李永中

（甘肅省張掖市甘蘭水利水電建筑設(shè)計院，甘肅 張掖 734000）

李橋水庫除險加固工程設(shè)計與應(yīng)用

李永中

（甘肅省張掖市甘蘭水利水電建筑設(shè)計院，甘肅 張掖 734000）

通過李橋水庫大壩壩坡塌坑事件，對運行50多年的壤土心墻土石壩進行了全面及時的安全復核和除險加固，分不同壩段的病險問題，采取了培厚上下游壩坡、壩體高壓旋噴墻防滲、壩頂聚苯泡沫板防壤土心墻凍張破壞、壩基帷幕灌漿等加固措施，取得了較好的除險加固效果，保證了水庫效益的正常發(fā)揮，可供其他類似工程借鑒。

水庫；除險加固；設(shè)計

1 工程概況

李橋水庫位于甘肅省張掖市山丹縣城南33.0km的馬營河干流上，是一座以灌溉為主的年調(diào)節(jié)中型水庫。水庫總庫容1540萬m3，有效庫容1416萬m3，主要由大壩、輸水涵洞、溢洪道和壩后式電站組成。李橋水庫始建于 1958年，歷經(jīng)三期建設(shè)，于1980年竣工，而后又經(jīng)過兩次除險加固，形成目前規(guī)模，現(xiàn)已連續(xù)運行50多年。

水庫大壩為壤土厚心墻土石混合壩，大壩總長1480m，壩頂寬5.4m，壩頂高程2179.90m，心墻頂部高程2179.20m，根據(jù)壩體結(jié)構(gòu)和高度的不同，分為西壩段、中壩段和東壩段。西壩段最大壩高11.8m，心墻為壤土心墻，心墻下游沒設(shè)置反濾層和排水設(shè)施。中壩段最大壩高25.4m，心墻為厚壤土心墻，心墻下游設(shè)置了反濾層，東壩段最大壩高13.1m心墻為壤土心墻，未設(shè)排水設(shè)施。

壩體基礎(chǔ)防滲西壩段在壩基設(shè)置混凝土防滲墻，墻伸入底部巖石0.8～3.0m，伸入上部壤土心墻為2.3～4.0m；中壩段底部設(shè)置紅粘土截滲齒墻，此墻底部伸入巖石1.5m，上部伸入壤土心墻1.5m；東壩段壩基設(shè)置混凝土防滲墻，墻體底部伸入巖石0.8～1.2m。

2 問題提出

李橋水庫的建設(shè)過程受到不同時期不同社會背景條件下的制約，到1980年工程驗收時，水庫還是一個先天不足的工程，遺留了很多缺陷和不足，投入運行以來，一直存在滲漏問題。對此，李橋水庫于1999年被甘肅水利廳確定為全省第一批重點病險水庫，加之 2003年10月25日山丹發(fā)生6.1級地震，又造成防浪墻傾斜斷裂。雖經(jīng)2000年、2005年兩次加固，由于投入資金有限，主要對溢洪道、輸水洞進行了加固，均未解決水庫大壩存在的滲漏穩(wěn)定問題，存在極大的安全隱患。

2012年3月，水庫管理人員在巡視時，發(fā)現(xiàn)后壩坡頂部和后壩坡坡腳兩處各出現(xiàn)一個塌陷坑。壩坡頂部處塌陷坑坑口直徑0.7m，底部直徑2.6m，深2.8m。后壩坡坡腳處塌陷坑坑口直徑0.8m，底部直徑1.0m，深1.1m。分別編號為1#塌坑、2#塌坑。此時水庫水位2177.77m，比正常蓄水位2178.60m低0.83m。在壩體下游灘地發(fā)現(xiàn)滲水出逸點水流有渾濁現(xiàn)象，局部已出現(xiàn)孔穴點，帶出的土料為粉細砂顆粒。

水庫險情出現(xiàn)后，水庫管理部門及時提出了降低庫水位、出現(xiàn)塌坑壩段壩前修建臨時圍堰等措施，使得水庫的險情得到了有效控制。并控制此后水庫的蓄水位不超過2175m運行。但病險并沒有消除，所以要根據(jù)水庫存在的問題，對該水庫進行除險加固才能徹底解決病險問題，使水庫發(fā)揮應(yīng)有的效益。

3 塌坑原因分析

（1）因變形不協(xié)調(diào)和局部應(yīng)力集中，導致有齒墻（東、西）壩段與無齒墻（中）壩段的接觸區(qū)、齒墻壩段齒墻頂部粘土心墻區(qū)產(chǎn)生裂縫，形成滲漏。因防滲體下游面與壩基砂礫石層之間無反濾層導致壩體和壩基產(chǎn)生滲流侵蝕，致使?jié)B透破壞現(xiàn)象長期存在。這些因素是造成壩體滲流異常及 2012年3月壩體塌坑的主要原因。

（2）李橋水庫壩身壤土心墻填土總體密實性差，松散、不均勻、裂隙較多。東壩段壩頂軸線測線處存在較大的滲漏通道；西壩段壩頂軸線測線處存在較大的滲漏通道，壩后道路測線處仍可見此通道，說明上下游存在連通的滲漏通道；壤土心墻由于當初施工質(zhì)量較差，在滲水的長期作用下形成了具有一定厚度的水平方向集中滲水通道；滲水通過心墻后影響范圍有所擴大，總體趨勢從1#塌坑向2#塌坑方向發(fā)展。

4 大壩存在的主要問題

（1）壩體心墻、砂礫石壩殼填筑質(zhì)量差。

（2）左壩肩Ⅲ級堆積階地砂卵礫石層屬強透水層，存在繞壩滲漏問題；西壩段壩基的古河道清基不徹底，存在壩基滲漏問題；中壩段壩基屬弱透水巖體，滲漏量較小，基本不存在壩基滲漏問題，但局部屬中等透水巖體，存在局部壩基滲漏問題；壩基東壩段與右壩肩的深厚覆蓋層清基也不徹底，也存在壩基與繞壩滲漏問題。

（3）東、西壩段滲流不穩(wěn)定。

（4）中壩段在上游水位驟降情況下，上游壩坡抗滑不穩(wěn)定，東、西壩段上下游壩坡抗滑不穩(wěn)定。

（5）心墻頂部保護層厚度不滿足要求。

5 大壩除險加固工程設(shè)計

本次除險加固時，中壩段、西壩段和東壩段維持現(xiàn)狀壩軸線不動，壩頂防浪墻不動，壩頂寬度5.4m不變，在原壩體上解決大壩存在的主要問題。除險加固工程主要有中壩段壩體加固工程、西壩段壩體加固工程、東壩段壩體加固工程和東、西壩段壩基及左壩肩防滲處理工程。

5.1 中壩段壩體加固工程設(shè)計

中壩段存在的問題是上、下游壩坡不穩(wěn)定的問題，壩頂壤土心墻頂部保護層厚度不夠的問題。

針對中壩段上游壩坡不穩(wěn)定的問題，先在庫底2169m高程以下原壩體上開挖梯形斷面抗滑槽，在槽內(nèi)拋填塊石作為壩前培厚砂礫的基礎(chǔ)后，再在上面填筑砂礫石蓋重，蓋重起點高程為 2169m，蓋重水平底寬 3.51m，頂部至壩頂高程，為2179.9m，填筑坡度 1∶2.75。

針對壩頂壤土心墻頂部保護層厚度不夠以及大壩下游壩坡不穩(wěn)定的問題，由于心墻頂部保護層厚度只有0.7m，小于當?shù)刈畲髢鐾辽?.62m，壩頂采用揭開30cm的砂礫后，鋪設(shè)厚度6cm的保溫板以增加壩頂壤土心墻的抗凍張能力，然后填筑砂礫石厚24cm，達到原壩頂高程2179.9m。

為了便于碾壓和新老壩體的結(jié)合，首先拆除下游壩坡干砌石護坡，然后用砂礫石培厚下游壩坡，以增加下游壩坡的抗滑穩(wěn)定性，下游壩坡的培厚坡度自上而下為1∶2、1∶2.5，與現(xiàn)狀坡度一致，培厚水平寬度2.2m。上游壩坡蓋重砂礫石坡面在高程2176.1m以下采用厚度30cm的干砌石護坡，護坡下鋪設(shè)厚度50cm的砂礫墊層；高程2176.1m以上采用C25現(xiàn)澆混凝土護坡，厚度20cm，以避免原干砌石在風浪和冰層作用下經(jīng)常被破壞的弊病，對混凝土護坡下鋪設(shè)50cm的礫石墊層。

對中壩段下游壩坡培厚以前，首先對2012年3月出現(xiàn)的1#塌坑、2#個塌坑進行局部開挖檢查，把該段下游壩坡砂礫揭開到心墻，檢查心墻是否破壞，然后再夯填砂礫到設(shè)計厚度。加固設(shè)計典型橫斷面見圖1。

5.2 西壩段壩體加固工程設(shè)計

針對西壩段存在的壩體滲流不穩(wěn)定、清基不徹底，有齒墻（東、西）壩段與無齒墻（中）壩段的接觸區(qū)、齒墻壩段齒墻頂部粘土心墻區(qū)域產(chǎn)生裂縫，形成滲漏通道，以及下游壩坡不穩(wěn)定的問題，采取以下加固處理措施。

對西壩段原壩體下游壩坡培厚，培厚坡度1∶2，壩體上游老壩體臺地上做高壓旋噴墻防滲。高壓旋噴防滲墻軸線布置在西壩軸線上游5.68m的原老壩頂（2178.4m高程）的臺地上。即高壓旋噴防滲墻與防浪墻基礎(chǔ)的凈距 2m，高壓旋噴墻厚度0.6m，旋噴樁半徑0.6m，旋噴樁中心距 1m，布置高噴防滲墻404m，平均孔深17.1m。采用單排旋噴樁套接的結(jié)構(gòu)形式，高壓旋噴墻采用三管法施工。壓旋噴防滲墻右端與中壩段壤土心墻連接，伸入壤土心墻35m，伸入中壩段部分高壓旋噴墻頂高程2179.6m，高壓旋噴墻底部伸入基巖1m。在高壓旋噴墻與防浪墻之間用25cm厚的C25混凝土護砌。加固設(shè)計典型橫斷面見圖2。

圖1 中壩段加固典型橫斷面設(shè)計圖

圖2 西壩段加固典型橫斷面設(shè)計圖

5.3 東壩段壩體加固工程設(shè)計

東壩段存在的問題與西壩段類同，采取的處理加固措施也與西壩段類同。對東壩段原壩體下游壩坡培厚，培厚坡度1∶2，壩體上游老壩體臺地上做高壓旋噴墻防滲，高壓旋噴防滲墻左端與中壩段壤土心墻連接，伸入壤土心墻35m，右端做至溢洪道邊墻。共布置高壓旋噴防滲墻長155m，平均孔深19.44m。高壓旋噴墻設(shè)計及與防浪墻的連接設(shè)計與西壩段設(shè)計類同。加固設(shè)計典型橫斷面見圖3。

5.4 西、東壩段壩基及左壩肩防滲處理設(shè)計

（1）西壩段壩基防滲加固處理措施。沿著西壩旋噴樁墻墻軸線，從臺地頂部造孔對壩基中等透水巖體進行帷幕灌漿。沿旋噴樁墻軸線布置防滲帷幕長度404m，單排孔，孔距2m，灌漿深度根據(jù)規(guī)范按基巖透水率不高于10Lu控制，并伸入弱風帶以下5m，平均灌漿深度為16.1m，先做帷幕灌漿，帷幕完成以后再做高壓旋噴墻，鉆灌比為1，見圖2。

（2）東壩段壩基防滲加固處理措施。沿著東壩段旋噴樁墻軸線，從臺地頂部造孔對壩基中等透水巖體進行帷幕灌漿。共布置防滲帷幕長度155m，灌至微風帶以下5m，平均灌漿深度為22m。其余設(shè)計與西壩段壩基處理措施相同，見圖3。

（3）左壩肩防滲處理措施。對左壩肩進行高壓旋噴防滲墻處理。高壓旋噴防滲墻長度 50m。高壓旋噴墻設(shè)計與西壩段高壓旋噴墻設(shè)計類同。

6 結(jié)語

水庫除險加固工程于2012年 7月開工建設(shè)，于2013年10月完工。通過一年多的正常蓄水位運行考驗和觀測，壩后灘地滲水消失了，壩頂裂縫也再沒有出現(xiàn)，各壩段上、下游壩坡沒有出現(xiàn)異常，塌坑壩段完好，沒向不利方向發(fā)展，說明采取的大壩加固措施是合適的，加固效果是理想的。尤其采取的從壩頂做高壓旋噴防滲墻至基巖的加固措施和壩頂鋪設(shè)聚苯泡沫板代替常規(guī)的加厚砂礫石層防止心墻凍脹破壞的辦法，對于類似水庫除險和工程設(shè)計具有較好的借鑒價值。

TV698

B

1008-1305（2015）04-0089-03

李永中（1962年—），男，工程師。