王栋梁 李秀香

1.诸城市密州水库运营维护中心 山东诸城 262200；2.诸城市水库运营维护中心 山东诸城 262200

我国拥有众多的水库，并分布在各地，其主要的功能包含灌溉农田、防洪、提供生活用水，甚至大型的水库还具备发电功能。然而水库在运行多年之后，因各种因素导致渗漏问题，这将存在诸多隐患，所以在水库运行维护中要重视防渗、加固工作，保证水库能充分发挥其作用。

1 工程任务与规模

三里庄水库除险加固的任务是通过对主坝、西副坝坝体及坝基采取防渗措施，西副坝局部段加高等除险加固措施后，使三里庄水库达到设计洪水标准，满足城市供水及河道生态用水要求[1]。除险加固后三里庄水库功能仍然为防洪为主，兼顾供水及生态环境。

2 加固设计

2.1 大坝加固

2.1.1 防渗加固

主坝全坝段、西副坝0+000—2+390采用塑性砼防渗，墙顶高程为76.00m，墙底嵌入基岩面以下1.0m，防渗墙轴线距离上游坝肩4.0m。

2.1.2 坝顶改建

对主坝0+000～0+430、西副坝0+000～2+400、2+900～3+600路面、路基拆除改建。对西副坝2+400～2+900、3+600～4+500段沥青混凝土路面面层拆除改建。将原坝顶防浪墙压顶石拆除，更换为花岗岩压顶石，新压顶石宽60cm，厚度15cm。同时改建坝顶上游侧人行道，将其高程提高15cm。

2.1.3 西副坝4+500-4+900段加高设计

西副坝桩号4+500～4+900段坝顶高程为72.63～75.07m，不能满足防洪要求，本次除险加固予以加高。加高后坝顶结构同其他坝段，加高部位坝体采用壤土压实，设计压实度0.97。上游坝坡采用生态袋护坡，下游采用草皮护坡。

2.1.4 下游坝坡加固

对下游坝坡采取修坡处理。拆除重建原坝坡排水沟，重建后横向排水沟间距50m，采用砼U型槽结构。新建坝脚贴坡排水，采用预制砼板，下设碎石、土工布及中粗砂垫层。

2.2 大坝防渗加固范围

2.2.1 防渗加固方案拟定

该坝段渗漏严重，多处出现渗透破坏，对坝体及坝基覆盖层防渗加固，防渗深度一般为15-20m，选取以下两种可行方案进行比较：

方案一：塑性混凝土防渗墙与方案

（1）工程布置。防渗墙利用坝顶作为施工平台，轴线距离上游坝肩4.0m，防渗墙顶高程确定为76.00m，墙底嵌入基岩面以下1.0m。

（2）墙体材料。由于塑性砼防渗墙弹模低，对坝体变形适应性强，近来工程中用的较多。

每立方米塑性混凝土各种材料用量见表1。

表1 每立方米塑性砼各种材料用量表

（3）墙体厚度。塑性砼防渗墙允许水力坡降采用60，本工程最大水头差16.4m，由此计算得：墙厚应为27cm。综合考虑施工机具、墙体寿命、孔斜率、工程投资等因素，确定本工程砼防渗墙取30cm厚。

（4）穿坝建筑物处的防渗处理。东放水洞位于主坝0+000，西放水洞位于西副坝1+090，两座放水洞已废弃且位于大坝防渗范围内，本次除险加固结合大坝混凝土截渗墙施工，采用冲击钻将现有涵洞洞顶击穿，然后向洞内灌注混凝土予以封堵。

方案二：高压摆喷灌浆方案

（1）工程布置。该方案防渗轴线布置同方案一，防渗墙利用坝顶作为施工平台，轴线距离上游坝肩4.0m，防渗墙顶高程确定为76.00m，墙底嵌入基岩面以下1.0m。

（2）设计参数。①墙体渗透系数K小于1×10-6 cm/s；②抗压强度大于2MPa；③两序孔施工，墙体厚度不小于0.3m，钻孔间距为1.2m；④水灰比控制在1.5:1～0.6:1；⑤施工参数参照规范《水利水电工程高压喷射灌浆技术规范》DL/T5200-2004高压喷射灌浆施工参数表9.0.3具体参数根据现场试验作相应调整。

方案比选

以上两种防渗处理措施，技术上均可行。

2.2.2 混凝土防渗墙方案优缺点

优点：①成墙完整连续，质量有保证，防渗效果较好。成墙的渗透系数K值能够满足小于10－6cm／s的要求。由于可靠性高，在山东省应用广泛，具有丰富、成熟的施工经验。如淄博市的太河水库坝基截渗、潍坊市牟山水库坝基截渗、烟台市龙角山水库大坝截渗等，防渗效果显著。②属于置换式处理措施，工艺可靠，便于检测。

缺点：成墙施工需要泥浆固壁，如遇流砂需要加强管理；砼防渗墙施工速度较慢，工期较长。

高喷方案优缺点如下

优点：高喷施工设备简单、工效高。

缺点：粘性土不宜采用高压定喷工艺。经查阅有关资料，由于粘性土具有一定的粘结强度，在这类土层进行高喷灌浆破土过程中不易被破碎，常常有大量土块包夹在高喷灌浆所形成的凝结体中，由于定喷中部所形成的浆液凝结体较薄，达不到设计厚度，这些部位如果包夹较大土块，就会在这些地方形成防渗墙上下游贯通的漏水通道。

另外，高喷浆液在饱和粘土中不易凝结，这些现象已在山东和山西一些高喷灌浆防渗工程的开挖和取样试验中证实。

2.3 结论

三里庄水库需进行截渗处理土层主要是坝体及坝基壤土、土质砂砾石和中粗砂等，高喷浆液在饱和粘土中不易凝结，且在土质砂砾中防施工难度大，难以保证防渗效果；且相同成墙厚度情况下投资较大。塑性砼防渗墙适用于各种土层，截渗效果有保证，且投资较省。因此，本次大坝截渗处理采用混凝土防渗墙方案。

2.4 坝顶加固设计

2.4.1 坝顶道路改建

（1）主坝0+000～0+430。现状问题：现状坝顶宽14.73～15.19m，其中人行道平均宽2.0m，沥青混凝土路面宽9.0m，其余为绿化带。水库主坝坝顶沥青路面现状多存在顺坝轴线的纵向裂缝及贯穿性或非贯穿性横向裂缝。加固措施：主坝坝顶路面裂缝主要由于加宽培厚坝体沉降不均造成的，经过十几年的时间，坝体已经基本固结稳定，为避免因裂缝对大坝安全造成更大的危害，本次将现状坝顶沥青砼路面、路基拆除改建，道路结构仍同原结构。

（2）西副坝0+000～4+500。现状问题：现状顶宽14.45～15.16m，，其中人行道宽平均2.5m，沥青混凝土路面宽9.0m，其余为绿化带；水库西副坝坝顶沥青路面现状多存在顺坝轴线的纵向裂缝及贯穿性或非贯穿性横向裂缝。西副坝纵向裂缝延续长度可达50m。经统计，西副坝坝顶沥青路面裂缝较严重的路段长700m（桩号2+900～3+600），裂缝宽约0.5～2.0cm不等，同时西副坝裂缝路段存在局部路面不均匀沉降现象，局部沉陷深度可达5cm。加固措施：西副坝坝顶路面裂缝主要也是由于加宽培厚坝体沉降不均造成的，经过十几年的时间，坝体已经基本固结稳定，为避免因裂缝对大坝安全造成更大的危害，本次将裂缝较严重的路段（桩号2+900～3+600）沥青砼路面、路基拆除改建，道路结构仍同原结构，即：面层为3cm细粒式沥青砼+5cm中粒式沥青砼，基层为15cm水泥稳定碎石+15cm12%石灰土+15cm10%石灰土。

（3）结合大坝防渗墙施工，西副坝0+0000～2+400坝段坝顶路面、路基拆除重建。综上所述，本次除险加固对主坝0+000～0+430、西副坝0+000～2+400、2+900～3+600路面、路基拆除改建，根据诸城市城市交通规划，西副坝坝顶道路不再作为城市交通道路，改建后坝顶道路参照四级公路标准，路面宽度为7m，即：面层为3cm厚细粒式沥青混凝土（AC-13C）上面层+5cm厚中粒式沥青混凝土（AC-20C）下面层，基层为15cm厚水泥稳定碎石上基层+15cm厚水泥稳定碎石下基层，在路面两侧设置路缘石。对西副坝2+400～2+900、3+600～4+500段沥青混凝土路面面层拆除重建。

2.4.2 防浪墙压顶石更换

（1）存在问题。现状防浪墙压顶大理石体积小重量轻，极易被损坏，多次修补后的防浪墙压顶石外观参差不齐，影响工程安全与美观。建议更换为规格较大防浪墙压顶石，防止人为损坏。

（2）加固措施。将原压顶石拆除，更换为花岗岩压顶石，新压顶石宽60cm，厚度15cm，顶部两侧做抹角。

2.4.3 人行道改建

（1）存在问题。现状坝顶上游人行道平均宽度2.5m，为砖砌结构，坑洼不平，隔一定距离在防浪墙根部设置了排水篦子，坝顶积水通过人行道排向库内。

（2）加固措施。将现有人行道抬高，顶面高出坝顶高程15cm，宽度平均3.5n，面层为3cm花岗岩火烧板，下设20cm碎石垫层。

2.4.4 西副坝4+500-4+900段加高设计

西副坝桩号4+500-4+900段坝顶高程为72.63～75.07m，不能满足防洪要求，本次除险加固予以加高。

加高后坝顶高程同其他坝段，均为76.50m，浆砌石防浪墙顶高程为77.70m。坝顶沥青砼路面宽度9m，道路结构仍同其他坝段，即：面层为3cm厚细粒式沥青混凝土（AC-13C）上面层+5cm厚中粒式沥青混凝土（AC-20C）下面层，基层为15cm厚水泥稳定碎石上基层+15cm厚水泥稳定碎石下基层，在路面两侧设置路缘石[2]。加高部位坝体采用壤土压实，设计压实度0.97，渗透系数应满足规范要求，即不大于1E-4cm/s，施工期应通过碾压试验确定压实指标和最优含水率。坝顶上游侧人行道宽1.95m，面层为3cm花岗岩火烧板，下设20cm碎石垫层。

新建坝段上游坝坡采用生态袋护坡。兴利水位以下生态袋以下装填中粗砂，兴利水位以上装填砂土，配合比为中粗砂：粘土=9：1，搀和蘑菇肥以利植被生长，有机肥加入量按3公斤/平方米。植被采用狗牙根、高羊毛、麦冬、芦苇。植被养护期一定要保证浇水量和浇水次数。生态袋材料握持抗拉强度为335N，等效孔经O95为0.20。

下游采用草皮护坡。下游坡面设排水沟，排水沟间距50m，采用砼U型槽结构，排水沟深度为0.30m，宽度为0.40m。坝脚设贴坡排水，坝脚贴坡排水深度1.0m，宽度1.0m，自内而外的结构型式依次为厚0.10m中粗砂、300g/m2土工布、厚0.10m碎石垫层（粒径1-3cm）、最外层为厚0.1mC30砼连锁预制板。

2.4.5 下游坝坡加固设计

现状主、西副坝坝后坡纵、横向排水沟损坏，且纵向排水沟不全。本次除险加固将原排水沟改建，改建后横向排水沟间距50m，采用砼U型槽结构，排水沟深度为0.30m，宽度为0.40m。本水库大坝为3级低坝，上下游水头差小，根据山东省同类工程的成果经验，下游坝脚设贴坡排水做法如下：排水体深度1.0m，宽度1.0m，自内而外的结构型式依次为厚0.10m中粗砂、300g/m2土工布、厚0.10m碎石垫层粒径1-3cm）、最外层为厚0.1mC30砼连锁预制板。中粗砂、碎石等反滤料和排水体料应级配良好，粒径小于0.075mm的颗粒含量不应超过5%。

2.4.6 大坝观测自动化系统

水库大坝共设置13个测压管断面。

（1）主坝：设0+150、0+250、0+350三个渗流观测断面，每个断面3根测压管；

（2）西副坝0+100、1+100、2+400、3+600、4+700，共8个断面，各设3根测压管。

大坝安全监测自动化的主要内容是渗流监测自动化。整个共设有13个监测断面，每个监测断面布置3个渗压测点。观测设备采用振铉式传感器，每监测断面配置MCU智能模块、网络交换机及电源管理模块，实现对该断面的自动测控。各断面的测控单元通过坝顶布设的传输光缆、网络交换机组成一个现场监控网络。通过光纤网络等引至管理区中控室监控主机，实现大坝安全渗流监测的自动化。系统装设相应防雷设施。电缆、光缆敷设于坝顶电缆沟内。

3 效益与经济评价

经财务评价计算，该工程经济内部收益率为12.61%，经济净现值为4392万元，经济效益费用比为1.53。由计算的各项指标值可以看出，经济内部收益率大于社会折现率8%，经济净现值大于零，经济效益费用比大于1.0。因此，从国民经济盈利能力分析来看，工程在经济上是合理可行的。分别设定费用增加10%；效益减少10%几种情况，进行敏感性分析，在设定的浮动范围内，各项经济指标仍能满足要求，可见工程具有一定的抗风险能力。工程年均总成本费用为824万元。三里庄水库的主要效益为防洪效益，兼顾供水效益。因此，为保障工程的正常运行和水库管理单位的良性运作，在水库管理单位无力全部解决年运行费用的情况下，建议由地方财政给予补贴，或根据有关规定向水库保护区内重点厂矿企业收取防洪保护费用，多渠道筹集年运行费用。工程实施以后，能够确保三里庄水库的安全运行，水库的防洪、供水、生态等方面的社会效益和经济效益显著。

4 结语

总而言之，对三里庄水库大坝防渗工程设计，不仅可以水库安全隐患，还可以保证水库的综合效益能正常发挥。