1.0MPa。
3.2坝身结构改造工程布置
1)坝顶改造:坝顶路面设计为彩色沥青路面，上游侧拆除重建防浪墙，下游侧C20素混凝土排水沟锁边，排水沟内边缘侧设置青石栏杆。
2)上游护坡:上游坡面高程44.64m以上的干砌块石拆除重建，新护砌护坡面层为25cm厚修边干砌条石，之下铺设15cm厚碎石垫层，底层铺设15cm厚中粗砂垫层［3］。
3)下游护坡:将背水坡现有的干砌块石护坡拆除重建，新护砌护坡面层为25cm厚修边干砌条石，之下铺设10cm后碎石垫层，底层铺设10cm厚中粗砂垫层。在背水坡47.40m马道以上坡面位置设置“菱溪水库”四个大字，由1m×1m花岗岩板材拼装成长、宽均为6m的字样。
4)下坝台阶:拆除现状下坝台阶，在坝体与两岸交接处、迎水坡桩号B0+065.00、B0+107.70及背水坡桩号B0+040.00、B0+130.00处各设一道下坝台阶，采用机砌花岗岩砌筑。
5)背水坡排水沟:在背水坡坝体与两岸交接处台阶外侧各设一道排水沟。
6)大坝输水涵洞封堵:采用C25泵送混凝土(低热微膨胀水泥)对原输水涵洞进行封堵并对涵洞迎水坡部分管壁周围进行充填灌浆处理，同时为了进一步加强截水效果，在涵洞穿坝顶段，结合大坝高压旋喷防渗，在涵洞两侧各布置一排旋喷桩防渗墙。
7)其他:在迎水坡高程56.00m处设一道汛限水位标志，采用宽50cm，长116.0m，厚5cm的红色青石板;更换原水位柱尺，沿坝坡每隔1m设置一根青石柱(长×宽×高=0.15m×0.15m×1.0m)，共计23根，表面采用搪瓷反光水位尺。
4结论
1)靠近下游侧的测点水位与库水位相关性稍差，位势72%以上，心墙内靠近上游坡的测点水位与库水位相关密切，相应的位势值均在85%以上，心墙内所有测压管水位与库水位相关性均较好。
2)砂卵石层排水效果良好，排水层内各测点水位值比较稳定，变幅小。
3)主坝心墙、代替料、砂砾石、坝基及坝肩部位均布设渗流监测设施，监测设施布置合理，资料完整，对大坝安全运行与管理起到重要作用。因此，菱溪水库心墙上部抗渗稳定性较心墙设计值降低，在水位高的情况下运行，安全系数较小，为保证大坝安全运行，建议加强对大坝进行安全监测并及时处理分析，对大坝心墙上部采取垂直防渗措施，对该大坝及时防渗加固是十分必要的。
通过对菱溪水库大坝的分析研究，可知大坝的工作状况，不但可以为工菱溪水库大坝监测提供依据程的和科学管理;也为将来菱溪水库大坝的升级提供参考;进而为土石混合坝的渗流分析提供参考与借鉴。由于土石坝工程情形复杂和机具、材料等具体条件的多变性，以及土石坝加固方法很多且都有其适用范围、局限性和优点，因此，对每一具体工程病害都应进行仔细分析，从工程病害情况、加固要求、工程费用以及材料、机具来源等方面进行综合考虑，避免盲目倾向。土石坝是一种普遍的坝型，我国早期兴建的土石坝由于设计、施工、管理等种种原因，经过多年运行，渗漏问题严重，亟待解决。在我国水利工程不断发展的今天，有效的控制和防治土石坝渗透变形，土石坝防渗变形的防治工作已经迫在眉睫。一定要选择土石坝自身防渗变形的合适方式方法，以延长土石坝的寿命。
作者:林惠群 单位:惠安县惠女菱溪陈田库区事务所
水库大坝除险加固篇2
水库是常见的水利工程，水库大坝修建可以改善水资源时空分布条件，降低汛期洪涝灾害，减少枯水期干旱缺水情况［1-2］。水库对农业发展具有较强的促进作用，上世纪我国农业发展迅速，为此修建了大量的水库，在长期使用过程中，大量的水库出现渗漏、破损等现象，水库效益明显下降，同时威胁到下游居民的安全。针对这一类型水库进行除险加固治理是十分必要的，可以提高水库效益，改善大坝安全性不足的现状［3-6］。目前，常见的除险加固方法包括:拆除重建、加高加厚、增设防渗体等［7-10。不同的方法适用于不同的大坝，其中拆除重建方法投资大、工期长，针对破损极为严重的坝体适应性较强。加高加厚、增设防渗体等方法在一般病险水库大坝除险加固工程中使用较多。
1概况
鸡心石水库位于惠阳区秋长镇，东江水系淡水河左岸双田水出口处。坝址以上干流总长为10.16km，总集雨面积22.2km2，其中库区为16.05km2，正常蓄水位55.00m，库容1006×104m3;设计洪水水位57.77m，库容1243×104m3。是一宗以灌溉为主，结合防洪、发电、养殖等综合利用的中型水库。主坝长165m，坝顶宽5.00m，坝顶高程60.00m，最大坝高33m。副坝长158m，坝顶宽5.00m，坝顶高程60.00m，最大坝高18m。
2水库大坝安全复核成果
主坝坝顶宽度偏小，坝体单薄，坝顶宽度仅有3.2m，坝顶高程为60.0m。主坝坝坡偏陡，实测上游坝坡分别为1∶2.50、1∶3.0;下游坝坡分别为1∶1.5、1∶2.75、1∶3.0。通过对现有坝坡进行稳定分析计算，其上、下游坝坡最小抗滑稳定安全系数均小于规范要求的最小安全系数。主坝上游护坡受多年风浪冲刷和坝体沉陷影响，护坡块石不规则、凌乱且厚度不够，护坡块石高低不平，凹陷深度最大达0.5m。护坡石的反滤层部分排水失效。主坝坝体、主坝右坝头渗流问题突出，坝体填土含砂砾多、松散，主坝主河床段存在强透水的砂卵石层，主坝与副坝之间的长条山山坡与主坝右岸坡、副坝左岸坡接触带处理不彻底，长条山边坡的残积土、全风化、强风化层渗透性强，存在集中渗流或绕渗的可能。应对坝体、坝基及坝岸作防渗处理。坝体透水性较大，其渗透系数为4.3×10－3cm/s，实测坝的渗漏量偏大，坝后坡脚反滤体部分排水失效。
3除险加固方案分析
3.1加固方案比选
主坝加固方案有3种:(1)方案一:后坡培厚施工工艺:按常规做法进行坝体加固，施工容易。(2)方案二:前坡土工膜防渗施工工艺:鸡心石水库主坝前坡土工膜防渗采用两布一膜(PE)复合土工膜，其中无纺土工布采用300g/m2的规格，直接铺设在坝坡上，上垫层为现浇砼板(厚150)护坡，下垫层铺粗砂(厚150)，土工织物厚度为5mm。(3)方案三:前坡粘土斜墙防渗施工工艺:坝体填粘土，现场压实，施工要求较高。不同方案比选见表1。
3.2加固效果分析
3.2.1加固方案及计算参数
(1)坝顶高程取60.0m，坝基高程为27.0m，最大坝高为33.0m，属中坝。(2)为满足防汛和今后水库开发利用，坝顶宽取7.0m，沥青砼路面，坝顶设50cm高防浪墙。(3)坝坡:上游坝坡自上而下分别为:1∶2.5、1∶3.0、1∶3.5，变坡处高程为50.0、32.0m。下游坝坡自上而下分别为1∶2.5、1∶3.0、1∶3.25，变坡处高程为50.0m和42.0m，并在变坡处均设一平台，宽取2.0m。鸡心石水库大坝岩土体参数见表2。
3.2.2渗流稳定性分析
渗流是水库大坝常见的破坏形式，通过建立数值模型分析不同工况下鸡心石水库大坝的渗流情况。计算结果如图1所示，见表3。计算结果表明:加固后鸡心石水库大坝渗流安全满足相关要求。
3.2.3坝坡稳定性研究采用AutoBank7.7计算大坝稳定性，如图2所示，计算参数见表2。不同工况下鸡心石水库大坝坝坡稳定性计算成果见表4，计算结果可知，不同工况下坝坡稳定性满足要求。
4结语
鸡心石水库大坝修建时间较早，受限于当时的科技、经济发展水平，大坝修建质量较低，在长期使用中出现了一定程度的破损，大坝安全风险较高、工程效益下降。因此，为降低工程安全风险，保证下游居民安全，提高防洪、蓄水效益，鸡心石水库大坝需采取除险加固工程措施。通过方案比选，采用后坡培厚方案工程投资低、施工简便，作为推荐方案。通过分析加固后坝坡的渗流、稳定性情况，加固后的鸡心石水库大坝渗流及坝坡稳定性均满足相关要求。
作者:曾强 单位:深圳市广汇源环境水务有限公司
水库大坝除险加固篇3
1工程概况
南乔河发源于临汾市尧都区卧虎山东侧李子角东沟内，属于黄河流域汾河水系。水库位于临汾市尧都区县底镇城隍村南约1.2km的南乔沟内，是一座以灌溉为主兼有防洪、养殖的小(2)型水库，水库坝址以上控制流域面积8km2。该水库建成于1973年，水库枢纽由大坝、溢洪道、泄洪洞组成。大坝为均质土坝，最大坝高16m，坝顶高程为573.5m，坝顶长109m，坝顶宽3m。溢洪道位于大坝左岸，宽浅式矩形断面，进口底高程571m，进口宽度约6m，纵坡0.23，全部为土基且未按原设计开挖，无衬砌及消能设施。泄洪洞位于大坝左岸，进口损坏严重，进口底高程563.5m，洞身为宽1.2m，高1.5m的城门洞型，洞身长56m，纵坡1/47，最大泄量4.5m3/s。
2工程现状存在的主要问题
水库运行30多年来，为水库附近农村农业增产、农民增收作出了巨大贡献，但因水库先天条件不足，加之年久失修，水库现状主要存在以下问题:①大坝防洪不满足200a一遇洪水校核标准;②坝顶宽约3m，坝顶及上下游坝坡有多处损坏;③溢洪道现状尺寸不规则，为土基，无衬砌及消能设施;④泄洪洞进口损坏。
3除险加固工程建设内容
2009年山西省水利厅对南乔水库进行了大坝安全鉴定，安全鉴定结论为三类坝，并提出水库除险加固意见和建议。主要内容有:①大坝整治工程;②溢洪道改建工程;③泄洪洞改造工程。
4除险加固措施
4.1大坝整治
4.1.1现状大坝概况
南乔水库大坝为均质土坝，坝顶高程573.5m，坝顶长109m，坝顶宽约3m，最大坝高16m。上游坝坡坡比1∶2，上游坝坡干砌石护坡损坏严重。下游坝坡分为二级，一级坝坡坡比1∶2，设4m宽马道，二级坝坡坡比为1∶2.5，下游坝坡无护坡，杂草丛生。坝顶无防浪墙，路面为原填土面。经计算坝坡稳定安全系数不满足规范要求，故需对大坝进行整治。根据《小型水利水电工程碾压土石坝设计导则》(SL189－96)6.2.1条规定，坝顶宽度可采用3－6m，坝顶宽度满足导则要求，故只需对大坝上下游边坡进行整治。
4.1.2坝坡整治措施
1)上游坝坡整治
针对上游坝坡存在的问题，先清除坝坡损坏的护坡，然后按设计断面整治，坝坡坡比仍为1∶2。护坡采用0.3m干砌块石，下设反滤层，反滤层自上而下采用20cm厚碎石及10cm厚中粗砂。
2)下游坝坡整治
因现状坝坡凌乱不堪、杂草丛生，故将下游坝坡坡面清除0.5m，然后整治至设计断面。下游坝坡整治后坡比1∶2，为防止雨水对下游坝坡的冲刷，并在左右岸坡设300×300mm的预制混凝土U型排水沟。为保护坝坡不被冲刷，防止坝坡冻胀并有效降低浸润线，本次设计在下游坡脚增设排水棱体。排水棱体顶宽1m，高1.5m，内坡1∶1，外坡1∶1.5。棱体反滤层自内而外依次为10cm厚中粗砂及20cm厚碎石。
3)坝顶整治
坝顶设20cm厚泥结石路面，坝顶上游侧设1m高M10浆砌石防浪墙。为便于雨天排水，坝顶路面向下游倾斜2%的坡度，坝顶下游侧120×300×500mm路沿石，路沿石在与下游坝坡的横向排水沟及岸坡排水沟相接处留排水缺口。
4.2溢洪道改建工程
改建溢洪道位于大坝左岸，溢洪道中心线与坝轴线夹角为90°。控制堰为无坎宽顶堰，进口净宽6m，校核泄量85.24m3/s，设计泄量48.71m3/s。改建溢洪道总长126m，由引渠段、控制段、泄槽段、挑流坎及护底组成。关于溢洪道尾部消能防冲工程方案，设计时进行了分析比较，由于溢洪道单宽流量较大，如采用底流消能方式时，尽管防洪标准采用20a一遇时，消力池挖深达3m，墙高6.3m，池长21m，海漫长度需50m，不但投资较大，且施工难度较大。如采用挑流消能方式时，经计算，不需要设灌注桩支撑的挑流板即可满足冲坑后坡要求，与底流消能方式相比，投资及施工难度均较小。故本次设计消能防冲方案采用挑流型式。
1)溢洪道引水渠设计
引渠段长30.5m，整个引渠段为不规则喇叭型，向上游呈扩散布置。引渠段左边墙为护坡转弯段，转弯半径40m，采用10水泥砂浆砌石扭面结构，墙顶宽0.5m，墙前趾宽为0.5m，底板厚0.8m。引渠段右边墙为C25F150钢筋混凝土悬臂挡土墙结构，沿溢洪道轴线长8m，悬臂挡土墙顶宽0.3m，迎水面直立，背水面倾斜，底板厚0.5m。引渠段底板采用300mm厚M10水泥砂浆砌石底板上衬100mm厚C15混凝土结构。
2)溢洪道控制段设计
控制段上接引渠段下接泄槽段，全长10m，进口为无控制矩形宽顶堰，底坡i=0，净宽6m，闸墩与底板为整体式C25F150钢筋混凝土结构。控制段底板宽7.2m，厚0.6m，在其上下游各设一道齿墙，齿墙底宽0.5m，齿墙深0.5m，齿墙外侧直立，内侧坡比1∶1。边墩厚度为0.6m。交通桥采用C25钢筋混凝土板式结构，净跨6m，桥面净宽3.0m。交通桥桥板厚0.3m，桥板两侧设1.0m高防撞栏，并与桥板整体现浇，桥面现浇C30细石混凝土铺装层。控制段修建土质挡水堰，其位置位于该段首部，与其轴线垂直。根据水库正常高水位比控制段堰顶高程高出1.0m的实际情况，设计土堰长6m，高1.50m，顶宽1.5m，两面边坡均为1∶1.5。
3)溢洪道泄槽段设计
泄槽段布置于控制段后，全长67m(水平距离)，设计纵坡i=1/4，底宽6m，矩形断面。泄槽侧墙与底板采用整体式结构。泄槽底板采用0.4m厚C25F150钢筋混凝土结构，泄槽底板横缝间距10－7m，缝间均设651橡胶止水带一道，聚乙烯闭孔泡沫板填缝。为了避免底板承受渗透水压力，在底板外侧及横缝下部设纵横排水沟，为防止挑流坎水流影响泄槽整体稳定，故在泄槽末端设深1.2m的齿墙。泄槽侧墙采用C25F150钢筋混凝土整体式挡土墙，左右侧墙对称布置，墙高由3.5－1.8m，侧墙顶宽0.3m，迎水面直立，背水面稍倾。为减小泄槽侧墙后的渗透水压，在侧墙背水面设粒径0.5－2cm碎石反滤体，碎石反滤体外包土工布，反滤体沿侧墙通长布置，墙身设Φ50PVC@3000的排水管，管内口包土工布且伸入墙后反滤体。左右侧墙墙背填土面低于墙顶0.5m。
4)溢洪道挑流坎设计
挑流坎为整体式钢筋混凝土结构，全长8.5m，反弧半径Ｒ为5.911m，鼻坎挑射角30°。侧墙与底板为C30F150钢筋混凝土整体结构，侧墙高1.8－2.58m，侧墙为直立式，墙厚0.5m。为了满足冲坑后坡要求，在挑流坎下游侧设一道齿墙，墙深4.32m。在挑流坎上游侧也设一道齿墙，墙深1m，以加强挑流坎抗滑稳定。5)护底设计挑流坎后接10m长铅丝笼块石护底，净宽10m，铅丝笼块石护底厚0.5m，下设0.2m厚砂砾料垫层。
4.3泄洪洞改造工程
南乔水库泄洪洞进口损坏严重，控制闸门失灵且漏水严重，整个泄洪洞已无法正常运行。泄洪洞洞身为城门洞型式，底宽为1.5m，直墙高1m，拱高0.75m，底板为50cm厚浆砌石，拱圈为37cm砌砖，洞长56m，纵坡1/47。本次设计维修泄洪洞进口，由于泄洪洞洞身段最大过流能力为4.5m3/s，故本次泄洪洞改造过流能力按4.5m3/s控制，在现状洞内设φ800钢管，控制阀门设在泄洪洞出口，并设闸阀房，出口翼墙及底板维持现状，仅在其末端设1m厚铅丝笼块石防冲，宽度5m，总长10m［2］。5结语水库除险加固工程完工后，可使水库灌溉面积达到6.33hm2，灌溉保证率为50%的兴利用水量，防洪标准达到20a一遇洪水设计，200年一遇洪水校核的部颁标准。可保护下游村庄3座，人口7000人，耕地1.2万亩，使水库进一步发挥效益、服务于地方经济起到应有的作用。
参考文献:
［1］祝金珍.中小型水库除险加固设计中水文水力计算分析［J］.水利规划与设计，2019(02):76－77，111.
［2］李洪蕊，张晓敏.关于淄川区土泉水库除险加固的研究［J］.黑龙江水利科技，2020，48(11):98－99，150.—331
作者:李霞 单位:临汾市水利勘测设计院