铜陵市义安区郎冲水库除险加固工程初步设计报告

铜陵市义安区郎冲水库除险加固工程初步设计报告

浅谈小型水库土石坝的除险加固

以义安区郎冲水库为例

吴旭凌   陈建军

铜陵市义安区机电管理站   铜陵义安  244000 

【摘 要】结合郎冲病险水库工程的缺陷和隐患,分析了小型水库土石坝除险加固的原则,加固设计的原理及方法,并提出了适宜该工程的除险加固设计方案。实践证明,该工程加固效果较好,有效发挥了其防洪、灌溉等综合效益。

【关键词】水库大坝;除险加固

1. 工程概况

郎冲水库位于义安区天门镇高联村，始建于1973年10月，1975年建成蓄水，属于长江流域顺安河水系，是一座以防洪、灌溉为主的小（2）型水库，水库集水面积 0.32km2，流域平均长度为0.64km，流域平均比降11.00‰。水库正常蓄水位63.00m（吴淞基面，下同），死水位54.40m，总库容13.77万m3 。洪水标准为20年一遇设计，相应设计洪水位63.64m，300 年一遇校核，相应校核洪水位64.13m。工程等别为Ⅴ等，大坝、溢洪道、放水涵等主要水工建筑物级别为5级。

2.工程存在问题

水库兴建于上世纪七十年代，由于所处时代特殊，多方面原因导致施工质量较差。2009年水库进行除险加固，但受资金限制，依然未彻底解决水库安全隐患。2020年10月组织对郎冲水库进行了安全鉴定，水库大坝评定为三类坝，存在的主要问题有：

（1）坝体土质密实度低，渗透系数较大，属中~弱透水层，放水涵为坝下浆砌石方形无压涵，圬工结构，存在安全隐患。郎冲水库现状工程质量评价为“不合格”。

（2）大坝高水位时局部渗水，2020年汛后出现严重漏水，大坝渗流安全性 “C”级。

（3）大坝放水涵洞为圬工结构，老化严重，大坝结构安全性“C”级。

（4）闸门止水效果一般，运行卡阻，锈蚀较为严重。启闭机及螺杆均能正常使用，轻微锈蚀，涂 层脱落。金属结构安全性“B” 级。

2.1水库除险加固工程措施

针对该水库存在诸多安全隐患，本次除险加固拟采取如下措施：

①大坝背坡进行整坡处理，使大坝坝顶高程统一为64.90m，宽度统一为5.0m，新建坝顶道路165m，采用4.0m宽混凝土道路；

②迎水坡原干砌石护坡及排水沟维持现状，原放水涵进行拆除重建；

③对大坝坝体采用高压摆喷防渗墙进行防渗处理。

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铜陵市义安区郎冲水库除险加固工程初步设计报告

2.2主要针对解决大坝渗流除险加固设计和分析

2.2.1大坝渗流安全复核

（1）大坝渗流现状

根据现场查勘及向现场管理单位了解，高水位时大坝背水坡存在一定渗漏情况。

（2）大坝渗流计算

根据现状测量成果，选取 K0+100断面作为本次渗流复核计算断面。 本工程计算断面各土层渗透系数依照地质报告，地质资料选取，对地质报告中未提供渗透系数的土层，则按该土层的地质特性，根据工程类比选定。

计算工况根据规范《小型水利水电工程碾压式土石坝设计规范》（SL189-2013）的规定，土坝渗流计算应考虑水库运行中出现的不利条件，本次渗流计算中仅考虑了下列水位组合情况：

①上游正常蓄水位与下游相应水位；

②上游设计洪水位与下游相应水位；

③上游校核洪水位与下游相应水位。

各特征库水位下的渗流计算成果见下表。

不同库水位下关键部位渗流要素表

根据《水闸设计规范》(SL265-2016)，各土层允许渗流坡降值如表5.2.4所示。对比计算结果，计算断面上坝体与坝基接触面上的最大水平比降为0.36，大于重粉质壤土允许渗透比降0.35，其渗透稳定不满足要求；正常蓄水位、设计水位时下游坝坡渗出段的最大出逸比降分别为0.362、0.373，小于1层人工填土的允许出逸比降值0.40，校核水位时下游坝坡渗出段的最大出逸比降为0.418，大于1层人工填土的允许出逸比降值0.40；其渗透稳定不满足要求。从现场检查及管理单位介绍，大坝存在渗漏。

当库水位从正常蓄水位63.00m至设计洪水位63.64m之间，大坝渗流量为0.46-0.55(m3/d)，水库渗漏损失较大。

（3）大坝渗流安全评价

从现场检查及管理单位介绍，大坝存在渗漏。通过理论计算大坝渗流安全不满足规范要求。

2.2.2大坝防渗加固设计分析

经渗流安全分析，大坝下游坡脚渗透比降较大，并从工程运行和现场勘察资料来看，渗流隐患主要原因为原坝体内部填筑质量密实，含砾壤土渗透系数相对较大；人工清基不够彻底，存在薄弱隐患，压实度未达到设计要求等。

因此，为了确保大坝安全，须对大坝进行防渗处理。

为解决大坝渗透安全问题, 总体上可考虑截渗和导渗两大方案进行处理，但本工程大坝为均质坝，根据渗流分析结果，大坝的浸润线逸出点较高，如用导渗的方案采用贴坡排水或棱体排水均不能有效解决渗漏问题。因此本设计采用截渗方案进行防渗处理。

根据本工程的实际情况和我国现阶段土坝防渗加固处理方法及施工手段。结合工程实际，本工程主要考虑心墙方案。加设心墙可采用高压摆喷形成防渗心墙、砼截渗墙两种方案。

方案一：高压摆喷防渗心墙方案

在坝轴线造孔后，再下灌浆管至坝体，通过喷嘴的高压水流，冲击破坏土体，并注入水泥浆与土体混合形成水泥土防渗体。利用高压喷射流破坏原土层结构，

方案二：砼防渗心墙方案

在坝轴线上或沿坝轴线向上游偏移1.0m成槽至弱风化层1m，浇筑砼使其形成连续的砼防渗墙。混凝土防渗墙是利用专用的造孔机械设备营造槽孔，并在槽孔内注满泥浆，以防孔壁坍塌，最后用导管在注满泥浆的槽孔中浇注混凝土并置换出泥浆，筑成墙体，达到防渗的目的。

上述二种方案，在技术上均可满足坝体防渗要求。

高喷防渗墙优点如下：①防渗墙防渗性能可靠，施工场地便利；②不需放空水库；③施工速度较快，投资较小。其缺点为：防渗墙最大深度达21.2m，施工工艺较复杂。

砼防渗墙的优点如下：①防渗墙防渗性能可靠，对加强下游坝坡稳定效果明显，施工场地不便；②施工难度较大，工序较多。其缺点为：施工速度较慢、投资较大。

综合技术经济比较，并结合该工程地质实际情况，郎水库大坝坝体土质差，为了使下游坝坡稳定，解决下游坝脚处渗漏，推荐采用高喷防渗墙方案。根据本工程坝高较高的特点，采用摆喷比较合适。采用双喷嘴单墙折线连接，此形式连接可靠，按规范要求，防渗墙顶高程应高于校核洪水位0.30m，本次设计校核洪水位为64.13m，取设计墙顶高程取为64.50m。

主要技术参数：

灌浆材料采用P.042.5水泥，浆液容重1.60g/cm3～1.70g/cm3，摆喷施工技术参数为输浆压力0.5～0.7MPa，输浆率70～80L/min，气压0.7～1.2MPa，输气量0.8～1.5L/min，坝体内提升速度为5～10cm/min，摆角为35°，旋摆转速度6～10转、次/min，孔斜率≤1%，孔位偏差小于1～2cm，钻孔应深入下伏相对不透水层1.0m。

经计算，高压摆喷累计土体造孔3000m，岩基造孔150m。

2.2.3大坝加固后渗流安全复核

选取 K0+100设计断面（新增高喷灌浆防渗墙）作为本次渗流复核计算断面，经计算，各特征库水位下的渗流计算成果见下表，流网图及水力坡降数值见下图。

在不同库水位下关键部位渗流要素表

根据《水闸设计规范》(SL265-2016)，各土层允许渗流坡降值如表2.2.4所示。对比计算结果，计算加固后断面上坝体与坝基接触面上的最大水平比降为0.22，小于重粉质壤土允许渗透比降0.35，其渗透稳定满足要求；正常蓄水位、设计水位时下游坝坡渗出段的最大出逸比降分别为0.32、0.33，小于1层人工填土的允许出逸比降值0.40，其渗透稳定满足要求。

从表中当库水位从正常蓄水位63.00m至设计洪水位63.64m之间，大坝渗流量为0.19-0.22(m3/d)，水库渗漏损失较小。

通过采取高喷灌浆防渗墙措施后，郎冲水库渗流稳定满足要求。

加固后渗流计算成果图

3.结语：通过分析该工程的主要隐患所在,依据规范对大坝坝坡稳定渗流稳定，采取高压摆喷的方式彻底解决渗漏问题。工程加固后至今运行良好,故实践证明其所采取的除险加固措施取得了较好效果,值得推广

参考文献：

[1]王攀生.小型水库土石坝除险加固施工技术研究[J].水上安全,2023(03):167-169.

[2]曹风旭,冯祯辉,郭万鹏.浅谈小型水库土石坝的除险加固[J].中国高新科技,2022(18):98-100.DOI:10.13535/j.cnki.10-1507/n.2022.18.33.

[3]吴新广.北方地区小型水库土石坝的除险加固技术措施[J].黑龙江科技信息,2016(03):245.

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