葛 栋

（安徽新安江水利水电勘测设计有限公司，安徽 六安 237000）

0 引言

小堰水库位于安徽省六安市姚李镇长塔寺村，修建于20 世纪70 年代，大坝为均质土坝，坝长401 m，最大坝高4.3 m，坝顶高程45.66～46.05 m，坝顶宽度为2.2 m～6.3 m。迎水坡无护坡，坡比约为1∶1.5，背水坡无排水沟，坡比约为1∶2，均杂草丛生。水库坝址以上流域面积7.09 km2，河道平均坡降2.2‰，流域平均宽度约1.444 km，水库总库容16.23 万m3。水库设计正常蓄水位43.50 m，10 a 一遇洪水设计，设计洪水位45.30 m，50 a 一遇洪水校核，校核洪水位45.75 m。水库枢纽建筑物由主坝、放水涵（兼溢洪）等组成，为Ⅴ等小（2）型水库。工程安全鉴定为三类坝，急需采取加高培厚等工程措施进行全面除险加固处理，以恢复水库灌溉、防洪和养殖等功能。

1 工程地质条件

库区属丘陵低岗地貌，地面高程42.48～46.08 m，地形略有起伏，库区岸坡一般较低矮，高2.0～4.0 m。库区地表均被第四系地层所覆盖，以全新统（Q4）粉质黏土地层为主，可塑，局部为硬塑状，厚度大于5 m，不存在库岸不稳定、库区渗漏、浸没、诱发地震等问题。大坝填筑土料来源主要为附近岗地山坡或农田，掺杂有耕植土，坝基土层为第四系全新统冲积粉质黏土层。地下水主要为孔隙水，孔隙潜水主要分布于坝身填土深部及浅部粉质黏土中，为区内主要含水层。工程区地震动峰值加速度值为0.05 g，相应地震基本烈度值为Ⅵ度。

2 坝体质量评价

采取小堰水库坝体具有代表性的土样做击实试验，其最大干密度γdmax=1.64 g/cm3。按照《小型水利水电工程碾压式土石坝设计规范》（SL 189—2013）对压实度不低于0.95 的要求，用平均最大干密度的0.95 即γ控=1.56 g/cm3，作为大坝压实度评价合格的判断标准。坝身填土干密度试验共4 组，范围值为1.52～1.53 g/cm3，其中低于γ控值的有4组，占总数的100%。坝体的黏粒含量为21.0%～22.9%，塑性指数IP=12.9～13.7，根据《水利水电工程天然建筑材料勘察规程》（SLT 251—2015）的规定，坝体填筑材料基本符合规程要求，平均干密度1.53 g/cm3，大坝压实度合格率为0%。大坝坝体填筑土地层为素填土，渗透系数为3.00×10-4cm/s，属中等透水层，坝体存在局部渗漏。坝基土体渗透性主要为弱透水，渗透系数为1.54×10-5～3.12×10-5cm/s，平均值为2.88×10-5cm/s，在允许值3.50×10-5cm/s 以内，产生渗透变形破坏可能性较小，坝基渗漏及坝体稳定安全性问题较小。

经试验分析，坝体现存坝高不满足防洪要求、局部坝体渗漏、坝坡冲蚀破坏、泄水闸过流能力不足等病险，需采取坝体加高培厚、坝坡稳定加固和坝坡防侵蚀加固等措施，全面消除水库安全隐患［1-2］，保护和改善区域防洪安全，促进农村经济发展，增加农民收入。

3 水库大坝防渗补强加固处理

3.1 大坝加高培厚

小堰水库正常蓄水位45.30 m，设计洪水位45.30 m，校核洪水位45.75 m。多年平均最大风速12 m/s，水库计算吹程D=110 m。根据规范SL 189—2013，得出坝顶超高计算结果，如表1所示。

由表1 计算结果可知，小堰水库坝顶高程由设计洪水工况控制，设计坝顶高程应不低于46.30 m。小堰水库现状坝顶高程45.66～46.05 m，部分坝段不满足防洪要求，设计坝顶高程统一加高培厚至46.30 m。

表1 坝顶超高计算成果

3.2 大坝横断面加固

大坝填筑标准低，经过多年运行，坝坡冲蚀严重，不规整，坡度较陡，不满足规范要求［3-4］。根据规范SL 189—2013，统一加高培厚至46.30 m高程，5 m 宽度；将上下游坝坡比加高培厚至1∶2.5；小堰水库大坝为5 级建筑物，大坝加高培厚填筑土的压实度应不低于95%。大坝加高培厚后的标准横断面，如图1所示。

图1 大坝标准横断面

3.3 坝体防渗加固

3.3.1 防渗加固方案比选。目前，中、小型土石坝垂直防渗加固方法较多，主要包括：黏土斜墙（心墙）、水泥土防渗墙、混凝土截渗齿坎、垂直铺塑等。根据小堰水库大坝的特点和各种防渗措施的适用范围，设计优选黏土铺盖和高喷灌浆截渗齿坎两种方案进行技术经济比选。

方案一：黏土铺盖结合截渗齿坎。在水库迎水侧回填黏土铺盖，并在坝脚新建C20 混凝土截渗齿坎，形成一个封闭的整体，从而起到截渗的作用。

方案二：高喷灌浆截渗齿坎。在坝身上连续钻洞，并由高压气流（或液流）切削土体并将水泥粉或水泥浆液与钻孔周围土体进行充分搅拌，形成水泥土墙，从而起到截渗的作用。要求成墙厚度不小于30 cm，墙体渗透系数低于1×10-6cm/s。

两种方案比选结果，如表2所示。

从表2 比选结果可知，方案一投资明显比方案二少，且方案二施工质量控制难度大，故设计优选黏土铺盖结合截渗齿坎方案作为大坝坝体防渗加固方案。

表2 大坝防渗加固方案比选结果

3.3.2 大坝加固后渗流分析。大坝坝身素填土以粉质黏土为主，渗透变形类型为流土，安全系数为2.0，允许水力比降0.48。根据大坝的险情状况，选择桩号0+245.0 m 断面，应用平面有限元计算程序计算上游正常蓄水位（45.30 m）与下游不利水位（无水）、上游设计洪水位（45.30 m）与相应下游水位（无水）、上游校核洪水位（45.75 m）与相应下游水位（无水）的稳定渗流场和水位由正常蓄水位降至死水位（45.30 m 降至43.50 m，24 h），降落时的非稳定渗流场。大坝加固后渗流结果，如表3所示。

从表3 分析结果可知，大坝加固后下游坡出逸坡降值均能满足规范要求。这主要得益于坝体主体采用渗透系数较低的黏土，加固后大坝渗透稳定安全可靠。

表3 大坝加固后渗流分析结果

3.3.3 大坝加固后坝坡稳定分析。根据工程地质勘探资料，坝身、坝基土的力学指标，如表4所示。

表4 坝体和坝基土壤分层力学计算指标

坝坡稳定性分析选择正常蓄水位（45.30 m）、设计洪水位（45.30 m）、校核洪水位（45.75 m）、水位降落期（校核洪水位降落至死水位）（45.30 m 降至43.50 m）和施工期（40.00 m），下游水位均为0 m 的5种工况来验算大坝的坝坡稳定性。坝坡稳定性分析结果，如表5所示。

从表5分析结果可知，0+245.0 m断面在各工况下的坝坡稳定安全系数均满足规范要求，大坝加固后抗滑稳定满足要求，大坝坝坡整体安全稳定。

表5 坝坡稳定分析结果

3.4 泄洪建筑物除险加固

3.4.1 泄洪建筑物布置。新建泄水闸设4 孔，宽顶堰孔口，孔净宽3.0 m×4，闸门尺寸为3.0 m×2.5 m，堰顶高程43.50 m，闸顶高程46.30 m，采用手电两用固定螺杆式启闭机，启闭机平台高程49.10 m。闸室段设交通桥与坝顶同宽，桥板为30 cm厚钢筋混凝土板，两侧设护栏。上游连接段铺盖长度4.5 m，铺盖厚度0.4 m，两侧为C20混凝土挡土墙。下游连接段消力池长度17.50 m，护坦高程41.00 m，池深0.7 m，两侧为C20混凝土挡土墙。

新建溢流堰设计为单孔5.0 m 开敞式结构，堰顶高程45.30 m。进口段总长2.43 m，宽6.30 m，两侧设C20 混凝土挡土墙，底部采用C20 混凝土护底；溢流堰为宽顶堰结构，净宽5.00 m，长5.00 m，两侧设C20 混凝土挡土墙，底部采用C25 钢筋混凝土护底；顶部设交通桥，桥板为30 cm厚钢筋混凝土板，两侧设护栏；泄槽段总长度13.20 m，底宽5.00 m，矩形断面，两侧为C20 混凝土挡土墙，底部为C25钢筋混凝土护砌；下游设消力池，消力池长10.9 m，宽5.0 m，矩形断面，两侧为C20 混凝土挡土墙，底部为C25钢筋混凝土护坦。

3.4.2 泄洪能力复核。小堰水库新建泄水闸为宽顶堰形式，按《溢洪道设计规范》（SL 253—2018）进行分析，如式（1）。

式中：Q为流量，m3/s；m为二元水流宽顶堰流量系数；ε为侧收缩系数；B为溢流堰总净宽，m，B=12 m；H0为堰上总水头。按式（1）计算得小堰水库水闸泄流能力分析结果，如表6所示。

表6 水闸泄流能力复核结果

从表6 可知，设计洪水位和校核洪水位时，水闸可下泄流量Q分别为63.20 m3/s 和84.54 m3/s，均大于规划流量30.18 m3/s 和64.71 m3/s，水闸泄洪能力满足设计要求。

3.4.3 消能防冲分析。小堰水库新建泄水闸属于5 级建筑物，采用设计标准为10 a 一遇洪水，其相应的消力池计算深度为0.65 m，消力池长度为15.97 m。为确保水闸泄洪安全，取消力池深度为0.70 m，池长17.5 m，海漫长度15.0 m，消力池末端设抛石防冲。

4 结语

小堰水库是一座以灌溉为主，结合防洪、养殖等功能的小（2）型水库。因受当时建设技术标准低、投资资金少等因素的影响，水库现存填筑土密实度低、坝体局部渗漏、泄水闸过流能力不足等问题。采取合理的加高培厚、黏土铺盖结合截渗齿坎防渗、泄水闸拆除重建等除险加固工程措施进行修复处理后，坝体填筑土密实度、坝坡稳定性和泄水闸结构应力等均得到极大改善，防渗加固修复和生态效果良好，水库大坝病险问题得到合理处理。