淺談獨木水庫大壩除險加固設計

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一、工程概況

曲靖市獨木水庫位于篆長河上游，屬珠江流域南盤江水系。水庫位于曲靖市麒麟?yún)^(qū)東南部的東山鎮(zhèn)與富源縣交界處，距市區(qū)61km。水庫始建于1958年，1978年11月進行加固配套，1986年竣工驗收并投入運行。水庫徑流面積196km2，年均產(chǎn)水量1.41億m3，擁有水面10000余畝，總庫容10560萬m3，興利庫容9942萬m3，灌溉面積13.2萬畝，是一座以農(nóng)業(yè)灌溉為主，兼顧防洪、城市供水及發(fā)電任務的大型水庫。獨木水庫已運行近50年，由于大壩浸潤線較高，下游壩坡穩(wěn)定性不滿足規(guī)范要求，大壩存在安全隱患；各輸水隧洞閘門年久失修、漏水嚴重，輸水洞及溢洪道啟閉機老化嚴重，金屬結(jié)構(gòu)存在安全隱患；卡基輸水隧洞底板及洞身結(jié)構(gòu)也不同程度的存在一定的安全隱患。經(jīng)云南省大壩安全鑒定專家組進行鑒定，獨木水庫大壩為三類壩。獨木水庫于2009年1月開始除險加固施工，2011年3月竣工。除險加固后的獨木水庫樞紐工程由大壩、高位輸水涵洞、低位輸水隧洞、卡基輸水隧洞、溢洪道和壩后電站組成。大壩最大壩高36.30m，壩型為均質(zhì)土壩，已達1000年一遇設計、10000年一遇校核的國家標準。水庫除險加固套后，實現(xiàn)了年供水量7600萬m3，灌溉農(nóng)田13.2萬畝，解決13.04萬人和27822頭大牲畜的飲水問題，也解決了下游篆長河流域30萬人口及魯布革電站等的防洪安全問題，2020年后水庫還將向曲靖市年供水4000萬m3。獨木水庫大壩壩型為粘土均質(zhì)土壩，大壩壩頂高程為2010.20m，大壩最大壩高36.30m，壩頂長156.00m。上游壩坡三級坡比為1∶3、1∶3.5、1∶3.6，分別在1997.2m、1984.2m高程處變坡，未設馬道。下游坡比為1∶2、1∶2.5、1∶3，分別在2000.50m、1989.50m高程設寬度2.0m、6.0m的馬道。下游壩底設水平褥墊式排水體，壩趾設有堆石排水棱體、截水墻和量水堰。排水棱體頂高程為1978.50m，頂寬1.4m，外邊坡坡比為1∶2。

二、大壩存在的主要病害

獨木水庫是曲靖市麒麟?yún)^(qū)東山鎮(zhèn)、羅平縣阿崗鎮(zhèn)和陸良縣活水鄉(xiāng)部分轄區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉的唯一水源地，它的建成極大地促進了曲靖市工農(nóng)業(yè)的發(fā)展。但水庫自1958年建成以來，雖經(jīng)多次除險加固處理，大壩仍存在安全隱患。大壩由于壩土碾壓不均勻，壓實質(zhì)量較差，壩基清基不徹底，下游壩體透水性較差，致使壩體及壩基滲水嚴重，大壩壩內(nèi)排水暗管及壩腳排水棱體存在著部分堵塞問題，大壩下游壩坡下部高程1982.50m～1978.50m范圍內(nèi)存在濕潤面積約563m2的浸濕現(xiàn)象，大壩下游壩腳出現(xiàn)滲水，大壩壩體、壩基與壩體接觸帶及兩壩肩也存在著繞壩滲漏現(xiàn)象。根據(jù)壩腳量水堰觀測資料分析，1998年庫水位為2003.19m時，滲流量僅7.46L/s，1997年庫水位為2004.36m時，滲流量為19.31L/s，到2005年庫水位為2002.58m時，滲流量高達31.70L/s，這說明壩體及壩基滲流量有逐年加大的趨勢，其原因在于壩體本身滲流有可能加大，壩基及壩肩存在繞壩滲漏，同時，由于灌漿時間較長，壩基帷幕本身存在老化失效問題。因此，壩體滲漏有進一步加大的趨勢。由于壩體浸潤線偏高，下游壩坡在設計洪水位及正常蓄水位穩(wěn)定滲流期，抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)分別為1.192、1.195，均小于規(guī)范允許的最小安全系數(shù)1.35；在校核洪水位穩(wěn)定滲流期，下游坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為1.185，小于規(guī)范允許的最小安全系數(shù)1.25；大壩下游坡設計洪水位及正常蓄水位穩(wěn)定滲流區(qū)加7度地震工況安全系數(shù)為1.025、1.031，小于規(guī)范允許的最小安全系數(shù)1.15。大壩壩頂路面破損嚴重，兩壩肩岸坡未進行護坡，岸坡巖體破碎，風化、剝蝕嚴重。

三、大壩除險加固工程設計處理方案

1.大壩除險加固整體處理方案簡述

針對獨木水庫大壩所存在的主要病害，對大壩除險加固采用的整體處理方案為：（1）對大壩壩體、壩基與壩體接觸帶及兩壩肩存在的滲漏問題，采取了壩體防滲墻結(jié)合兩壩肩帷幕灌漿處理；（2）對大壩下游壩坡下部存在的浸濕現(xiàn)象，采取了在浸水潮濕區(qū)增設貼坡排水體的處理方式；（3）對大壩壩內(nèi)排水暗管及壩腳排水棱體存在著部分堵塞問題，采取了間隔翻修處理；（4）對大壩下游草皮護坡進行整修；（5）將大壩上游壩坡高程1997.20m以上的干砌石護坡改為預制混凝土護坡；（6）重建壩頂公路，在壩頂上游側(cè)增設混凝土防護墻，對左壩肩邊坡進行支護處理；（7）增設變形觀測及滲流觀測設施等。

2.大壩除險加固的主要處理方案設計

（1）大壩壩頂結(jié)構(gòu)加固設計依據(jù)調(diào)洪演算結(jié)果，水庫除險加固后，水庫正常蓄水位1907.00m，設計洪水位為2006.07m（P=0.1%），校核洪水位為2006.41m（p=0.01%）。通過風浪計算并考慮安全超高，經(jīng)復核壩頂高程滿足設計要求，不需進行加高，因此，壩頂高程維持現(xiàn)狀高程2010.2m不變。但考慮到本工程的大壩壩頂兼固鄉(xiāng)村公路，且大壩壩頂路面破損嚴重，故從安全等方面綜合考慮，在壩頂上游側(cè)增設一道高出壩頂0.8m的混凝土防護墻，壩頂路面采用20cm厚的鋼筋混凝土路面，其下分別鋪設15cm厚的水泥碎石墊層及級配碎石各一層。（2）大壩防滲處理設計大壩河床段壩體及壩基采用防滲墻防滲處理，兩岸防滲采用帷幕灌漿處理。防滲墻軸線布置在壩軸線上游5.0m，混凝土防滲墻厚0.6m，河床段和兩岸坡防滲墻底界均嵌入強風化巖體≥2m，防滲墻最大造孔深度44.2m。兩壩肩帷幕灌漿軸線布置在防滲墻上游80cm處，按單排孔布置，孔距為1.2m，采用水泥漿處理。施工時，先進行防滲墻施工，待防滲墻施工完畢后，再進行兩壩肩帷幕灌漿施工，壩肩帷幕灌漿與壩體防滲墻相接，形成整體防滲體系。（3）大壩下游排水體處理設計新增貼坡排水體設置在大壩下游壩坡浸水潮濕區(qū)，新增貼坡排水體表面為40cm厚的干砌塊石，其下分別設置30cm厚的反濾碎石和20cm厚的反濾砂。新增貼坡排水體與下游排水棱體緊密相連，形成一個良好的排水通道，達到降低壩體浸潤線的目的。同時，對部分堵塞的排水棱體采取間隔翻修處理，排水棱體間隔翻修分兩段進行，每段底寬5m，兩段之間間隔10m。（4）大壩下游草皮護坡的修整處理設計下游壩坡采用C15混凝土弧形網(wǎng)格草皮護坡形式，這種護坡的結(jié)構(gòu)形式簡單，最終實施效果良好，這種護坡形式充分體現(xiàn)了既環(huán)保又美觀的設計理念。（5）大壩下游壩坡設計大壩針對自身存在的病害采取上述處理方式后，經(jīng)過穩(wěn)定及滲流復核計算，大壩壩體浸潤線有了明顯降低，下游壩坡在設計洪水位及正常蓄水位穩(wěn)定滲流期，抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)分別為1.650、1.668，均大于規(guī)范允許的最小安全系數(shù)1.35；在校核洪水位穩(wěn)定滲流期，下游坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為1.640，大于規(guī)范允許的最小安全系數(shù)1.25；大壩下游坡設計洪水位及正常蓄水位穩(wěn)定滲流區(qū)加7度地震工況安全系數(shù)為1.431、1.452，均大于規(guī)范允許的最小安全系數(shù)1.15，說明獨木水庫的大壩除險加固設計處理方案是合理的。

四、結(jié)語

（1）獨木水庫對大壩壩體、壩基與壩體接觸帶及兩壩肩的滲漏問題采取了壩體防滲墻結(jié)合兩壩肩帷幕灌漿的防滲處理、對下游壩坡浸水潮濕區(qū)采取了貼坡排水體處理、對壩內(nèi)排水暗管及壩腳排水棱體存在著部分堵塞部位采取了間隔翻修等處理方式能很好的體現(xiàn)土石壩的“上堵下排”的設計原則，降低了壩體浸潤線，避免了下游排水體的大面積翻修，達到了對癥下藥解除大壩病害的目的。（2）獨木水庫除險加固工程于2009年1月施工，2011年3月通過了工程竣工驗收。從工程竣工驗收至今，水庫每年蓄水達到設計要求。從觀測情況來看，水庫蓄水運行正常，說明水庫除險加固設計是成功的。（3）通過獨木水庫對大壩除險加固處理設計，以期對類似病險水庫的大壩除險加固設計提供參考。

作者:游健 金葵 李木鳳 單位:云南省水利水電勘測設計研究院 云南省電力學校