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蓝焕兰
身份证号码：45223119750322451X
【摘 要】结合某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。
【关键词】水库大坝；除险加固；设计
1.工程概况
依据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）及《防洪标准》（GB50201-94）规定，某工程设计洪水标准为30年一遇，校核洪水标准500年一遇。该工程于1975年10月兴建，1976年3月建成，总库容275万m3，校核洪水位234.15m；兴利库容185万m3，兴利水位231.0m；死库容15万m3，死水位215.5m。水库枢纽工程主要由大坝、溢洪道、放水洞三部分组成。大坝为粘土心墙砂壳坝，坝长300m，坝顶宽2.5m～4.0m，最大坝高24.0m，坝顶高程235.15m，粘土心墙顶高程233.5m。溢洪道采用坝肩式，位于大坝右端，进口为开敞式宽顶堰，堰顶高程231.0m，堰宽51m，最大泄量450m3/s。放水洞位于大坝0+108桩号处，为矩形断面的无压浆砌块石涵洞，尺寸为1.0m×0.7m，洞身长90m，进口底高程215.5m，采用钢丝绳斜拉式闸门，启闭机房位于坝肩迎水侧，最大引水流量1.9m3/s。
2.工程存在的问题
该工程由于建造时间早，在建期间受资金及条件的限制，采用人工筑土建成，大坝填筑质量差，碾压质量达不到规范要求。坝体土料为夹杂砾石和较大砂砾的壤土，加之冬季施工，造成坝体压土密实度低。粘土心墙清基不彻底，导致坝脚有渗水现象。大坝的迎水坡坡比为1：1.86～1：1.92，缺土严重。砌石护坡质量差，大部分已破坏，坝壳裸露，桩号0+210处塌陷，水位变动区坝坡掏刷严重。背水坡坡比较陡，仅有1：1.5～1：1.82，缺土严重，且多处出现由于冲刷形成的局部塌陷和凹坑，坡面杂草丛生，无排水设施。大坝坝顶宽2.5m～4.0m，且不平整；防浪墙老化失修，砂浆剥落，损坏严重，基础未与心墙衔接；溢洪道进口处与大坝岸无护砌裹头，泄洪时严重危及坝体安全。
3.除险加固方法的选用原则
土石坝虽然坝型常见，但由于其工程情形复杂，机具、材料等条件多变，并且各项具体的除险加固方法很多都有其特定的适用范围和局限性，因此，对每一具体工程病害都应进行仔细分析。应从工程病害情况、除险加固要求（包括加固后工程应达到的各项指标、加固范围、加固进度等）、工程费用以及材料、机具来源等各方面进行综合考虑。确定土石坝加固方法时，应根据工程病害的具体情况对几种加固方法进行技术、经济、施工比较，选择技术上可靠，经济上合理，且能满足施工要求的除险加固方法。
4.工程的除险加固设计
4.1 坝体尺寸设计。工程的坝顶宽度当前为2.5m～4.0m，根据《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》（SL189-96）（以下简称《导则》）有关规定，考虑工程构造、防汛抢险、交通、新农村建设等需要，本次加固坝顶宽度按4m设计。依据《导则》规定，坝顶高程等于水库静水位与坝顶超高之和，根据该水库不同运行工况下静水位的坝顶超高核算坝顶高程。本次加固坝顶高程确定为235.24m，在现有基础上加高坝顶0.94m，并在上游坝肩修建0.8m高防浪墙，则防浪墙顶高程为235.24m。根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）要求，粘土心墙土坝心墙防渗体在正常蓄水位或设计水位以上超高0.6m，心墙防渗体顶部不应低于非常运用条件静水位。本次加固后粘土心墙顶高程仅低于坝顶0.5m。根据工程现状并考虑坝型、坝高、坝基材料等因素，参照已建类似土坝工程做法，确定大坝迎水坡在高程231.0m处设1.5m宽戗台，戗台以下、以上坡比均为1：2.5；背水坡在高程225.0m处设1.5m宽戗台，戗台以上坡比为1：2.0，以下坡比设计为1：2.5。在大坝与溢洪道相接处增设浆砌石裹头防护，上游端与迎水坡护坡石衔接，护至坝顶，并采用浆砌料石封顶。
4.2 迎水坡工程。迎水坡进行补土以达到设计坡比，并进行翻压。采用干砌块石护，护坡石下设反滤层。根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001），选用块石宽×厚为0.30m×0.20m，块石长度不小于50cm；每隔20m设浆砌石隔梁，断面尺寸为0.7m×0.7m，沿坝脚设浆砌石齿墙。原有反滤体由于多年运行，部分坍塌，反滤体外部淤积粘土，排水效果差，现排水体顶部高程不满足规范要求，故本次加固对其拆除重建。反滤体形式按实际现状选用贴坡排水体，护坡反滤层自上而下第一层为2cm～4cm石子，厚15cm，第二层为200g/m2的反滤土。顶部高程按照规范要求，贴坡排水体顶部高程应高于坝浸润线出逸点不小于1.5m，根据渗流计算成果确定反滤贴坡排水体的顶部高程为91.5m，底部设两级反滤层。
4.3 背水坡工程。
4.3.1 坝坡补土。背水坡局部缺土，坡比不满足规范要求。且坡面凹凸不平，无排水设施，冲刷较严重。按设计坡比补土筑坡并翻压。施工中，清除原有坡面杂草及腐质土，自下而上，水平上升，分层铺土，层土层压，提高密实度，增强坝坡抗滑稳定能力。为保证新、老土砾料的有机结合，在新土铺筑过程中，新土要与原坝坡土粒料进行搭接，搭接宽度不少于0.5m。
4.3.2 坝坡防护排水。大坝原有坡面无排水设施，根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）规定，沿坝轴线每隔30m设置竖向排水沟一道，计11道，戗台及坡脚各设横向排水沟一道。排水沟按10年一遇洪水标准设计，竖向排水沟断面宽×高为0.40m×0.25m，横向排水沟断面宽、高分别为0.40m×0.25m和0.5m×0.4m。排水沟底部采用C15细石混凝土现场浇筑，厚度15cm，两侧墙采用10cm厚C20混凝土预制板镶砌，1∶3.0水泥砂浆勾缝。背水坡全部植草皮防护，以防止雨水漫流造成坡面冲刷。 4.3.3 排水体。坡脚在桩号0+060～0+150处设堆石棱体排水，顶宽1.5m，边坡1：1.5，高度3m；其他坝段采用贴坡式排水体，边坡1：2.5。排水体采用块石干砌，内侧设反滤层，反滤层自内而外依次铺设粗砂、透水土工布、碎石。
4.4 坝顶工程。坝顶防浪墙设在上游坝肩处，基础与粘土心墙衔接，坝顶以上高度0.8m，M7.5块石浆砌，M10浆砌料石镶面，用20cm厚的料石封顶。坝顶设混凝土路面，考虑到交通要求，硬化路面净宽4.5m，底部设15cm厚的水泥砂砾稳定层，面层为30cm厚的混凝土，路面横坡倾向下游，坡比为2%。新建防浪墙与心墙之间的防渗体，采用土工膜连接，防渗土工膜上下铺砂质粘土厚15cm保护。
4.5 渗漏处理工程。根据安全排查可知，该工程建坝时坝基清基不彻底，坝脚多处渗水，通过对坝基进行帷幕灌浆，彻底根治了坝基渗漏问题。具体渗漏处理的要求为：保证坝体和坝基的渗流稳定，其抗渗比降和渗透流速满足稳定要求；控制渗流量，尽量减少渗漏损失；控制下游剩余水头，防止渗透变形破坏，保证下游边坡稳定，减少下游沉降。渗漏处理的总原则是“上截下排”，“上截”即在坝轴线以上部分堵截渗流途径，防止和减少渗漏水量渗入坝体和坝基；“下排”就是在下游做好反滤导渗排水设施，使渗入坝体、坝基的渗水在不带走土颗粒的前提下安全通畅地排向下游。
4.5.1 灌浆方法。采用充填式灌浆，按照分序和“少灌多复”（即一次灌浆量要少，重复灌浆的次数要多）的灌浆方法。通过套管“自下而上，分段灌注”，在灌浆中先对第一序孔轮灌，待第一序孔终灌后再进行第二序孔，第二序孔结束后再进行第三序孔。每孔灌浆次数为5～10次，两次灌浆间隔时间不应少于5天。钻孔过程中，出现漏浆现象时，可采用先灌浆后钻进的办法处理，并严格控制灌浆量及灌浆压力。
4.5.2 钻孔布置。充填灌浆孔一般应布置在隐患处或其附近，根据隐患的性质或范围决定布孔。根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001），本工程坝高在20m以上，宜采用双排布孔，孔距为2.0m～2.5m，排距为0.5m～1.0m。在岸坡段、弯曲坝段布孔，应适当缩小孔距。底部要求嵌入不透水层2m～3m。
4.5.3 灌浆材料与灌浆压力灌浆压力：根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001），帷幕灌浆压力按下式计算。
P=P0+mD+kyh
式中，P——灌浆压力（KPa）；
P0——岩基表层的允许压力（KPa）；
m——灌浆段上岩层每增加1m所增加的压力（KPa）；
D——灌浆段上岩层的厚度（m）；
k——一般取为1.5；
y——压重的重度（KN/m3）；
h——灌浆段以上压重的厚度（m）。
经计算，本工程的设计灌浆压力为0.05MPa～0.25MPa。
5.结论
通过分析该工程的隐患所在，依据规范对大坝坝坡稳定、渗透稳定行了坝体尺寸的重新设计，并采用碾压试验等方法确定各项施工填筑参数，在迎水坡工程、背水坡工程、坝顶工程施工中严格按施工填筑参数控制压实质量、铺筑厚度、材质级配等各项指标。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。
身份证号码：45223119750322451X
【摘 要】结合某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。
【关键词】水库大坝；除险加固；设计
1.工程概况
依据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）及《防洪标准》（GB50201-94）规定，某工程设计洪水标准为30年一遇，校核洪水标准500年一遇。该工程于1975年10月兴建，1976年3月建成，总库容275万m3，校核洪水位234.15m；兴利库容185万m3，兴利水位231.0m；死库容15万m3，死水位215.5m。水库枢纽工程主要由大坝、溢洪道、放水洞三部分组成。大坝为粘土心墙砂壳坝，坝长300m，坝顶宽2.5m～4.0m，最大坝高24.0m，坝顶高程235.15m，粘土心墙顶高程233.5m。溢洪道采用坝肩式，位于大坝右端，进口为开敞式宽顶堰，堰顶高程231.0m，堰宽51m，最大泄量450m3/s。放水洞位于大坝0+108桩号处，为矩形断面的无压浆砌块石涵洞，尺寸为1.0m×0.7m，洞身长90m，进口底高程215.5m，采用钢丝绳斜拉式闸门，启闭机房位于坝肩迎水侧，最大引水流量1.9m3/s。
2.工程存在的问题
该工程由于建造时间早，在建期间受资金及条件的限制，采用人工筑土建成，大坝填筑质量差，碾压质量达不到规范要求。坝体土料为夹杂砾石和较大砂砾的壤土，加之冬季施工，造成坝体压土密实度低。粘土心墙清基不彻底，导致坝脚有渗水现象。大坝的迎水坡坡比为1：1.86～1：1.92，缺土严重。砌石护坡质量差，大部分已破坏，坝壳裸露，桩号0+210处塌陷，水位变动区坝坡掏刷严重。背水坡坡比较陡，仅有1：1.5～1：1.82，缺土严重，且多处出现由于冲刷形成的局部塌陷和凹坑，坡面杂草丛生，无排水设施。大坝坝顶宽2.5m～4.0m，且不平整；防浪墙老化失修，砂浆剥落，损坏严重，基础未与心墙衔接；溢洪道进口处与大坝岸无护砌裹头，泄洪时严重危及坝体安全。
3.除险加固方法的选用原则
土石坝虽然坝型常见，但由于其工程情形复杂，机具、材料等条件多变，并且各项具体的除险加固方法很多都有其特定的适用范围和局限性，因此，对每一具体工程病害都应进行仔细分析。应从工程病害情况、除险加固要求（包括加固后工程应达到的各项指标、加固范围、加固进度等）、工程费用以及材料、机具来源等各方面进行综合考虑。确定土石坝加固方法时，应根据工程病害的具体情况对几种加固方法进行技术、经济、施工比较，选择技术上可靠，经济上合理，且能满足施工要求的除险加固方法。
4.工程的除险加固设计
4.1 坝体尺寸设计。工程的坝顶宽度当前为2.5m～4.0m，根据《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》（SL189-96）（以下简称《导则》）有关规定，考虑工程构造、防汛抢险、交通、新农村建设等需要，本次加固坝顶宽度按4m设计。依据《导则》规定，坝顶高程等于水库静水位与坝顶超高之和，根据该水库不同运行工况下静水位的坝顶超高核算坝顶高程。本次加固坝顶高程确定为235.24m，在现有基础上加高坝顶0.94m，并在上游坝肩修建0.8m高防浪墙，则防浪墙顶高程为235.24m。根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）要求，粘土心墙土坝心墙防渗体在正常蓄水位或设计水位以上超高0.6m，心墙防渗体顶部不应低于非常运用条件静水位。本次加固后粘土心墙顶高程仅低于坝顶0.5m。根据工程现状并考虑坝型、坝高、坝基材料等因素，参照已建类似土坝工程做法，确定大坝迎水坡在高程231.0m处设1.5m宽戗台，戗台以下、以上坡比均为1：2.5；背水坡在高程225.0m处设1.5m宽戗台，戗台以上坡比为1：2.0，以下坡比设计为1：2.5。在大坝与溢洪道相接处增设浆砌石裹头防护，上游端与迎水坡护坡石衔接，护至坝顶，并采用浆砌料石封顶。
4.2 迎水坡工程。迎水坡进行补土以达到设计坡比，并进行翻压。采用干砌块石护，护坡石下设反滤层。根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001），选用块石宽×厚为0.30m×0.20m，块石长度不小于50cm；每隔20m设浆砌石隔梁，断面尺寸为0.7m×0.7m，沿坝脚设浆砌石齿墙。原有反滤体由于多年运行，部分坍塌，反滤体外部淤积粘土，排水效果差，现排水体顶部高程不满足规范要求，故本次加固对其拆除重建。反滤体形式按实际现状选用贴坡排水体，护坡反滤层自上而下第一层为2cm～4cm石子，厚15cm，第二层为200g/m2的反滤土。顶部高程按照规范要求，贴坡排水体顶部高程应高于坝浸润线出逸点不小于1.5m，根据渗流计算成果确定反滤贴坡排水体的顶部高程为91.5m，底部设两级反滤层。
4.3 背水坡工程。
4.3.1 坝坡补土。背水坡局部缺土，坡比不满足规范要求。且坡面凹凸不平，无排水设施，冲刷较严重。按设计坡比补土筑坡并翻压。施工中，清除原有坡面杂草及腐质土，自下而上，水平上升，分层铺土，层土层压，提高密实度，增强坝坡抗滑稳定能力。为保证新、老土砾料的有机结合，在新土铺筑过程中，新土要与原坝坡土粒料进行搭接，搭接宽度不少于0.5m。
4.3.2 坝坡防护排水。大坝原有坡面无排水设施，根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）规定，沿坝轴线每隔30m设置竖向排水沟一道，计11道，戗台及坡脚各设横向排水沟一道。排水沟按10年一遇洪水标准设计，竖向排水沟断面宽×高为0.40m×0.25m，横向排水沟断面宽、高分别为0.40m×0.25m和0.5m×0.4m。排水沟底部采用C15细石混凝土现场浇筑，厚度15cm，两侧墙采用10cm厚C20混凝土预制板镶砌，1∶3.0水泥砂浆勾缝。背水坡全部植草皮防护，以防止雨水漫流造成坡面冲刷。 4.3.3 排水体。坡脚在桩号0+060～0+150处设堆石棱体排水，顶宽1.5m，边坡1：1.5，高度3m；其他坝段采用贴坡式排水体，边坡1：2.5。排水体采用块石干砌，内侧设反滤层，反滤层自内而外依次铺设粗砂、透水土工布、碎石。
4.4 坝顶工程。坝顶防浪墙设在上游坝肩处，基础与粘土心墙衔接，坝顶以上高度0.8m，M7.5块石浆砌，M10浆砌料石镶面，用20cm厚的料石封顶。坝顶设混凝土路面，考虑到交通要求，硬化路面净宽4.5m，底部设15cm厚的水泥砂砾稳定层，面层为30cm厚的混凝土，路面横坡倾向下游，坡比为2%。新建防浪墙与心墙之间的防渗体，采用土工膜连接，防渗土工膜上下铺砂质粘土厚15cm保护。
4.5 渗漏处理工程。根据安全排查可知，该工程建坝时坝基清基不彻底，坝脚多处渗水，通过对坝基进行帷幕灌浆，彻底根治了坝基渗漏问题。具体渗漏处理的要求为：保证坝体和坝基的渗流稳定，其抗渗比降和渗透流速满足稳定要求；控制渗流量，尽量减少渗漏损失；控制下游剩余水头，防止渗透变形破坏，保证下游边坡稳定，减少下游沉降。渗漏处理的总原则是“上截下排”，“上截”即在坝轴线以上部分堵截渗流途径，防止和减少渗漏水量渗入坝体和坝基；“下排”就是在下游做好反滤导渗排水设施，使渗入坝体、坝基的渗水在不带走土颗粒的前提下安全通畅地排向下游。
4.5.1 灌浆方法。采用充填式灌浆，按照分序和“少灌多复”（即一次灌浆量要少，重复灌浆的次数要多）的灌浆方法。通过套管“自下而上，分段灌注”，在灌浆中先对第一序孔轮灌，待第一序孔终灌后再进行第二序孔，第二序孔结束后再进行第三序孔。每孔灌浆次数为5～10次，两次灌浆间隔时间不应少于5天。钻孔过程中，出现漏浆现象时，可采用先灌浆后钻进的办法处理，并严格控制灌浆量及灌浆压力。
4.5.2 钻孔布置。充填灌浆孔一般应布置在隐患处或其附近，根据隐患的性质或范围决定布孔。根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001），本工程坝高在20m以上，宜采用双排布孔，孔距为2.0m～2.5m，排距为0.5m～1.0m。在岸坡段、弯曲坝段布孔，应适当缩小孔距。底部要求嵌入不透水层2m～3m。
4.5.3 灌浆材料与灌浆压力灌浆压力：根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001），帷幕灌浆压力按下式计算。
P=P0+mD+kyh
式中，P——灌浆压力（KPa）；
P0——岩基表层的允许压力（KPa）；
m——灌浆段上岩层每增加1m所增加的压力（KPa）；
D——灌浆段上岩层的厚度（m）；
k——一般取为1.5；
y——压重的重度（KN/m3）；
h——灌浆段以上压重的厚度（m）。
经计算，本工程的设计灌浆压力为0.05MPa～0.25MPa。
5.结论
通过分析该工程的隐患所在，依据规范对大坝坝坡稳定、渗透稳定行了坝体尺寸的重新设计，并采用碾压试验等方法确定各项施工填筑参数，在迎水坡工程、背水坡工程、坝顶工程施工中严格按施工填筑参数控制压实质量、铺筑厚度、材质级配等各项指标。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。