徐 晶

(抚州市水电勘测设计院， 江西 抚州 344000)

1 工程概况

福山源水库位于抚州市黎川县东南方向社苹乡，距社苹乡政府所在地2 km，距县城约20 km。坐落在抚河水系黎滩河支流社苹河上，坝址以上控制流域面积10.9 km2，水库总库容274万m3，设计灌溉面积333.3 hm2，是一座以防洪、灌溉为主，兼顾发电等综合利用的小(1)型水库。

枢纽工程主要建筑物有大坝、灌溉放空隧洞、坝内发电引水管等。其中大坝为砌石重力坝，由溢流坝段和非溢流坝段组成，大坝总长70.0 m。

溢流坝段布置在河床中部，为浆砌石重力坝，最大坝高24.8 m，堰顶高程为114.4 m。溢流坝段顶部净宽30 m，底部净宽25 m。溢流坝采用坝顶无闸控开敞式自由泄流，溢流堰为实用堰，堰顶上游为1∶0.37斜坡，下游为克奥曲线。克奥曲线与直线段相切，直线段坡比为1∶1。溢洪道出口为连续式挑流消能，挑射角θ=31.7°，反弧半径R=3.14 m。溢流堰顶至鼻坎高差为11.3 m, 鼻坎高程为103.1 m。溢流坝及非溢流坝设导水墙。

非溢流坝布置在左、右岸，与岸坡相接，非溢流坝总长40.0 m，左岸非溢流坝长8.5 m，右岸非溢流坝长31.5 m(其中浆砌石重力坝长14.0 m，土坝长17.5 m)，坝顶高程118.4 m，坝顶宽3.5 m，最大坝高19.8 m。上游坡比1∶0.34，下游坡比1∶0.6。

根据大坝现场安全检查和各项复核、分析评价及安全鉴定结论，大坝存在以下问题：大坝上游面混凝土护岸与坝体混凝土防渗面板接触部位防渗面板局部破裂，局部存在渗漏通道；帷幕灌浆质量较差，左、右岸坝肩存在渗漏通道。

2 大坝加固处理

2.1 大坝加固设计内容

大坝加固设计主要内容为：对大坝坝基进行帷幕灌浆处理；对溢流坝段坝体进行补强灌浆处理；溢流堰面新增C25混凝土溢流堰面；拆除重建左岸非溢流坝体8.5 m，并向左侧延伸，新建左岸非溢流坝体12.5 m，拆除重建右岸非溢流坝体31.5 m，加固后左右岸非溢流坝总长为52.5 m，坝顶宽4.0 m；对大坝上游两侧山体采用C20混凝土挡墙分级进行防护。

2.2 大坝防渗加固处理

2.2.1 坝基(肩)防渗处理

根据野外钻探情况，ZK4钻探至孔深5.4 m时，钻孔无返水；钻探至孔深5.7～9.1 m时，出现掉钻。初步判断为左坝肩存在绕坝渗漏通道，在渗流作用下全风化岩层中的土状、砂状颗粒物被带走、流失形成空洞所致。右坝肩ZK1钻探至孔深10.0～11.8 m时，ZK2钻探至孔深14.2～14.8 m时，钻进速度快，初步判断为岩层破碎所致。

从工程整体安全考虑，本次除险加固设计需挖出两坝肩上部全-强风化层，重建坝体，并对下部进行帷幕灌浆处理[1]。

帷幕灌浆采用单排孔布置，分三序施工，终孔间距3 m，总布孔40孔；帷幕灌浆应深入相对不透水层5 m以下，灌浆水泥标号为R32.5级普通硅酸水泥，灌浆孔孔斜率不大于3%，灌浆后岩体的单位吸水率q≤5 Lu。

2.2.2 大坝坝体处理

大坝为浆砌石重力坝，采用混凝土防渗面板进行防渗，2021年5月26日福山源水库大坝右岸下游侧发现漏水点。初步分析为混凝土防渗面板局部破裂，坝体砌筑质量差，局部存在渗漏通道，是出现漏水的主要原因，为确保大坝运行安全，有必要对大坝防渗进行处理。

根据野外钻探情况，ZK4钻探至孔深5.40 m时，钻孔无返水；钻探至孔深5.7～9.1 m时，出现掉钻。初步判断为左坝肩存在绕坝渗漏通道，在渗流作用下全风化岩层中的土状、砂状颗粒物被带走、流失形成空洞所致。右坝肩ZK2钻孔上部为人工填土，深度为5.1 m，ZK1钻探至孔深10.0～11.8 m时，ZK2钻探至孔深14.2～14.8 m时，钻进速度快，初步判断为岩层破碎所致。

设计拆除重建左岸非溢流坝体8.5 m，并向左侧延伸，新建左岸非溢流坝体12.5 m；拆除重建右岸非溢流坝体31.5 m，其中加固后左岸非溢流坝段长21.0 m，右岸非溢流坝段长31.5 m，非溢流坝段总长52.5 m。

加固后非溢流坝段坝基采用C20混凝土衬砌，坐落在弱风化层，并采用固结灌浆进行处理，灌浆孔间排距3 m，孔深6 m。上游坝面采用C25混凝土防渗面板，面板厚50～82 cm。下游坝面采用M10浆砌C15混凝土预制块。坝顶设镀锌铜栏杆。

2.3 大坝补强灌浆处理

大坝由非溢流坝段和溢流坝段组成，2021年5月，大坝出现险情，为了大坝的安全，设计主要考虑增坝体加自重及降低扬压力的办法对大坝抗滑稳定进行加固处理，初拟定两种处理方案进行比较。

2.3.1 大坝抗滑稳定加固方案比选

方案一：对大坝进行拆除重建，使其容重达到设计值，并加厚坝体，使其能满足抗滑稳定要求。

方案二：对坝体进行补强灌浆，使其容重加大，提高坝体密实性与完整性。

经过对加固方案进行比较，方案一相当于拆除现有大坝进行重建，耗资巨大，且施工期较长，施工相对较困难；方案二对坝体进行补强灌浆，工程投资少，进度快，施工简单。故本次推荐采用方案二。

2.3.2 大坝补强灌浆加固设计

本次大坝除险加固，对坝体进行补强灌浆[2-3]，使其容重增加，提高坝体密实性与完整性。

坝体补强灌浆平行坝轴线布置4排孔，各排钻孔错开呈梅花型布置，两排孔布置于溢流坝堰顶，两排孔布置于挑流鼻坎处，施工时先拆除砌体表面形成一平台后再进行灌浆，各排灌浆孔错开成梅花布置，分一序、二序进行分序灌浆，两序灌浆结束后再到中间打孔进行检测，直至坝体灌浆充实为止。灌浆材料为水泥砂浆，灌浆压力应根据实验确定，一般不得小于0.2 MPa。

2.4 溢流坝段溢流堰改造

溢流坝段设在大坝中间，长30 m，为坝顶开敞式溢流，原设计为WES型堰面，本次加固在挑流鼻坎处进行坝体补强灌浆，故将挑流鼻坎反弧段进行拆除，清理出台阶式灌浆平台，灌浆后需恢复挑流鼻坎反弧段。恢复后的堰体采用C25混凝土，与灌浆平台结合。挑流鼻坎反弧半径R=7.4 m，反弧底高程104.2 m，挑射角θ=21.30°，挑流鼻坎顶坎高程104.7 m，加高C25混凝土导墙顶高程为107.6 m。

由于原挑流鼻坎底部现状为岩石，经过多年溢流时对坝脚的冲刷，在坝脚位置已形成冲坑，设计对大坝坝下冲坑采用C25混凝土衬砌，衬砌顶高程93.8 m，外坡为1∶2。

2.5 非溢流坝段改造

根据地质勘察报告描述，左坝肩全～弱风化上部基岩，具中等透水性，弱风化下部及以下基岩裂隙不发育，岩体较完整, 具弱透水性；右坝肩全～弱风化上部基岩，具中等透水性，弱风化下部及以下基岩裂隙不发育，岩体较完整, 具弱透水性。

故设计将非溢流坝段浆砌块石坝体及上部土层均挖除，拆除重建左岸非溢流坝体8.5 m，并向左侧延伸，新建左岸非溢流坝体12.5 m；拆除重建右岸非溢流坝体31.5 m，其中加固后左岸非溢流坝段长21.0 m，右岸非溢流坝段长31.5 m，非溢流坝段总长52.5 m。

加固后非溢流坝段坝体为C20混凝土结构，坝顶宽4 m，两侧设镀锌铜栏杆，上游设C25混凝土防渗面板，面板厚50～82 cm，坡比为1∶0.37，下游设C15预制块镶面，坡比为1∶0.65，坝基采用C20混凝土衬砌，坐落在弱风化层，并采用固结灌浆进行处理，灌浆孔间排距3 m，孔深6 m。

重建非溢流坝时，在坝体埋设预制无砂混凝土排水管，排水管孔距3.0 m，排距3.5 m。

2.6 大坝上游两侧山体加固处理

大坝右侧护岸处顶部局部沉陷；大坝右侧护岸下部浆砌挡墙局部块石松动掉块，局部墙顶压顶凸起、开裂。

由于设计加固对左右岸非溢流坝段进行拆除重建处理，且左右岸护岸也出现险情，故设计将上游两侧山体护岸进行加固处理。

左岸现状护岸进行拆除重建处理，采用C20混凝土重力式挡墙对岸坡进行分级防护，共分四级防护，挡墙顶宽1.0 m，高4.5 m，内坡为1∶0.2，外坡为1∶0.4，基础深0.7 m，下设0.1 m 厚C15混凝土垫层。

右岸现状护岸质量较好，本次仅对右岸护岸底部及新建灌浆平台破坏部分就行修复，采用C20混凝土重力式挡墙进行加固，挡墙顶宽1.0 m，高4.5 m，内坡为1∶0.2，外坡为1∶0.4，基础深0.7 m，下设0.1 m厚C15混凝土垫层。

3 大坝加固后安全复核

3.1 大坝渗流评价

溢流坝段现状已有防渗面板且质量较好，非溢流坝段新建防渗面板，并使防渗面板混凝土抗渗标号达到W6以上，真正起到防渗面板防渗效果，对坝体补强灌浆，增加了坝体密实性，同时采用帷幕灌浆对坝基及坝肩渗漏进行处理。因此，通过本次加固设计，基本上解决了大坝的渗漏隐患。

3.2 溢流坝结构安全复核

通过对溢流坝进行加固，溢流坝抗滑稳定得以很大改善，新增防渗面板、坝体补强灌浆、增重了坝体容重，计算大坝抗稳定时，通过对坝体补强灌浆，增大了坝体容重。计算结果如表1、表2。

表1 溢流坝段抗滑稳定计算成果

表2 溢流坝坝基面应力计算结果

从表1、表2可知：加固后溢流坝坝体截面在各种工况下均能满足抗滑稳定要求，加固后溢流坝段均为压应力，最大值为411.08 kPa，小于坝体及基岩容许承力，满足要求。

3.3 非溢流坝结构安全复核

通过对非溢流坝进行拆除重建，重建后非溢流坝采用C20混凝土坝体，新增防渗面板、坝基进行帷幕及固结灌浆，加固后坝体容重取2.4 t/m3。计算结果见表3、表4。

表3 非溢流坝段抗滑稳定计算成果

表4 非溢流坝坝基面应力计算结果

从表3、表4可知：加固后非溢流坝坝体截面在各种工况下均能满足抗滑稳定要求，加固后非溢流坝段均为压应力，最大值为466.06 kPa，小于坝体及基岩容许承力，满足要求。

3.4 消能防冲复核

溢流坝段下游为连续式挑流鼻坎消能，挑流鼻坎反弧半径R=7.40 m，反弧底高程104.20 m，挑射角θ=21.30°，坎顶高程104.70 m，下游河床高程93.30 m。

本次复核分别计算200 a一遇、30 a一遇及20 a一遇洪水时消能防冲，复核计算采用《混凝土重力坝设计规范》(SL 319—2018)挑流消能公式：

(1)挑流水舌外缘挑距可按式(1)计算：

(1)

式中：L为水舌抛距，m；g为重力加速度，m/s2；v1为坎顶水面流速，m/s；可按鼻坎处平均流速v的1.1倍计，即v1=1.1v;θ为鼻坎挑角，(°)；h1为坎顶垂直方向水深，m，h1=hcosθ(h为坎顶平均水深)；h2为鼻坎坎顶至下游河床高程差，m。

(2)最大冲坑水垫厚度按式(2)：

tk=kq0.5H0.25

(2)

式中：tk为最大冲坑处水垫厚度，m；q为单宽流量，m3/(s·m)；H为上下游水位差，m；k为冲坑系数，取1.0。

表5 挑流消能计算成果

4 结 语

根据福山源水库浆砌石重力坝存在的险情，选择大坝加固设计方案，并对加固后的大坝渗流、稳定、应力，以及消能防冲进行了复核计算，计算结果均满足相关规范规定。本文总结了一套浆砌石重力坝除险加固的设计思路和方法，对同类地区具有一定借鉴意义。