陈 勇

(广东省五华县水土保持试验推广站，广东 五华 514471)

1 概 述

某水库位于广东省五华县，是1座以灌溉为主，兼有防洪、养殖作用的小(2)型水库，水库灌溉面积200亩(1亩=1/15 hm2)，养殖面积15.6亩。水库为浆砌干砌混合坝，由大坝、溢洪道、放水底涵三大部分组成。水库集水面积5.6 km2，流域长度3.5 km，河道平均坡度48%；总库容19.75万m3，兴利库容6.81万m3。放水底涵在大坝的左边，为φ50 cm的混凝土圆管，放水流量为0.81 m3/s。水库建成于1984年，由于水库施工属于“三边”工程，设计标准和施工质量较低，运行多年以来，大坝溢流坝段抗滑不满足规范要求，坝体渗漏非溢流段大坝外坡浆砌块石存在局部隆起及凹陷现象，两岸山体存在渗漏，溢洪道溢流堰混凝土损坏严重，挑流鼻坎浆砌和干砌的结合部有纵向裂缝。水库的安全与否，直接关系到水库下游居民生命财产安全，针对水库运行存在的问题，必须采取工程加固措施，使水库主要建筑物的防洪标准达到现行标准要求，消除各类安全隐患，并使其充分发挥最大的效益。

2 工程概况

工程等别为V等，拦河坝、溢道、放水涵洞等主要建筑物级别为5级。本次水库除险加固设计依据现行标准，并考虑到该工程地理位置的重要性，主要建筑物的防洪标准为：设计洪水标准为20年一遇(P=5%)，校核洪水标准为200年一遇(P=0.5%)。根据《中国地震动参数区划图》(GB 18306—2015)，本工程区域内地震峰值加速度小于0.05g，相应地震基本烈度值小于6度，可不进行抗震计算。

水库属韩江流域琴江水系，气候属亚热带季风气候，通常是春季冷暖变化大，光照不足阴雨多；夏季温度湿度大，降水集中有洪灾；秋季常有夹秋旱，白天温高早晚凉；冬季寒湿湿度大，多晴少雨易干冬。降雨充沛，水资源丰富，多年平均降雨量1 818.2 mm；但降雨在年内分配较不均匀，降雨大都集中在4—7月份，约占全年降雨量的56.5%以上，而8月至次年2月降雨较少，这就形成了该地区春夏易洪、秋冬易旱的气候特点。

区内地震活动轻微，区域构造稳定性好。坝址区基岩为元古界牛屋组下段(Ptnl)轻变质硬砂质砂岩，粉砂岩及板岩韵律互层。左右岸因风化程度不同而略有不同，强风化板岩因风化扭曲岩层产状略有不同，坝址区左右岸顺层节理密集带发育。

3 除险加固设计

水库现坝顶高程为176.77 m，溢洪道堰顶高程为192.0 m，20年一遇设计洪水位为193.69 m，正常蓄水位以下库容为6.81万 m3；200年一遇校核洪水位为194.42 m，总库容19.75万m3。根据水库工程加固除险地质勘察报告数据显示，取代表性岩样做单轴饱和抗压强度试验，弱风化千枚状砂岩单轴饱和抗压强度15～20 MPa，容重25.5 kN/m3；微风化千枚状砂岩单轴饱和抗压强度25～30 MPa，容重26 kN/m3。计算坝体的抗滑稳定安全系数Kc值，滑动面的摩擦系数混凝土与弱风化岩石为f=0.5～0.55，堆石体与坝基摩擦系数取f=0.38。

3.1 大坝稳定计算

依据《堆石坝设计规范》和水库大坝的实际情况，对非溢流坝段和溢流坝段典型剖面采用材料力学方法进行强度和稳定复核，验算坝体应力和稳定是否满足规范要求。

3.1.1 计算工况及荷载组合

本次设计对溢流段及非溢流段分别按以下3种工况进行计算(见表1)：

表1 荷载组合表

3.1.2 抗滑稳定计算

坝段抗滑稳定按下式计算：

Kc=f∑W/∑P(抗剪强度公式)

式中，Kc为抗滑稳定安全系数；f为坝体与基岩间摩擦系数，干砌石与坝基取f=0.38，浆砌石与坝基取f=0.5；∑W为作用于坝底上的全部竖向荷载的总和(kN)；∑P为作用于坝底上的全部水平向荷载的总和(kN)。

3.1.3 基底正应力计算

基底应力按下式计算:

σ=∑W/B±6∑M/B2

式中，σ为基底正应力(kN/m2)；∑W为作用于基底上的全部竖向荷载的总和(kN)；∑M为作用于基底上的全部荷载对截面形心的力矩总和(kN.m)。

3.1.4 安全标准

根据规范，抗滑稳定采用抗剪强度公式时，正常运行条件下，抗滑稳定安全系险数应不小于1.05；非常运用条件下抗滑稳定安全系数应不小于1.0。运用期在各项荷载组合下，坝基面的最大垂直正应力应小于坝基容许应力，最小垂直正应力应大于零。

3.1.5 结构计算分析

(1)抗滑稳定分析成果

根据上述计算方法和大坝的实际情况，对各种工况进行大坝的抗滑稳定计算，结果如下所示(见表2)。由表2可以看出，溢流坝在设计和校核洪水位工况下均达不到规范要求，非溢流段的抗滑稳定系数均满足规范要求。

表2 大坝现状稳定性分析计算成果表

(2)坝基应力计算成果

依据上述计算方法和大坝的实际情况，对各种工况进行大坝上下游坝基应力计算，结果如下所示(见表3)。由表3可以看出，坝体应力指标均满足《堆石坝设计规范》要求，大坝不产生拉应力。

表3 大坝应力计算成果表

3.2 大坝加固防渗处理

3.2.1 溢流坝段加固

大坝加固后选取加固后断面采用抗滑稳定计算方法进行复核。加固后大坝稳定计算和溢流坝应力计算成果分别如下所示(见表4、表5)。由表4和表5可以看出，溢流坝段坝体加固后的稳定、应力指标均满足规范要求，溢流坝段加固方案安全可靠。

表4 加固后大坝稳定性分析成果表

表5 加固后溢流坝应力计算成果表

3.2.2 防渗面板

受当时历史条件的限制和工程技术水平的制约，防渗心墙等部位混凝土标号达不到设计要求；混凝土浇筑质量差，局部存在蜂窝麻面；坝体浆砌块石砌筑砂浆不饱满，密实性差，砌体容重达不到规范要求。根据大坝运行几十年情况来看，大坝渗漏十分严重，大坝防渗存在安全隐患，必须对其进行加固补强处理。一般来说，浆砌石坝的防渗主要依靠上游的防渗面板及其坝基的防渗帷幕形成统一的防渗体系，两者不可或缺。

防渗漏面板的加固补强可以采用以下几种方法：一是表面贴(或涂、喷)防渗材料。二是外浇新的防渗面板。若采用第一种加固防渗面板的方案其化工材料均存在着不同程度的老化现象，不能永久的保证其加固效果；而第二种方案可以保证施工质量，不存在老化问题，结合老防渗面板可形成双重的防渗体系，同时利用新浇筑的面板坝基部位进行帷幕灌浆，在坝基亦形成双重防渗屏障。

大坝上游防渗面板底部厚度根据规范要求并考虑施工方便，面板底部厚度为0.5 m，高程189.42 m以上厚度为0.3 m；防渗面板的伸缩缝与原坝体相同，缝间采用橡胶止水。混凝土材料为C30混凝土，新老面板间设置φ16锚杆，间距1.0 m，新面板表层设置φ8@250双向钢筋网。

3.2.3 帷幕灌浆

根据水库安全鉴定结果，综合运行多年情况来看，左右坝体与山体相交处有渗漏现象，本次除险加固拟对左右坝体进行帷幕灌浆。在非溢流坝脚前浇筑2 m宽、1.2 m厚的C30混凝土灌浆平台，平台中心布设灌浆孔1排，孔距2.5 m，分两序钻灌。

3.2.4 非溢流坝加高

非溢流坝当年由于溢洪道宽度不够，导致大坝防洪标准不足。由于当时资金不足，不能提高大坝防洪标准，将溢流坝降低1.8 m，非溢流坝开成台阶型，增加溢洪道宽度。本次除险加固经过调洪演算，在现有溢洪道宽度20 m、顶部高程192.04 m的情况下，能满足大坝200年一遇校核洪水防洪标准。因此，本次设计将非溢流坝低于坝顶安全超高195.03 m处，根据现场实际情况，恢复至195.77 m。非溢流坝顶上下游设φ50 mm镀锌栏杆。由于现坝顶年久失修，有多处混凝土开裂现象，本次设计浇筑150 mm厚C20钢筋混凝土。

4 结 语

根据大坝结构稳定性分析计算，大坝抗滑稳定不满足要求，需进行加固处理。大坝稳定性加固应从两个方面着手：一是增加坝体自重。二是减小坝基扬压力。因水库大坝是浆砌、干砌混合坝，坝体本身是透水的，降低扬压力的可行性不大。因此，本次溢流坝加固结合坝体上游面设混凝土防渗面板和陡坡段设混凝土溢流面增加坝体自重来实施。大坝外坡的松动部位也要拆除修建，导流墙砂浆勾缝，更换闸阀，两岸山体灌浆处理；对裂缝进行处理，重新浇筑防渗面板和溢流面；对大坝增加安全监测设施，及时发现大坝长期运行中出现的问题和可能危及大坝的安全隐患，定期评价大坝的稳定性，确保大坝的运行安全。同时，水库大坝运行管理单位也要加强日常工程运行维护管理，为本工程更好地发挥防洪、发电等效益创造良好的条件。