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摘 要：山口水库工程于1956年11月动工兴建，1957年7月建成，主要由大坝、溢洪道、进水卧管和输水涵洞等组成。大坝由于基础处理不到位，坝体填筑碾压质量较差，加之运行时间长，管理、维护跟不上，大坝出现了较多影响安全的问题，致使工程已不能正常运行和发挥效益，需要全面进行加固处理。通过全面的现场检查、工程检测、补充地质调查和复核计算，查明了山口水库存在的主要工程问题。针对山口水库存在的问题，在水库渗流、大坝稳定、泄洪能力等计算分析的基础上，进行了加固设计。通过加固处理，确保了山口水库工程质量，实现了水库功能的正常发挥。
关键词：山口水库；大坝；溢洪道；输水涵洞；加固设计
1 工程概况
山口水库属湖南省永州市新田县知市坪乡，坝址座落在新田县知市坪乡山口村境内，距新田县城17km。水库灌溉耕地面积500 亩，保护人口500人，保护下游耕地面积500亩，是一座以灌溉为主，兼有防洪、养鱼等综合利用的小型水利工程。枢纽建筑物由大坝、溢洪道、卧管、输水涵洞等建筑物组成。设计洪水标准按20年一遇，校核洪水标准按200年一遇，水库正常库容18.20万m3，工程等别为Ⅴ等。
大坝为均质土坝，坝顶高程233.00m，最大坝高12.1m，坝顶宽3.51m，坝顶轴线长95m。内坡坡比为1：2.24；外坡坡比为1：2.29，高程227.60m设有一平台，宽1.67m，在靠近平台右侧有一坝上灌溉渠道（宽0.63m，深0.40m），其下部分坡比为1：1.89。
溢洪道位于水库左岸约200m处，为一明渠段，宽2.0m，堰顶高程229.30m。目前溢洪道部分无边坡衬砌，已衬边坡及底板破损严重。水库现状输水设施由涵管、卧管及消力井组成。高涵位于右坝，全长28m；低涵位于左坝，全长44m。卧管采用木塞人工控制放水。
2 工程存在的病险问题
2.1 坝体、坝基渗漏；无护坡区域杂草滋生。
2.2 溢洪道底板和右侧挡墙破损严重；无消力池和泄槽；溢洪道公路段过流断面过小。
2.3 砌筑质量差，库水沿涵洞与坝体接触带产生集中渗漏，水流带走大量坝体填筑料，造成坝体塌陷。
2.4 大坝坝体无任何观测设施。
2.5 高涵卧管老化开裂，渗漏严重；低涵卧管、涵管老化开裂，渗漏严重。
3 除险加固工程设计
3.1 大坝加固设计
3.1.1 坝基、坝肩帷幕灌浆设计
采用帷幕灌浆的方法对坝基及坝肩进行防渗处理。根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）中有关规定，以坝基岩石透水率q≤10Lu为相对不透水层。建基面至相对不透水层之间的透水基岩应设灌浆帷幕，以防渗水冲蚀坝底基础。
帷幕灌浆按公式计算：T=H/J；式中：T——帷幕厚度m；H——最大作用水头（H=5.3m）；J——帷幕的容许比降，J=12；经计算：T=1m，根据计算的帷幕厚度以及坝基、坝肩实际渗漏情况，拟定大坝坝基帷幕灌浆孔为一排。
本工程灌浆材料采用Po42.5MPa普通硅酸盐水泥，帷幕设计为单排，帷幕轴线全长约72m，灌浆孔可分为3序，按Ⅰ、III、Ⅱ序的顺序施工。采用自下而上的方法进行灌浆，当岩段小于6m时，采用全孔一次灌浆法；大于6m或在漏水严重地段应采取自上而下的方法灌浆，以提高灌浆质量。在灌浆过程中，对于每一个灌浆孔都应严格按照规程，规范的要求结束灌浆，以确保工程质量。
3.1.2 坝体冲抓回填设计
冲抓钻孔套井回填处理土坝渗漏，是在漏水范围内利用冲抓机钻孔，然后用粘土进行分层回填，并利用钻机的动力和卷扬设备带动夯锤加以夯实，造成一个连续的截水墙，截断坝身或坝基中的渗流。根据《碾压式土石坝设计规范》（SDJ218-84）4.2.4条确定本工程冲抓回填高程为230.35m。冲抓回填防渗墙的主要作用为加高加固大坝原有防渗体，山口水库大坝原设计为均质土坝，因此，冲抓回填防渗墙布置在上游马道轴线上。根据地质情况及防渗要求，本次设计冲抓回填从坝顶到岩土分界线为冲抓回填防渗墙，下部与坝基帷幕灌浆搭接。
3.1.3 上游坝坡加固设计
上游坝面有碎石护面，现已塌陷，本次设计并从死水位高程至校核水位采用混凝土预制块护坡，校核水位以上采用草皮护坡，死水位坡脚处砌筑C20砼基础，并抛石护脚。
3.1.4 下游坝坡加固设计
山口水库大坝经多年运行，下游坝坡受雨水冲刷，坑洼不平，杂草丛生，不利于大坝安全观测，也影响美观，坝体渗漏还造成局部坡面塌陷。为防止雨水冲刷下游坝坡，设置下游坡面排水。坝上灌溉渠道兼做横向排水沟；纵向排水沟沿坝体与山体岸坡连接处竖向布置，左、右岸坝肩处各一条；坝脚设集水沟一条，共计四条。纵横向排水沟在汇合后，排入下游渠道。下游坝坡新建上坝阶梯，上坝阶梯高度为0.15m，宽1.0m，C15砼现浇。
3.2 溢洪道除险加固工程设计
溢洪道由进水段、控制段、泄槽、消力池四部分组成。其中进水段由八字导墙和过路桥涵组成，底板为C15砼，高程228.30m，侧墙高为M7.5浆砌石结构；过路桥涵由于过水断面过小，拆除重建，地板为C20钢筋砼，侧墙高出底板1.5m，为M7.5浆砌石结构，桥面为C30钢筋砼。控制段明渠起端高程229.30m，宽2.0m，桩号为0+000.0～0+0120.0。由于原来宽度不够，顺水流方向拆除右侧新建，侧墙高的达到1.5m。泄槽布置由0+0120～0+166.5，共计46.5m。断面形式为矩形，对泄槽底部进行整平并采用C20钢筋砼衬砌，每隔10m设置沥青杉板伸缩缝。侧墙高出底板1.2m，为M7.5浆砌石结构，墙顶2cm水泥砂浆平抹，墙外侧2cm水泥砂浆立抹，每隔10m设置沥青杉板伸缩缝。根据地形情况设置消力池进行消能，桩号为0+0166.5～0+0176.5。消力池总长10.0m，池深为0.5m，底板高程213.70m，池底板采用C20钢筋砼；侧墙高出底板1.5m，为M7.5浆砌石结构，墙顶2cm水泥砂浆平抹，墙外侧2cm水泥砂浆立抹。消力池出口端设端坎与下游渠道连接。 溢洪道底板每隔5m～10m设置伸缩缝，侧墙每隔10m设置伸缩缝，局部稍作调整。两侧侧墙与底板的交接处不留伸缩缝。为使溢洪道的内、外水完全隔断，以防过流时的脉动水压力将底板托起，所有的横向伸缩缝一律用2mm厚的沥青杉板进行分隔，并在砼表面以下50mm处埋橡胶止水片1道。所有伸缩缝均采用平接形式，排水系统布置靠缝不骑缝，布置于分缝一侧。
3.3输水涵管加固设计
3.3.1改造方案
本次设计改造原有输水设施：高涵卧管拆除新建；低涵卧管拆除新建，低涵上游段30m开挖拆除新建。
3.3.2改造设计
涵管布置于原涵管处。开挖前先对坝坡表层杂草进行清除，表土清除后，以涵洞轴线为基准，进行坝体开挖，开挖坡比1：1。坝体开挖土料按含水率进行分堆堆放，以便涵洞施工完毕后原坝体开挖土料进行回填，对开挖后坝体土料含水率大于规范要求的，在回填前应进行晒干处理，回填后的土料含水率及压实度应达到《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）的要求。
涵管采用C25钢筋砼圆形结构，采用波纹管内膜，断面直径0.7m，长30m，钢筋砼壁厚20cm，涵洞基础开挖至坚实岩石基础上。涵洞每隔10m设置一伸缩缝，采用橡胶止水片止水，并用沥青砂浆填塞。
3.3.3涵卧管改造设计
3.3.3.1高涵卧管设计
3.3.3.2低涵卧管设计
3.3.3.3低涵管加固设计
涵洞设计为无压涵洞，断面型式采用圆形，设计流量采用Q=0.2m3/s。根据经济断面尺寸计算公式初步拟定横断面尺寸，计算公式如下：Q=ωC；式中： Q—流量，m3/s；C—谢才系数，C=R1/6；ω—过水断面面积，m2；n—糙率系数；R—水力半径，m；i—涵洞纵坡。经计算，当断面直径为0.7m时，完全能满足0.2m3/s的流量需要。此处涵洞直径取0.7m，采用C25钢筋砼，管壁厚0.2m。
3 结语
总而言之，水库的除险加固，可保障水库安全度过汛期且灵活蓄水，提升防洪除险加固的社会效益及经济效益，从而保障了水库下游居住的人们生命财产安全，实现农村水利的持续发展，作为造福民众的一项民生工程，需受到国家及施工企业的高度重视。通过本次对山口水库的除险加固，确保了工程安全，实现了功能正常发挥，并美化了工程环境，工程面貌焕然一新。
参考文献：
[1]毕铭.国务院批准《全国病险水库除险加固专项规划》[N].中国水利报，2008-4-1（001）
[2]GB500.-2002.混凝土结构设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2002
[3]高钟璞.大坝基础防渗墙.中国电力出版社，2004
[4]郑秀培，土石坝地基混凝土防渗墙设计与计算.北京：中国电力出版社，1979
[5]牛运光.病险水加固[J].中国水利水电出版社，2002
[6]彭国灿.论小型水库的安全隐患及出险加固措施[J].黑龙剑水利科技.2012，9（40）：121-122
作者简介：
吴振国（1982～），长沙理工大学研究生，湖南水利水电职业技术学院，讲师，研究方向：水利水电。
关键词：山口水库；大坝；溢洪道；输水涵洞；加固设计
1 工程概况
山口水库属湖南省永州市新田县知市坪乡，坝址座落在新田县知市坪乡山口村境内，距新田县城17km。水库灌溉耕地面积500 亩，保护人口500人，保护下游耕地面积500亩，是一座以灌溉为主，兼有防洪、养鱼等综合利用的小型水利工程。枢纽建筑物由大坝、溢洪道、卧管、输水涵洞等建筑物组成。设计洪水标准按20年一遇，校核洪水标准按200年一遇，水库正常库容18.20万m3，工程等别为Ⅴ等。
大坝为均质土坝，坝顶高程233.00m，最大坝高12.1m，坝顶宽3.51m，坝顶轴线长95m。内坡坡比为1：2.24；外坡坡比为1：2.29，高程227.60m设有一平台，宽1.67m，在靠近平台右侧有一坝上灌溉渠道（宽0.63m，深0.40m），其下部分坡比为1：1.89。
溢洪道位于水库左岸约200m处，为一明渠段，宽2.0m，堰顶高程229.30m。目前溢洪道部分无边坡衬砌，已衬边坡及底板破损严重。水库现状输水设施由涵管、卧管及消力井组成。高涵位于右坝，全长28m；低涵位于左坝，全长44m。卧管采用木塞人工控制放水。
2 工程存在的病险问题
2.1 坝体、坝基渗漏；无护坡区域杂草滋生。
2.2 溢洪道底板和右侧挡墙破损严重；无消力池和泄槽；溢洪道公路段过流断面过小。
2.3 砌筑质量差，库水沿涵洞与坝体接触带产生集中渗漏，水流带走大量坝体填筑料，造成坝体塌陷。
2.4 大坝坝体无任何观测设施。
2.5 高涵卧管老化开裂，渗漏严重；低涵卧管、涵管老化开裂，渗漏严重。
3 除险加固工程设计
3.1 大坝加固设计
3.1.1 坝基、坝肩帷幕灌浆设计
采用帷幕灌浆的方法对坝基及坝肩进行防渗处理。根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）中有关规定，以坝基岩石透水率q≤10Lu为相对不透水层。建基面至相对不透水层之间的透水基岩应设灌浆帷幕，以防渗水冲蚀坝底基础。
帷幕灌浆按公式计算：T=H/J；式中：T——帷幕厚度m；H——最大作用水头（H=5.3m）；J——帷幕的容许比降，J=12；经计算：T=1m，根据计算的帷幕厚度以及坝基、坝肩实际渗漏情况，拟定大坝坝基帷幕灌浆孔为一排。
本工程灌浆材料采用Po42.5MPa普通硅酸盐水泥，帷幕设计为单排，帷幕轴线全长约72m，灌浆孔可分为3序，按Ⅰ、III、Ⅱ序的顺序施工。采用自下而上的方法进行灌浆，当岩段小于6m时，采用全孔一次灌浆法；大于6m或在漏水严重地段应采取自上而下的方法灌浆，以提高灌浆质量。在灌浆过程中，对于每一个灌浆孔都应严格按照规程，规范的要求结束灌浆，以确保工程质量。
3.1.2 坝体冲抓回填设计
冲抓钻孔套井回填处理土坝渗漏，是在漏水范围内利用冲抓机钻孔，然后用粘土进行分层回填，并利用钻机的动力和卷扬设备带动夯锤加以夯实，造成一个连续的截水墙，截断坝身或坝基中的渗流。根据《碾压式土石坝设计规范》（SDJ218-84）4.2.4条确定本工程冲抓回填高程为230.35m。冲抓回填防渗墙的主要作用为加高加固大坝原有防渗体，山口水库大坝原设计为均质土坝，因此，冲抓回填防渗墙布置在上游马道轴线上。根据地质情况及防渗要求，本次设计冲抓回填从坝顶到岩土分界线为冲抓回填防渗墙，下部与坝基帷幕灌浆搭接。
3.1.3 上游坝坡加固设计
上游坝面有碎石护面，现已塌陷，本次设计并从死水位高程至校核水位采用混凝土预制块护坡，校核水位以上采用草皮护坡，死水位坡脚处砌筑C20砼基础，并抛石护脚。
3.1.4 下游坝坡加固设计
山口水库大坝经多年运行，下游坝坡受雨水冲刷，坑洼不平，杂草丛生，不利于大坝安全观测，也影响美观，坝体渗漏还造成局部坡面塌陷。为防止雨水冲刷下游坝坡，设置下游坡面排水。坝上灌溉渠道兼做横向排水沟；纵向排水沟沿坝体与山体岸坡连接处竖向布置，左、右岸坝肩处各一条；坝脚设集水沟一条，共计四条。纵横向排水沟在汇合后，排入下游渠道。下游坝坡新建上坝阶梯，上坝阶梯高度为0.15m，宽1.0m，C15砼现浇。
3.2 溢洪道除险加固工程设计
溢洪道由进水段、控制段、泄槽、消力池四部分组成。其中进水段由八字导墙和过路桥涵组成，底板为C15砼，高程228.30m，侧墙高为M7.5浆砌石结构；过路桥涵由于过水断面过小，拆除重建，地板为C20钢筋砼，侧墙高出底板1.5m，为M7.5浆砌石结构，桥面为C30钢筋砼。控制段明渠起端高程229.30m，宽2.0m，桩号为0+000.0～0+0120.0。由于原来宽度不够，顺水流方向拆除右侧新建，侧墙高的达到1.5m。泄槽布置由0+0120～0+166.5，共计46.5m。断面形式为矩形，对泄槽底部进行整平并采用C20钢筋砼衬砌，每隔10m设置沥青杉板伸缩缝。侧墙高出底板1.2m，为M7.5浆砌石结构，墙顶2cm水泥砂浆平抹，墙外侧2cm水泥砂浆立抹，每隔10m设置沥青杉板伸缩缝。根据地形情况设置消力池进行消能，桩号为0+0166.5～0+0176.5。消力池总长10.0m，池深为0.5m，底板高程213.70m，池底板采用C20钢筋砼；侧墙高出底板1.5m，为M7.5浆砌石结构，墙顶2cm水泥砂浆平抹，墙外侧2cm水泥砂浆立抹。消力池出口端设端坎与下游渠道连接。 溢洪道底板每隔5m～10m设置伸缩缝，侧墙每隔10m设置伸缩缝，局部稍作调整。两侧侧墙与底板的交接处不留伸缩缝。为使溢洪道的内、外水完全隔断，以防过流时的脉动水压力将底板托起，所有的横向伸缩缝一律用2mm厚的沥青杉板进行分隔，并在砼表面以下50mm处埋橡胶止水片1道。所有伸缩缝均采用平接形式，排水系统布置靠缝不骑缝，布置于分缝一侧。
3.3输水涵管加固设计
3.3.1改造方案
本次设计改造原有输水设施：高涵卧管拆除新建；低涵卧管拆除新建，低涵上游段30m开挖拆除新建。
3.3.2改造设计
涵管布置于原涵管处。开挖前先对坝坡表层杂草进行清除，表土清除后，以涵洞轴线为基准，进行坝体开挖，开挖坡比1：1。坝体开挖土料按含水率进行分堆堆放，以便涵洞施工完毕后原坝体开挖土料进行回填，对开挖后坝体土料含水率大于规范要求的，在回填前应进行晒干处理，回填后的土料含水率及压实度应达到《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）的要求。
涵管采用C25钢筋砼圆形结构，采用波纹管内膜，断面直径0.7m，长30m，钢筋砼壁厚20cm，涵洞基础开挖至坚实岩石基础上。涵洞每隔10m设置一伸缩缝，采用橡胶止水片止水，并用沥青砂浆填塞。
3.3.3涵卧管改造设计
3.3.3.1高涵卧管设计
3.3.3.2低涵卧管设计
3.3.3.3低涵管加固设计
涵洞设计为无压涵洞，断面型式采用圆形，设计流量采用Q=0.2m3/s。根据经济断面尺寸计算公式初步拟定横断面尺寸，计算公式如下：Q=ωC；式中： Q—流量，m3/s；C—谢才系数，C=R1/6；ω—过水断面面积，m2；n—糙率系数；R—水力半径，m；i—涵洞纵坡。经计算，当断面直径为0.7m时，完全能满足0.2m3/s的流量需要。此处涵洞直径取0.7m，采用C25钢筋砼，管壁厚0.2m。
3 结语
总而言之，水库的除险加固，可保障水库安全度过汛期且灵活蓄水，提升防洪除险加固的社会效益及经济效益，从而保障了水库下游居住的人们生命财产安全，实现农村水利的持续发展，作为造福民众的一项民生工程，需受到国家及施工企业的高度重视。通过本次对山口水库的除险加固，确保了工程安全，实现了功能正常发挥，并美化了工程环境，工程面貌焕然一新。
参考文献：
[1]毕铭.国务院批准《全国病险水库除险加固专项规划》[N].中国水利报，2008-4-1（001）
[2]GB500.-2002.混凝土结构设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2002
[3]高钟璞.大坝基础防渗墙.中国电力出版社，2004
[4]郑秀培，土石坝地基混凝土防渗墙设计与计算.北京：中国电力出版社，1979
[5]牛运光.病险水加固[J].中国水利水电出版社，2002
[6]彭国灿.论小型水库的安全隐患及出险加固措施[J].黑龙剑水利科技.2012，9（40）：121-122
作者简介：
吴振国（1982～），长沙理工大学研究生，湖南水利水电职业技术学院，讲师，研究方向：水利水电。