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【摘要】本文通过结合水库大坝工程实例，针对该水库大坝坝顶高程、防浪墙顶部均不能满足规范要求，侧槽溢洪道下游无消能设施，冲刷严重。针对本水库坝体存在的病害问题，分析各种除险加固设计方案，提出具体的加固设计方法，为同类工程提供参考借鉴。
【关键词】大坝工程；除险加固；防渗处理
1.项目概况
济下水库位于文成县黄坦镇济下村，在飞云江支流黄坦坑上游，即东经119°59’17”，北纬27°43’55”。距离黄坦镇所在地约2.4公里。坝址以上集雨面积14.3km2，上游主流长度6.08km。大坝最大坝高20米，坝型为土石混合坝。
2.大坝加固方案分析
当前大坝存在以下问题：大坝防洪能力不能满足现行规范要求；大坝溢洪道下游无消能设施；坝体左坝段局部反滤层存在渗透变形，粘土斜墙发生坍塌现象；放水隧洞进口铸铁闸门启闭机已运行多年，老化且腐蚀严重，不能正常运作。济下水库防洪能力按现行规范要求设计洪水标准采用50年一遇，校核洪水标准500年一遇。实测大坝坝顶高程、防浪墙顶部均不能满足规范要求，侧槽溢洪道下游无消能设施，冲刷严重。大坝断面抗滑稳定安全系数在各工况下能满足规范要求，但大坝上游面外观不平整，大坝结构稳定评定为B级。水库大坝渗流量较小，其渗流比降略大于容许渗流比降，反滤层出现渗透变形。现场发现集中渗漏现象，大坝稳定评价为C级。
（1）经研究分析表明，本工程坝体总体稳定性较好，下游坝坡干砌石护坡稳定性好，未出现变形，坝体堆填压实达到设计容重，反滤层设置符合要求。原坝体部分施工质量良好，能满足坝体抗滑要求。
（2）坝体防渗斜墙局部渗透性及填筑压实度不能满足规范要求。坝基主要为弱风化凝灰岩，岩石坚硬致密，节理裂隙不发育，岩体完整性好，稳定性好，能满足渗流、抗滑要求。本次勘测揭露坝体地层有：①层块石护坡、②层粉质粘土（斜墙）、③层沙砾（反滤层）、④层堆石及⑤层弱风化凝灰岩（坝基）。经过本次勘测，查明坝体填土材料的组成及分布，重点查明了粘土斜墙防渗体的分布、物理力学性质及其渗透性，为指导今后该水库的坝体防渗设计提供设计参数。
（3）大坝高程不满足规范要求。坝高复核见表1所示。2007年测得大坝坝顶高程288.1m，小于校核洪水位290.96m。防浪墙顶部高程为289.65m，计算防浪墙墙顶高程290.96m。并且根据当地水利员反映，在2006年遭受台风泰利袭击时，大水漫坝顶最大达到60cm，故现状大坝高程不满足规范要求。
表1 坝高复核成果表
计算情况 静水位 R（m） A（m） e（m） Y（m） 计算防浪墙顶高程（m）
设计洪水 288.64 0.61 0.5 0.007 1.117 289.76
校核洪水 289.23 1.42 0.3 0.007 1.727 290.96
针对本水库坝体存在的病害问题，提出除险加固处理措施：
（1）坝体迎水坡面护坡块石风化严重，建议在坝体加固阶段对护坡块石进行更换，或采用钢筋混凝土板或沥青混凝土护坡。
（2）根据本次勘测表明，坝体防渗斜墙局部渗透性及填筑压实度不能满足规范要求，建议对坝体的②层粉质粘土（防渗斜墙）进行灌浆加固处理，或采用复合土工膜防渗加固，灌浆加固及采用复合土工膜防渗加固的施工应严格按照水利水电的有关施工规范进行，并在施工完成后按照有关要求的灌浆加固效果进行检测。
根据大坝实际情况，拟定下列八种加固方案，方案一加高大坝坝顶高程，满足泄洪要求，保证大坝安全。但加高坝顶高程可能会造成水库上游村庄淹没，造成人民群众生命财产受到威胁，且政策处理困难。方案二考虑大坝右岸山体岩石裸露，稳定，适宜开凿新的溢洪道条件，采取坝体右肩新开溢洪道。但考虑到左坝肩已开溢洪道，再对右坝肩实施开挖易造成大坝失稳。方案三大坝右岸公路边垭口处新开溢洪道，设置自控翻板闸门，孔口B=10m，闸门选择6×10m，溢洪道全长251.3m，进口段及控制段共长37m，泄水槽长130.3m，出水渠长84m，采取面流消能，消力池长32m，高1.8m。但考虑到公路段开挖泄水槽，影响交通，且会影响到附近的住户，泄水消能渠占用耕地面积，政策处理困难，费用大。方案四利用自控闸门的性能，不改变水库正常蓄水位，在老溢洪道堰体上开凿门槽，设置自控翻板闸门。沿溢洪道轴线布置6扇3×6m闸门，于闸门前布置3道移动式拦污栅栏。其施工难度在于侧槽及泄水槽石方爆破，施工时必须做好必要的防震及支护措施，以确保爆破震动在大坝规范允许范围内。因此自控闸门运用的不成熟，以及后续管理技术、物力、人力上的难度很大。方案五在坝体侧槽左肩山体开凿正槽至15m，并整理侧槽堰顶，扩大流量系数至0.45；拆除坝体左肩部分，重建溢流坝段设置5×5m闸门作为非常溢洪道使用。整理后自由溢流堰顶前沿全长50m，其中侧槽段35m，正槽段15m。非常用溢洪道5×5m。流量系数均为0.45。但小范围山体爆破，做好保护，不能影响坝体稳定。溢流堰的整理达到需求的流量系数，施工精度要求高，非常用溢洪道导水墙与粘土衔接段防渗处理难度高。方案六完全拆除侧槽并拆除左肩坝体约15m，平行坝轴线方向新建溢流堰，设置3扇6×3.5m闸门，闸底高程283.4m，闸顶高程286.9m。但该方案投资过大，管理难度大，洪水期调控难度大。方案七左肩山体开凿正槽前沿至23m，降低正常蓄水位至286.1m，并整理堰顶，扩大流量系数至0.407。但该方案由于大范围的山体爆破对坝体的稳定安全可能造成不可预知的隐患，所以爆破施工技术难度很大。方案八溢流堰左肩正槽段拓宽至15m，使侧槽溢流前沿总长达到53m，并降低侧槽溢流堰堰顶高程至285.9m。整理堰顶，扩大流量系数，达到0.502。该方案需要对溢流堰的整理，小范围爆破的保护。综合各个加固方案的优缺点分析比较，最终选取加固方案八。 3.加固设计实施
3.1工程布置及结构型式
加固后坝顶总长65.0m，坝顶高程288.1m，顶宽3m。坝顶上游侧设置L型防浪墙，采用C15砼现浇，墙身厚30cm，高1.3m，墙顶高程289.4m。拆除原坝顶砼路面及下游浆砌块石防浪墙，重新浇注C15砼路面层，路面标高288.1m，宽2.6m。坝体为土石混合坝，主要由上游坝坡砼预制块及砼护坡、大坝砌石部分、堆石部分、防渗斜墙以及反滤层、埋砌块石组成。拟加固部分为坝坡及护坡、下游坝坡堆石体、防渗斜墙部分等。
由于风浪冲刷上游坝坡经常发生渗漏、坍陷等情况，本次将上游坝坡干砌石拆除，铺筑10cm厚预制块砼护坡，增强抗冲刷能力。上游坝坡以马道为界，上段坡比1：2，下段坡比1：2.5。砌石部分为坚硬新鲜的花岗岩砌筑，块石长度0.8～1.2m，块石短边不小于40cm，每块重量300公斤左右。堆石部分每块石料重量100公斤左右，孔隙率35%，设计容重1.65t/m3。设计下游坝坡放缓至1：1.3。
防渗斜墙部分拟挖除原有防渗体大约3m厚，查明防渗体运行状况，然后针对渗漏点进行局部开挖、回填、夯实至开挖线。然后再填筑防渗斜墙恢复至大坝设计断面。其构成为：灰黄色、褐黄色，局部灰色，饱和，可塑，局部为软塑，中压缩性，采用当地库区内粘壤土填筑，砾石含量为5～25%，粒径一般小于2cm，土层渗透系数3.95×10-7～2.55×10-4cm/s。反滤层共设三层，第一层用粗砂，第二层用2～5cm的卵石，第三层用5～7cm的卵石，底部厚度1.0m，顶部厚度0.6m。
3.2泄水建筑物加固方案
对于泄水建筑物的加固主要采用以下三个方面措施：降低正常蓄水位至285.9m；修整溢洪道将流量系数提高到0.502；溢洪道正槽段向左侧山体开挖，增加溢洪道溢流前沿宽度至53m；
侧槽位于大坝左肩处，为开敞式。侧槽基岩主要为弱风化凝灰岩，致密坚硬，节理裂隙不发育，裂隙面具铁锰质渲染，岩体完整性好，岩体工程地质类别为Ⅰ类。溢洪道由侧槽段、圆弧段、正槽段组成。其中侧槽段长36.05m，圆弧段长4.29m，正槽段长12.66m。堰型均采用WES实用堰，详见图1所示。
将原溢流堰开挖至283.4m以下，采用C20砼堰身，C25钢筋砼溢流面结合的堰型，堰顶高程285.9m。重新开挖泄槽，使泄槽底坡坡降为10.82%，边坡及底坡采用C20砼护面厚20cm；上边坡喷C20混凝土护面20mm。侧槽山体边坡采用随机锚杆支护。锚杆直径28mm，长度8米。泄水槽末端挖除裂缝贯穿的岩石，采用砼回填，钢筋锚固，恢复至消能设施原状。消能方式采用挑流消能，并根据理论计算在下游河道修建冲刷坑，消除隐患。
4.结语
针对水库大坝存在的病害问题，对其采取除险加固措施，可以有效地改善水库大坝运营情况。文章通过结合某水库大坝病害情况，该坝体防渗斜墙局部渗透性及填筑压实度不能满足规范要求，同时大坝高程不满足规范要求。对其溢流堰左肩正槽段拓宽至15m，使侧槽溢流前沿总长达到53m，并降低侧槽溢流堰堰顶高程至285.9m。整理堰顶，扩大流量系数，达到0.502。系统地探讨该加固方案的具体设计实施，为同类工程提供参考借鉴。
参考文献
[1]邹世平，陈小林，俞晓燕.加音塔拉水库大坝除险加固技术 [J].中国西部科技，2008，（10）.
[2]王聪辉.水库大坝除险加固工程设计分析 [J].科技风，2014，（07）.
[3]刘保军.册田水库大坝除险加固措施研究 [D].西北农林科技大学硕士学位论文，2007.
[4]任世强.大中型水库大坝除险加固工程设计及施工技术分析[J].黑龙江水利科技，2014，（08）.
作者简介
杨国华（1974--），男，浙江景宁人，汉，本科，工程师，从事水利工程设计工作。
【关键词】大坝工程；除险加固；防渗处理
1.项目概况
济下水库位于文成县黄坦镇济下村，在飞云江支流黄坦坑上游，即东经119°59’17”，北纬27°43’55”。距离黄坦镇所在地约2.4公里。坝址以上集雨面积14.3km2，上游主流长度6.08km。大坝最大坝高20米，坝型为土石混合坝。
2.大坝加固方案分析
当前大坝存在以下问题：大坝防洪能力不能满足现行规范要求；大坝溢洪道下游无消能设施；坝体左坝段局部反滤层存在渗透变形，粘土斜墙发生坍塌现象；放水隧洞进口铸铁闸门启闭机已运行多年，老化且腐蚀严重，不能正常运作。济下水库防洪能力按现行规范要求设计洪水标准采用50年一遇，校核洪水标准500年一遇。实测大坝坝顶高程、防浪墙顶部均不能满足规范要求，侧槽溢洪道下游无消能设施，冲刷严重。大坝断面抗滑稳定安全系数在各工况下能满足规范要求，但大坝上游面外观不平整，大坝结构稳定评定为B级。水库大坝渗流量较小，其渗流比降略大于容许渗流比降，反滤层出现渗透变形。现场发现集中渗漏现象，大坝稳定评价为C级。
（1）经研究分析表明，本工程坝体总体稳定性较好，下游坝坡干砌石护坡稳定性好，未出现变形，坝体堆填压实达到设计容重，反滤层设置符合要求。原坝体部分施工质量良好，能满足坝体抗滑要求。
（2）坝体防渗斜墙局部渗透性及填筑压实度不能满足规范要求。坝基主要为弱风化凝灰岩，岩石坚硬致密，节理裂隙不发育，岩体完整性好，稳定性好，能满足渗流、抗滑要求。本次勘测揭露坝体地层有：①层块石护坡、②层粉质粘土（斜墙）、③层沙砾（反滤层）、④层堆石及⑤层弱风化凝灰岩（坝基）。经过本次勘测，查明坝体填土材料的组成及分布，重点查明了粘土斜墙防渗体的分布、物理力学性质及其渗透性，为指导今后该水库的坝体防渗设计提供设计参数。
（3）大坝高程不满足规范要求。坝高复核见表1所示。2007年测得大坝坝顶高程288.1m，小于校核洪水位290.96m。防浪墙顶部高程为289.65m，计算防浪墙墙顶高程290.96m。并且根据当地水利员反映，在2006年遭受台风泰利袭击时，大水漫坝顶最大达到60cm，故现状大坝高程不满足规范要求。
表1 坝高复核成果表
计算情况 静水位 R（m） A（m） e（m） Y（m） 计算防浪墙顶高程（m）
设计洪水 288.64 0.61 0.5 0.007 1.117 289.76
校核洪水 289.23 1.42 0.3 0.007 1.727 290.96
针对本水库坝体存在的病害问题，提出除险加固处理措施：
（1）坝体迎水坡面护坡块石风化严重，建议在坝体加固阶段对护坡块石进行更换，或采用钢筋混凝土板或沥青混凝土护坡。
（2）根据本次勘测表明，坝体防渗斜墙局部渗透性及填筑压实度不能满足规范要求，建议对坝体的②层粉质粘土（防渗斜墙）进行灌浆加固处理，或采用复合土工膜防渗加固，灌浆加固及采用复合土工膜防渗加固的施工应严格按照水利水电的有关施工规范进行，并在施工完成后按照有关要求的灌浆加固效果进行检测。
根据大坝实际情况，拟定下列八种加固方案，方案一加高大坝坝顶高程，满足泄洪要求，保证大坝安全。但加高坝顶高程可能会造成水库上游村庄淹没，造成人民群众生命财产受到威胁，且政策处理困难。方案二考虑大坝右岸山体岩石裸露，稳定，适宜开凿新的溢洪道条件，采取坝体右肩新开溢洪道。但考虑到左坝肩已开溢洪道，再对右坝肩实施开挖易造成大坝失稳。方案三大坝右岸公路边垭口处新开溢洪道，设置自控翻板闸门，孔口B=10m，闸门选择6×10m，溢洪道全长251.3m，进口段及控制段共长37m，泄水槽长130.3m，出水渠长84m，采取面流消能，消力池长32m，高1.8m。但考虑到公路段开挖泄水槽，影响交通，且会影响到附近的住户，泄水消能渠占用耕地面积，政策处理困难，费用大。方案四利用自控闸门的性能，不改变水库正常蓄水位，在老溢洪道堰体上开凿门槽，设置自控翻板闸门。沿溢洪道轴线布置6扇3×6m闸门，于闸门前布置3道移动式拦污栅栏。其施工难度在于侧槽及泄水槽石方爆破，施工时必须做好必要的防震及支护措施，以确保爆破震动在大坝规范允许范围内。因此自控闸门运用的不成熟，以及后续管理技术、物力、人力上的难度很大。方案五在坝体侧槽左肩山体开凿正槽至15m，并整理侧槽堰顶，扩大流量系数至0.45；拆除坝体左肩部分，重建溢流坝段设置5×5m闸门作为非常溢洪道使用。整理后自由溢流堰顶前沿全长50m，其中侧槽段35m，正槽段15m。非常用溢洪道5×5m。流量系数均为0.45。但小范围山体爆破，做好保护，不能影响坝体稳定。溢流堰的整理达到需求的流量系数，施工精度要求高，非常用溢洪道导水墙与粘土衔接段防渗处理难度高。方案六完全拆除侧槽并拆除左肩坝体约15m，平行坝轴线方向新建溢流堰，设置3扇6×3.5m闸门，闸底高程283.4m，闸顶高程286.9m。但该方案投资过大，管理难度大，洪水期调控难度大。方案七左肩山体开凿正槽前沿至23m，降低正常蓄水位至286.1m，并整理堰顶，扩大流量系数至0.407。但该方案由于大范围的山体爆破对坝体的稳定安全可能造成不可预知的隐患，所以爆破施工技术难度很大。方案八溢流堰左肩正槽段拓宽至15m，使侧槽溢流前沿总长达到53m，并降低侧槽溢流堰堰顶高程至285.9m。整理堰顶，扩大流量系数，达到0.502。该方案需要对溢流堰的整理，小范围爆破的保护。综合各个加固方案的优缺点分析比较，最终选取加固方案八。 3.加固设计实施
3.1工程布置及结构型式
加固后坝顶总长65.0m，坝顶高程288.1m，顶宽3m。坝顶上游侧设置L型防浪墙，采用C15砼现浇，墙身厚30cm，高1.3m，墙顶高程289.4m。拆除原坝顶砼路面及下游浆砌块石防浪墙，重新浇注C15砼路面层，路面标高288.1m，宽2.6m。坝体为土石混合坝，主要由上游坝坡砼预制块及砼护坡、大坝砌石部分、堆石部分、防渗斜墙以及反滤层、埋砌块石组成。拟加固部分为坝坡及护坡、下游坝坡堆石体、防渗斜墙部分等。
由于风浪冲刷上游坝坡经常发生渗漏、坍陷等情况，本次将上游坝坡干砌石拆除，铺筑10cm厚预制块砼护坡，增强抗冲刷能力。上游坝坡以马道为界，上段坡比1：2，下段坡比1：2.5。砌石部分为坚硬新鲜的花岗岩砌筑，块石长度0.8～1.2m，块石短边不小于40cm，每块重量300公斤左右。堆石部分每块石料重量100公斤左右，孔隙率35%，设计容重1.65t/m3。设计下游坝坡放缓至1：1.3。
防渗斜墙部分拟挖除原有防渗体大约3m厚，查明防渗体运行状况，然后针对渗漏点进行局部开挖、回填、夯实至开挖线。然后再填筑防渗斜墙恢复至大坝设计断面。其构成为：灰黄色、褐黄色，局部灰色，饱和，可塑，局部为软塑，中压缩性，采用当地库区内粘壤土填筑，砾石含量为5～25%，粒径一般小于2cm，土层渗透系数3.95×10-7～2.55×10-4cm/s。反滤层共设三层，第一层用粗砂，第二层用2～5cm的卵石，第三层用5～7cm的卵石，底部厚度1.0m，顶部厚度0.6m。
3.2泄水建筑物加固方案
对于泄水建筑物的加固主要采用以下三个方面措施：降低正常蓄水位至285.9m；修整溢洪道将流量系数提高到0.502；溢洪道正槽段向左侧山体开挖，增加溢洪道溢流前沿宽度至53m；
侧槽位于大坝左肩处，为开敞式。侧槽基岩主要为弱风化凝灰岩，致密坚硬，节理裂隙不发育，裂隙面具铁锰质渲染，岩体完整性好，岩体工程地质类别为Ⅰ类。溢洪道由侧槽段、圆弧段、正槽段组成。其中侧槽段长36.05m，圆弧段长4.29m，正槽段长12.66m。堰型均采用WES实用堰，详见图1所示。
将原溢流堰开挖至283.4m以下，采用C20砼堰身，C25钢筋砼溢流面结合的堰型，堰顶高程285.9m。重新开挖泄槽，使泄槽底坡坡降为10.82%，边坡及底坡采用C20砼护面厚20cm；上边坡喷C20混凝土护面20mm。侧槽山体边坡采用随机锚杆支护。锚杆直径28mm，长度8米。泄水槽末端挖除裂缝贯穿的岩石，采用砼回填，钢筋锚固，恢复至消能设施原状。消能方式采用挑流消能，并根据理论计算在下游河道修建冲刷坑，消除隐患。
4.结语
针对水库大坝存在的病害问题，对其采取除险加固措施，可以有效地改善水库大坝运营情况。文章通过结合某水库大坝病害情况，该坝体防渗斜墙局部渗透性及填筑压实度不能满足规范要求，同时大坝高程不满足规范要求。对其溢流堰左肩正槽段拓宽至15m，使侧槽溢流前沿总长达到53m，并降低侧槽溢流堰堰顶高程至285.9m。整理堰顶，扩大流量系数，达到0.502。系统地探讨该加固方案的具体设计实施，为同类工程提供参考借鉴。
参考文献
[1]邹世平，陈小林，俞晓燕.加音塔拉水库大坝除险加固技术 [J].中国西部科技，2008，（10）.
[2]王聪辉.水库大坝除险加固工程设计分析 [J].科技风，2014，（07）.
[3]刘保军.册田水库大坝除险加固措施研究 [D].西北农林科技大学硕士学位论文，2007.
[4]任世强.大中型水库大坝除险加固工程设计及施工技术分析[J].黑龙江水利科技，2014，（08）.
作者简介
杨国华（1974--），男，浙江景宁人，汉，本科，工程师，从事水利工程设计工作。