坝体除险加固方案的分析比选研究

　　1 概述

　　甸苴坝水库位于玉溪市通海县河西镇曲陀关村委会甸苴坝村，水库坝址处距通海县城22km，属珠江流域南盘江水系杞麓湖支流。工程始建于 1957 年 6 月，1959 年 12 月竣工，坝型为均质土坝，水库控制径流面积 19.24km2，设计坝高 34.5m，坝顶长 198 米，坝顶宽 6.0m，总库容408 万立方米，属小（一）型水库工程。水库兴建至今，上下游坝坡蠕动滑塌严重，坝体、坝基、坝肩存在渗漏，溢洪道不能安全泄洪，输水涵洞不能正常供水，水库现已不能正常蓄水。

　　甸苴坝水库下游影响人口1.7万人，耕地5000亩。2009年 2月，经省、市组织有关专家对甸苴坝水库进行大坝安全鉴定，鉴定结论综合评定为三类坝，属病险水库，需进行加固处理。

　　作为大坝除险加固工作，方案选择尤为重要，将直接关系到工程处理的安全、经济合理性。因此，就本工程而言，坝体除险加固方案的分析比选是设计工作的重点。

　　2 大坝主要病害及其原因

　　2.1 坝体病害

　　坝体碾压不密实，大坝变形严重，有三条明显裂缝，坝面有冲沟，凸凹不平，下游水位较高，存在接触带及绕坝渗漏。白蚁活动严重，无观测设施。

　　2.2 输水涵洞病害

　　输水涵洞为浆砌石城门洞拱涵，涵洞边墙、顶拱有 11 处渗水，底板两处冒水，多处可见碳酸钙溶蚀沉淀，涵洞渗漏量达0.4L/s。工作闸锈蚀严重，操作困难，无检修闸门。出口段设有分水闸门二套，均锈蚀严重，操作困难。已不能正常控制供水，对大坝运行存在较大安全隐患。

　　2.3 溢洪道病害

　　溢洪道进口段和控制段边墙浆砌石衬砌质量较差，局部损毁严重，陡槽段、出口段为明挖沟槽，无支砌，两岸蹋落，无过水能力，无消能设施。溢洪道闸门锈蚀老化。溢洪道不能满足泄洪要求。

　　2.4 上、下游坝壳

　　填筑料场分散，土质不均，细粒含量偏高，压实度低，力学指标低，存在透水性大（渗透系数为3.4×10-3cm/s～4.9×10-5cm/s）。

　　由于坝体施工质量较差，水库投入运行后，坝身多次出现纵向及横向裂缝，特别是 1962 年外坝坡中部老河床发生不均匀沉陷，最大沉陷深达 1m，1970 年 1 月 5 日通海发生 7.8 组地震，造成上游滑坡，出现纵横缝，缝宽达3～5cm，1995年外坝坡偏左坝肩部位出现一条纵裂缝，裂缝长 80m，宽10cm，深 10m，严重危及坝身的安全运行。

　　2.5 大坝稳定安全分析

　　（1）设计洪水位稳渗、正常蓄水位稳渗正常应用工况下，大坝上游坡抗滑稳定安全系数满足现行规范稳定要求，大坝下游坡抗滑稳定安全系数不满足现行规范安全稳定要求；（2）在水库允许最高非常运用水位稳渗非常应用工况（I）、（Ⅱ）下，大坝下游坡抗滑稳定安全系数不满足现行规范安全稳定要求；坝坡抗震稳定两种工况安全系数下游坝坡均小于 1.10，不能满足现行抗震规范要求；（3）实测浸润线高低不一，说明坝体填料粗细不均、渗透存在差异；坝基砂砾石层最大水力坡降小于规范允许值，不会发生管涌、流土坡坏；（4）大坝运行中有一定的渗流异常，但不致影响大坝安全；大坝无渗漏量观测资料，不能准确判断大坝渗漏是否正常。

　　3 加固方案比较选择

　　针对甸苴坝水库大坝存在的病险，选择帷幕灌浆及塑性砼防渗墙两方案进行坝体防渗方案比选。对于大坝输水涵洞、溢洪道处理，按常规处理方法，即钢筋砼浇筑溢洪道，涵洞进行回填灌浆处理。

　　3.1 帷幕灌浆方案

　　3.1.1 布置方案。帷幕灌浆坝轴线灌浆，灌浆剖面结构单一，与岸坡为直线连接，整个防渗体系结构简单。帷幕沿坝轴线单排布孔，孔距 2米，按三个次序逐渐加密的原则进行，帷幕防渗标准为q≤10Lu，帷深插入相对隔水层5米，该方法施工简单，防渗效果好。

　　3.1.2 下游坝坡培厚。帷幕灌浆效果按 1×10-6cm/s 考虑，经浸润线及稳定分析计算，坝身浸润线帷幕后跌落较小，下游坝坡还需进行培厚才能满足抗震稳定要求。因此，对于灌浆方案，下游坝坡须进行培厚加固。

　　3.1.3 白蚁防治。甸苴坝水库大坝坝体白蚁危害严重，每年都进行挖巢处理，常规方法很难彻底治理，灌浆方案对白蚁危害处理效果不大。因此，采用灌浆方案，需考虑在下游坝坡增加一层砂砾料，并进行草皮护坡，截断白蚁与坝体内部的接触。

　　3.1.4 使用年限。坝体帷幕灌浆，从玉溪市已处理的多座水库来看，坝身灌浆使用年限基本为 10 年左右，有的工程不到十年就需重新处理。因此，帷幕灌浆正常使用年限较短。

　　3.1.5 投资。坝体、坝基帷幕灌浆、下游坝坡培厚、白蚁危害处理。该方案工程总投资为545.86万元。

　　3.2 塑性砼防渗墙结合两坝肩帷幕灌浆方案。。

　　3.2.1 布置方案。大坝塑性砼防渗墙布置于坝轴线上，墙顶高程1795.18m，墙底达到本次勘探基岩相对隔水层顶线（q≤10Lu），坝基 F5断裂带位置适当加深。墙顶长度118m，墙底板最低高程1738.28m，最大墙深度56.90m。左、右岸接灌浆帷幕，形成新的大坝防渗体系，彻底解决大坝的防渗问题。该方法施工复杂，但比帷幕灌浆效果相对要好一些。

　　3.2.2 坝坡稳定。塑性砼防渗墙 K 值按 1×10-8cm/s 计，经计算，浸润线在墙后跌落较大，下游坝坡稳定达到安全要求，不需进行培厚。在下游坝脚增加一堆石棱体，设置反滤，对坝基砂卵石层进行保护。

　　3.2.3 白蚁防治。采用塑性砼防渗墙方案，坝体浸润线很低，下游坡基本处于干燥状态，不适合白蚁生存。砼防渗墙可以彻底根治白蚁危害。

　　3.2.4 使用年限。砼防渗墙可以彻底解决大坝的渗漏险情，使用年限达50年以上。

　　3.2.5 投资。采取砼防渗墙结合两坝肩帷幕灌浆作为大坝的防渗体系，下游坝脚增加一堆石棱体。该方案工程总投资为655万元。

　　3.3 综合比较选择

　　甸苴坝水库坝体结构简单，坝基砂砾石层透水性不大，两岸基岩基本完好，坝体施工质量较差，白蚁危害严重。针对以上实际情况，常规帷幕灌浆方法可以彻底解决大坝整体防渗问题。

　　虽然砼防渗墙灌浆比帷幕灌浆使用年限长，防渗效果好，可靠性高，但投资大，施工复杂，对于小（一）型水库的除险加固处理来说，在保证质量的前提下，帷幕灌浆更经济实用。因此，推荐采用帷幕灌浆作为大坝防渗加固措施。坝脚设置堆石棱体及反滤过渡，对下游坝基砂卵石进行保护。

　　4 结束语

　　通海县甸苴坝水库，建成于上世纪五十年代，至今已运行了五十七年，大坝坝体及渗流存在严重安全隐患，不满足现行规范要求，对下游城市及周边农村人民群众的生命财产安全构成严重威胁，加固处理势在必行。针对土石坝的病险状况，加固方案的选择是设计的重点，从方案的布置、技术可行性、工程安全可靠性、经济合理性等不同角度进行综合分析论证，选取最优方案。因此，甸苴坝水库选择帷幕灌浆的除险加固处理方案，是科学合理的。