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[摘 要]通过某小Ⅱ型病险水库工程运行现状存在的问题，分析了小型水库土坝除险加固的设计应遵循的原则，设计的原理及方法，并提出了适宜该工程的除險加固设计方案。除险加固后工程的运行情况良好，明显缓解了当地灌溉用水矛盾，证明了该设计方案的合理性和实用性。
[关键词]强透水地基；均质土坝；除险加固
中图分类号：TV223.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）37-0090-01
一、工程简介
某水库始建于1989年3月，同年12月水库完工并开始蓄水。该水库通过引水渠注水，库区集水面积小，不存在洪水入库问题。根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252—2000）规定：该水库工程规模为小（2）型，为V等枢纽工程，主要建筑物级别为5级。死水位558.37m；正常蓄水位561.13m，相应库容为30万m3。水库枢纽工程由坝体、放水涵管组成。坝体为均质土坝，主坝长437m；左副坝长378m。现有坝顶高程为561.4～564.5m。上游坝坡坡比为1：2.24～1：1.72，下游坝坡坡比为1：2.01～1：1.79。放水涵管位于主坝段桩号0+580处，长70m，为钢管外包钢筋砼结构，钢管直径D600。
二、 工程存在的缺陷和隐患
水库受当时的人力、物力及历史背景条件限制，各项工程设施简陋而不完善，施工质量无法保证，导致安全隐患较多。
大坝为均质土坝，主坝长437m，坝顶宽度4.17～7.86m；左副坝长378m，宽度4.15～4.96m；右副坝现状未修筑，现状地面高低不平。大坝现有坝顶高程为561.4～564.5m。大坝上、下游未设置护坡，波浪淘刷和滑坡严重，上游坝坡出现0.3～1.5m高低陡坎，上游坝坡坡比为1：2.24～1：1.72；下游坝坡局部出现滑坡现象，下游坝坡坡比为1：2.01～1：1.79。大坝下游未设排水措施。坝体存在严重的不均匀沉降，水库正常蓄水运行时，坝后有多处渗水、积水点，部分成明流状，形成沼泽。水库渗漏损失严重，坝后杂草丛生。放水涵管裂缝较多，圆涵间灰沙脱落、破坏严重，闸房墙体多处产生裂缝，闸阀锈蚀严重，不能正常工作。
三、除险加固的设计原则和方案的选择方法
病险水库除险加固的方法有很多种，每种方法的使用范围不同。例如位于强透水地基上的土坝，对于透水地基埋深较浅的地基，可选用混凝土防渗墙、土工膜截渗槽、混凝土搅拌桩等方法；对于埋深较大的地基，可选用粘土铺盖或是土工膜铺盖等方法。对于坝体的除险加固，根据不同的病害，可选用劈裂灌浆、坝前坡斜墙防渗等方法。因此，要确定一个工程的除险加固方案，必须分析该工程的地质特征、工程特性和具体病险情况；要从除险加固的范围、除险加固的经费等方面进行全方位考虑；对除险加固方法进行比较，选出最适合的方案。
四、 案例除险加固设计
1、坝体除险加固设计
大坝原坝顶宽4.17-7.86m，根据《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》（SL189-96），结合《小Ⅱ型水库除险加固设计指导手册》，本次加固坝顶宽度按4m设计。根据水库最高静水位—正常蓄水位561.13m，重新核算坝顶高程，计算坝顶高程562.57，结合现有坝顶高程在563.5m左右，故设计坝顶高程为563.5m。经抗滑稳定计算，除险加固设计上游坝坡取1：2.5，下游坝坡取1：2.0。采用土工膜斜墙防渗。坝顶铺设30cm厚的泥结石路面，路面自上游向上游坡度2%。
2、上游坝坡除险加固设计
对上游坝坡进行补土碾压，至设计坡度，铺设复合土工膜斜墙防渗体，复合土工膜防渗结构自上而下依次为厚0.55m的防护层（盖重）、（250g/m2/0.5mm/250g/m2）复合土工膜。膜上防护层为粒径≤60mm的砂砾石，夯实相对密度不小于0.75。土工膜铺筑至正常蓄水位以上0.3m，土工膜顶高程为561.43m。上游坝坡采用现浇混凝土板护坡，板厚度取0.15m，规格为3×3m，混凝土标号为C20F200W6，板间缝缝宽20mm，下部13cm采用L-600高压闭孔板填缝，上部2cm采用水泥砂浆填缝。混凝土板护坡末端设砼混凝土趾墩，趾墩现浇混凝土标号为C20F200W6，每隔8m设一道沉降缝，缝宽20mm，下部采用L-600高压闭孔板填缝，上部2cm采用水泥砂浆填缝。（如图1）
3、下游坝坡除险加固设计
坝体清坡厚度20cm，填土应分层碾压，碾压后压实度不小于96%。为保证新、老土料的有机结合，要求新土要与原坝坡土粒料进行搭接，搭接宽度为90cm。
4、库盘除险加固设计
根据渗流计算，在库盘中铺设复合土工膜铺盖，坝体桩号0+000-0+050铺设0-10m土工膜，桩号0+050-0+150铺设10-20m土工膜，桩号0+150-0+250铺设20 -30m土工膜，桩号0+250-0+950铺设30m土工膜，桩号0+950-1+050铺设30-20m土工膜，桩号1+050-末端铺设20m-0m土工膜。复合土工膜防渗结构自上而下依次为厚0.5m的防护层、复合土工膜 （250g/m2/0.5mm/250g/m2）。库盘复合土工膜铺设的周围，开挖宽1.3m，深1.5m的压膜齿槽，将复合土工膜埋入，再回填粒径小于100mm的砂砾石夯填，表层以大的砾石盖重。库盘复合土工膜与坝体土工膜焊接，形成完整的防渗体。
5、放水涵洞除险加固设计
本次设计针对涵管所存在的问题，重建一个钢筋混凝土涵洞。涵洞位于坝体桩号0+580处，任务为灌溉引水、水库放空，放水涵洞设计放水流量0.053m3/s。根据《小型水库管理办法》第15条，放水建筑物应满足紧急情况下，水库的快速放空要求，放水涵洞放空流量为9.6m3/s。涵洞全长72.5m，有进口段、有压涵洞段、闸井段、无压涵洞段、消能段组成。进口底板高程558.0m，纵坡i=0，进口宽4.0m；闸井底板高程558m，闸井顶高程566.55m，内设工作闸门和检修闸门，闸门均采用平面钢闸门，孔口宽1.2m，高1.2m。闸地基为1.0m厚的C25钢筋砼结构，下设2.2m厚的换填水泥土垫层。涵洞洞身段采用城门洞型，尺寸为1.2m×1.8m，拱高为0.3m，中心角106度，钢筋砼结构，衬砌厚度0.3-0.459m。涵洞出口接消力池，消力池段长14.3m，消力池末端接海曼段，海曼段长度为20m，设计纵坡1：24，末端接下游灌区农业灌溉引水渠道。
五、 结论
通过对实例现状运行存在的问题进行分析，经过方案比选，根据规范规和相关计算，确定本工程进行除险加固设计方案。对设计质量、施工材料品质和施工中各项指标等进行严格控制，保证本工程除险加固的效果。工程除险加固后至今，运行良好，满足灌区灌溉用水要求，实践证明本次除险加固方法的可行性和可靠性，值得其他相似工程的借鉴。
[关键词]强透水地基；均质土坝；除险加固
中图分类号：TV223.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）37-0090-01
一、工程简介
某水库始建于1989年3月，同年12月水库完工并开始蓄水。该水库通过引水渠注水，库区集水面积小，不存在洪水入库问题。根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252—2000）规定：该水库工程规模为小（2）型，为V等枢纽工程，主要建筑物级别为5级。死水位558.37m；正常蓄水位561.13m，相应库容为30万m3。水库枢纽工程由坝体、放水涵管组成。坝体为均质土坝，主坝长437m；左副坝长378m。现有坝顶高程为561.4～564.5m。上游坝坡坡比为1：2.24～1：1.72，下游坝坡坡比为1：2.01～1：1.79。放水涵管位于主坝段桩号0+580处，长70m，为钢管外包钢筋砼结构，钢管直径D600。
二、 工程存在的缺陷和隐患
水库受当时的人力、物力及历史背景条件限制，各项工程设施简陋而不完善，施工质量无法保证，导致安全隐患较多。
大坝为均质土坝，主坝长437m，坝顶宽度4.17～7.86m；左副坝长378m，宽度4.15～4.96m；右副坝现状未修筑，现状地面高低不平。大坝现有坝顶高程为561.4～564.5m。大坝上、下游未设置护坡，波浪淘刷和滑坡严重，上游坝坡出现0.3～1.5m高低陡坎，上游坝坡坡比为1：2.24～1：1.72；下游坝坡局部出现滑坡现象，下游坝坡坡比为1：2.01～1：1.79。大坝下游未设排水措施。坝体存在严重的不均匀沉降，水库正常蓄水运行时，坝后有多处渗水、积水点，部分成明流状，形成沼泽。水库渗漏损失严重，坝后杂草丛生。放水涵管裂缝较多，圆涵间灰沙脱落、破坏严重，闸房墙体多处产生裂缝，闸阀锈蚀严重，不能正常工作。
三、除险加固的设计原则和方案的选择方法
病险水库除险加固的方法有很多种，每种方法的使用范围不同。例如位于强透水地基上的土坝，对于透水地基埋深较浅的地基，可选用混凝土防渗墙、土工膜截渗槽、混凝土搅拌桩等方法；对于埋深较大的地基，可选用粘土铺盖或是土工膜铺盖等方法。对于坝体的除险加固，根据不同的病害，可选用劈裂灌浆、坝前坡斜墙防渗等方法。因此，要确定一个工程的除险加固方案，必须分析该工程的地质特征、工程特性和具体病险情况；要从除险加固的范围、除险加固的经费等方面进行全方位考虑；对除险加固方法进行比较，选出最适合的方案。
四、 案例除险加固设计
1、坝体除险加固设计
大坝原坝顶宽4.17-7.86m，根据《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》（SL189-96），结合《小Ⅱ型水库除险加固设计指导手册》，本次加固坝顶宽度按4m设计。根据水库最高静水位—正常蓄水位561.13m，重新核算坝顶高程，计算坝顶高程562.57，结合现有坝顶高程在563.5m左右，故设计坝顶高程为563.5m。经抗滑稳定计算，除险加固设计上游坝坡取1：2.5，下游坝坡取1：2.0。采用土工膜斜墙防渗。坝顶铺设30cm厚的泥结石路面，路面自上游向上游坡度2%。
2、上游坝坡除险加固设计
对上游坝坡进行补土碾压，至设计坡度，铺设复合土工膜斜墙防渗体，复合土工膜防渗结构自上而下依次为厚0.55m的防护层（盖重）、（250g/m2/0.5mm/250g/m2）复合土工膜。膜上防护层为粒径≤60mm的砂砾石，夯实相对密度不小于0.75。土工膜铺筑至正常蓄水位以上0.3m，土工膜顶高程为561.43m。上游坝坡采用现浇混凝土板护坡，板厚度取0.15m，规格为3×3m，混凝土标号为C20F200W6，板间缝缝宽20mm，下部13cm采用L-600高压闭孔板填缝，上部2cm采用水泥砂浆填缝。混凝土板护坡末端设砼混凝土趾墩，趾墩现浇混凝土标号为C20F200W6，每隔8m设一道沉降缝，缝宽20mm，下部采用L-600高压闭孔板填缝，上部2cm采用水泥砂浆填缝。（如图1）
3、下游坝坡除险加固设计
坝体清坡厚度20cm，填土应分层碾压，碾压后压实度不小于96%。为保证新、老土料的有机结合，要求新土要与原坝坡土粒料进行搭接，搭接宽度为90cm。
4、库盘除险加固设计
根据渗流计算，在库盘中铺设复合土工膜铺盖，坝体桩号0+000-0+050铺设0-10m土工膜，桩号0+050-0+150铺设10-20m土工膜，桩号0+150-0+250铺设20 -30m土工膜，桩号0+250-0+950铺设30m土工膜，桩号0+950-1+050铺设30-20m土工膜，桩号1+050-末端铺设20m-0m土工膜。复合土工膜防渗结构自上而下依次为厚0.5m的防护层、复合土工膜 （250g/m2/0.5mm/250g/m2）。库盘复合土工膜铺设的周围，开挖宽1.3m，深1.5m的压膜齿槽，将复合土工膜埋入，再回填粒径小于100mm的砂砾石夯填，表层以大的砾石盖重。库盘复合土工膜与坝体土工膜焊接，形成完整的防渗体。
5、放水涵洞除险加固设计
本次设计针对涵管所存在的问题，重建一个钢筋混凝土涵洞。涵洞位于坝体桩号0+580处，任务为灌溉引水、水库放空，放水涵洞设计放水流量0.053m3/s。根据《小型水库管理办法》第15条，放水建筑物应满足紧急情况下，水库的快速放空要求，放水涵洞放空流量为9.6m3/s。涵洞全长72.5m，有进口段、有压涵洞段、闸井段、无压涵洞段、消能段组成。进口底板高程558.0m，纵坡i=0，进口宽4.0m；闸井底板高程558m，闸井顶高程566.55m，内设工作闸门和检修闸门，闸门均采用平面钢闸门，孔口宽1.2m，高1.2m。闸地基为1.0m厚的C25钢筋砼结构，下设2.2m厚的换填水泥土垫层。涵洞洞身段采用城门洞型，尺寸为1.2m×1.8m，拱高为0.3m，中心角106度，钢筋砼结构，衬砌厚度0.3-0.459m。涵洞出口接消力池，消力池段长14.3m，消力池末端接海曼段，海曼段长度为20m，设计纵坡1：24，末端接下游灌区农业灌溉引水渠道。
五、 结论
通过对实例现状运行存在的问题进行分析，经过方案比选，根据规范规和相关计算，确定本工程进行除险加固设计方案。对设计质量、施工材料品质和施工中各项指标等进行严格控制，保证本工程除险加固的效果。工程除险加固后至今，运行良好，满足灌区灌溉用水要求，实践证明本次除险加固方法的可行性和可靠性，值得其他相似工程的借鉴。