三余水库除险加固工程设计

三余水库除险加固工程设计 摘 要：本设计是在宁乡县三余水库文件资料的基础上，分析水库的主要问题：大坝坝体和基础渗漏以及溢洪道渗漏，大坝裂缝，输水低涵、输水隧洞渗水和大坝无安全监测设施。针对以上问题，根据本库实际地理情况及各项测量数据和水文数据，本次除险加固采取的措施有：对坝体进行冲抓回填；对坝基进行帷幕灌浆处理。对溢洪道底板及侧墙进行拆除重建，新建下游消力池，对右侧山体进行削坡减荷，新建输水隧洞，增设大坝安全监测设施。关键词：病险水库；除险加固；渗漏The Design Of Danger Removal and Reinforcement of Sanyu ReservoirAuthor: Xiao YihaoTutor: Pan Jingfu(Oriental Science Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128)Abstract：This design is on the basis of the documents of Sanyu reservoir in the county of Ningxiang. Come to conclusion, the main problem of the reservoir is dam and foundation seepage and spillway seepage, dam crack, Water conveyance tunnel seepage and the dam safety monitoring facilities. In view of the above problems，according to the actual conditions and the measured data and the hydrological data take reservoir reinforcement measures. Main work: Grab the backfill to the dam, Curtain grouting to the foundation. The demolition and reconstruction for the bottom plate and side wall of the spillway. Newly build downstream stilling pool. Cutting slope and load reduction for the mountain of the right side. Newly build the water conveyance tunnel. Additional the safety monitoring facilities.Key words：Dangerous reservoir;Reinforcement;Leakage 1 前言我国河流资源丰富，水库数量众多，大到长江黄河，小到湘江浏阳河，都坐落着大大小小的水库。这些水库为防洪、灌溉、发电、城乡供水、航运和水产养殖等方面发挥了巨大的作用，取得了显著的经济和社会效益。但许多水库由于长时间缺少维护已经成为病险水库。对病险水库进行除险加固，可恢复或加强水库的防洪功能及兴利效益，改善生态环境，有利于促进水利事业的发展，更好地造福于人民。病险水库事关人民群众生命财产安全，事关国民经济发展和社会稳定，所以，病险水库的除险加固是十分必要和紧迫的。三余水库位于宁乡县西北部，属湘江流域沩江支流胜溪水，是一座以灌溉为主，兼有防洪、养鱼 、供水等综合利用的小（1）型水库。该工程于1977年2月动工兴建，当年10月初步建成并投入运行。但由于当时机械设备缺乏，再加上人力、物力有限，导致工程质量难以控制，施工质量差。水库蓄水后坝基渗漏严重，影响大坝安全；施工过程中大坝填筑质量较差，坝体出现过许多裂缝，水库存在许多隐患。为了提高水库的防洪蓄水能力，充分发挥水库效益，需对水库大坝进行加固。本设计主要对大坝坝体、坝基、右岸坝肩及溢洪道进行除险加固。其次对输水设施及水库周边进行小改造。从整体对三余水库进行改造和加固。2 综合说明2.1 概述2.1.1 水库工程位置三余水库位于宁乡县西北部，属湘江流域沩江支流胜溪水。大坝位于沙田乡金莲村，地理位置为东经1120517，北纬280737。坝址下游距黄材镇6km，距宁涟公路8km，地理位置十分重要。2.1.2 枢纽主要建筑物及特性参数水库枢纽工程由大坝、溢洪道、输水低涵、输水隧洞等永久建筑物组成。（1）工程等级与洪水标准：三余水库总库容120.43万m3，根据水利水电枢纽工程等级划分及洪水标准（SL252-2000）确定该水库为小（1）型水库，枢纽工程为等工程，其主要建筑物为4级建筑物，次要建筑物为5级建筑物。水库大坝安全评价阶段设计洪水标准为50年一遇，校核洪水标准为500年一遇；根据湖南省小型水库除险加固工程初步设计报告编制提纲，拟定本次初步设计阶段设计洪水标准为30年一遇，校核洪水标准为300年一遇。正常运行情况下坝顶安全超高为0.5m，非常运行情况下为0.3m，溢洪道消能防冲工程设计标准为20年一遇。（2）水库水位与相应库容：三余水库正常蓄水位217.9m（黄海高程系统，下同），相应库容110万m3；设计洪水位（P=3.33%）218.31m，相应库容117.06万m3；校核洪水位（P=0.33%）218.49m，相应库容120.43万m3；死水位198m，相应库容6.6万m3。（3）大坝：大坝为粘土心墙土坝，最大坝高25.9m，坝顶高程为220.7m，坝顶轴线长94m，坝顶宽4.5m。上游坡分为三级，坡比从下到上依次为1：2.75、1：2.25、1：2.0，上游坡未护坡；下游坡分为三级，坡比从下到上依次为1：2.5、1：2.25、1：1.5，在高程205.7m及215.7m处均设宽1m的平台，下游坡面采用草皮护坡。坝体下游设排水棱体，排水棱体顶宽1.5m，高3.3m，上游坡比1：1.0，下游坡比1：1.5。（4）溢洪道：溢洪道位于大坝右岸，为正槽开敞式，全长180m，堰顶高程217.9m，堰顶宽3.5m，消能形式为底流消能，侧墙为浆砌块石衬砌，底板为毛石砼。（5）输水低涵：输水低涵位于大坝左岸，为300mm的有压砼圆100.1m，进口高程为198m，底坡降3.2%，设计流量0.1m3/s。（6）输水隧洞：输水隧洞位于大坝对岸山体内，总长340m。进口80m为800mm砼圆涵管；后260m洞身为圆拱直墙隧洞结构，断面尺寸0.6m1.5m。隧洞进口高程为206.5m，底坡降0.44%，设计流量0.4m3/s。隧洞洞壁未衬砌，进口设插板式闸门，斜拉启闭。2.1.3 工程地质三余水库位于湘水一级支流沩水支流胜溪水上游。干流长1.293Km，水力坡降3.7%。流域总的趋势是北西高、南东低，属丘陵低岗地貌单元区，两岸山顶高程240m250m，相对切割深20m50m。库盆区岸坡角1015，植被发育良好，自然状态下岸坡稳定状态良好，无不良地质问题。坝区两岸地形较对称，地形较平坦开阔，坝址区为较宽阔的“U”型谷，河床高程195m197m，两岸坡角1012,两岸山顶高程230235m。坝区出露地层由老至新分述如下：(1)震旦系通塔湾组（Ptt）黄灰绿色、灰绿色中厚层至薄层状粉砂质板岩。厚度大于500m。为坝基主要持力层。 (2)全新统冲积堆积（Q4al）：灰褐色砂质粉土与含泥砂砾石，厚13m，可塑状态，结构较松散。分布于坝基上下游。(3)人工堆积（Qs）:黄褐色粉土质砂与含砾低液限粘土，可至硬塑状，结构松散至稍密，最大厚度25.9m，分布于坝体。区内新构造运动表现为间歇性的升降运动，据区域地质资料，区内无大的区域断裂通过，按照2001年版1:400万中国地震动参数区划图(GB18306-2001)；地震动峰值加速度为0.05g，地震动反应谱特征周期为0.35s，所对应的地震基本烈度为度。2.2 目前水库存在的主要问题（1）大坝：本次调洪复核（具体计算过程见后）结论表明，水库大坝心墙所需高程为218.91m，实际为217.9m，低1.01m。根据防洪标准（GB50201-94）规定，三余水库大坝心墙顶部高程不能满足洪水的挡洪要求，即不能满足30年一遇的设计洪水、300年一遇的校核洪水的要求。由于心墙高度不够，所以水库从1997年以来一直控制蓄水。大坝施工由当地村组完成，施工夯压设备简陋，夯压欠密实，填筑质量差，导致坝体存在散浸问题，自1977年运行至今，当库水位在215m以上运行时，坝体外坡坡面高程211m以下开始存在散浸问题，散浸面积约600m2。水库达正常蓄水位运行时散浸面积稍有增大。由于库水位下降过快，大坝上游坡曾于1993年出现滑坡险情，当时仅用砾石土培厚坝脚处理，一直未作彻底处理，现上游坡局部存在脱坡现象，且未进行任何护坡加固处理。大坝基础为强风化砂岩，基础及两岸节理、裂隙发育，填筑坝体时对坝基与两岸清基仅将表层杂草稍加清理就直接在其上进行填筑坝体，对坝基和两岸坡表层透水性较强的强风化破碎岩块与节理密集带未进行挖除与防渗处理，导致坝基础及右坝肩与山体接触面渗漏严重。坝基在距外坡坝脚510m的农田内存在集中渗漏点3处，单处渗漏量达0.20.5L/s，随库水位的升高渗漏量明显增大；右坝端散浸面积约120m2。（2）溢洪道：本次调洪复核结论表明，溢洪道控制段顶部高程不得低于219.55m，而现有溢洪道控制段顶部高程为220.10m，大于规范要求的最小高程，能满足防洪要求。溢洪道侧墙破裂，底板冲刷破损严重，下游无消力池。右侧山体曾出现滑坡险情，随时存在堵塞溢洪道的危险。（3）输水设施：输水低涵为300mm的有压砼圆涵，经过长时间运行后，现圆涵管漏水严重，进口淤塞严重。输水隧洞总长340m，进口80m为800mm砼圆涵管，后260m洞身为圆拱直墙结构，断面尺寸0.6m1.5m。现砼管接头漏水严重，后260m洞身未进行衬砌。（4）其它问题：大坝无安全监测设施；坝上无照明线路及器材；防汛公路为简易公路，路基窄，路况差，通行困难，且不能通达大坝，严重影响防汛抢险工作；管理所住房为上世纪70年代修建，现已成危房，急待重建。2.3 除险加固的必要性三余水库位于湘江流域沩江支流胜溪水，设计控制集雨面积1.26 km2，其中外引0.2 km2，但引水渠道未全部建成，现水库实际控制集雨面积1.06km2。三余水库对沩江流域的防洪起到较大作用，其防洪效益涉及沩江沿岸0.3万亩农田1.1万人口，同时保护下游宁涟公路等交通干线及胜溪水库安全。因此，该水库大坝必须尽快进行除险加固。3 水文计算3.1 基本情况三余水库设计控制集雨面积1.26 km2，其中外引0.2 km2，但引水渠道未全部建成，现水库实际控制集雨面积1.06km2，坝址以上干流长度1.293km，干流平均坡降13.7%。3.2 气象情况本区域洪水变化与暴雨情况一致，易涨易落。49月为汛期，大洪水主要发生在48月。多年平均降雨量1405mm，年内降雨主要集中在47月份，多年平均790mm，约占全年雨量的50%，而89月份仅为145mm，多年平均径流深800mm，多年平均气温16.2，历年最高气温40.6，历年最低气温-12。3.3 设计洪水3.3.1 设计洪水成果计算（1）用推理公式求设计洪水、校核洪水:求净雨、历时 根据： （1）=2.472列表计算Rt/t分别根据设计净雨过程R上tt，自最大时段净雨开始，向前相邻时段连续累加，并除以相应的历时，计算Rt/t值。表 1 三余水库三十年一遇净雨历时表Tab 1 Net rain gauge of Sanyu reservoir in thirty years时段123456789R上大小64.9115.9714.6811.838.116.475.475.035.03Rt累64.9180.4795.55107.38115.49121.96127.43132.46137.50Rt/t64.9140.4431.8526.8523.1020.3318.2016.5615.28 续表1 时段10111213141516合计R上大小4.16 3.51 4.94 3.97 2.61 2.47 0.64 159.80Rt累141.66 145.17 150.11 154.08 156.69 159.16 159.80 Rt/t14.17 13.20 12.51 11.85 11.19 10.61 9.99 表 2 三余水库三百年一遇净雨历时表Tab 2 Net rain gauge of Sanyu reservoir in three hundred years时段(t)12345678910R上大小87.56 25.41 23.36 19.68 13.49 10.76 9.13 8.40 8.40 6.93 Rt累87.56 112.96 136.32 156.00 169.49 180.25 189.38 197.78 206.17 213.10 Rt/t87.56 56.48 45.44 39.00 33.90 30.04 27.05 24.72 22.91 21.31 时段1112131415161718合计R上大小5.86 8.43 6.77 4.35 5.92 5.92 4.21 1.46 256.02Rt累218.96 227.39 234.16 238.51 244.43 250.35 254.56 256.02 Rt/t19.91 18.95 18.01 17.04 16.30 15.65 14.97 14.22 计算洪峰流量Qm和泄流时间。参照湖南省暴雨洪水查算手册，采用全面汇流公式：Qm=0.278FRt/t （2） （3）经计算三余水库各设计频率洪水成果见表3表 3 水库设计洪水参数及成果表Tab 3 Design flood parameters and results of reservoir项目p(%)=0.33p(%)=3.33p(%)=5备注Q上m(m3/s)19.913.611.9F=1.06km2(h)1.461.611.67L=1.293kmQi(m3/s)75.38 47.05 40.36J=13.7%Q上m/Qi0.26 0.29 0.29=2.472Q下m(m3/s)2.82 2.48 2.25m=0.226Q下m(m3/s)0.09 0.10 0.09W(万m3)36.224.220.8（2）推求洪水过程线：按照查算手册介绍的方法：地面径流过程按径流分配数法推求，地下径流按等腰三角形法推求，洪水过程线即地面地下径流同时相加。各频率洪水过程线如下表所示：表 4 水库设计洪水过程线计算成果表（20年一遇）Tab 4 Design flood hydrograph calculation results (20years )ti/00.511.522.533.54ti00.8 1.7 2.5 3.3 4.2 5.0 5.8 6.7 Qi/Qm00.110.450.240.120.060.030Qi01.19 11.85 5.33 2.84 1.42 0.71 0.36 0.00 Qi+Qo0.03 1.22 11.88 5.36 2.87 1.45 0.74 0.39 0.03 表 5 水库设计洪水过程线计算成果表（30年一遇）Tab 5 Design flood hydrograph calculation results (30years )ti/00.511.522.533.54ti00.8 1.6 2.4 3.2 4.0 4.8 5.6 6.4 Qi/Qm00.110.450.240.120.060.030Qi01.36 13.60 6.12 3.26 1.63 0.82 0.41 0.00 Qi+Qo0.03 1.39 13.63 6.15 3.29 1.66 0.85 0.44 0.03 表 6 水库设计洪水过程线计算成果表（300年一遇）Tab 6 Design flood hydrograph calculation results (300years )ti/00.511.522.533.54ti0.0 0.7 1.5 2.2 2.9 3.7 4.4 5.1 5.9 Qi/Qm00.110.450.240.120.060.030Qi0.00 1.99 19.89 8.95 4.77 2.39 1.19 0.60 0.00 Qi+Qo0.03 2.02 19.92 8.98 4.80 2.42 1.22 0.63 0.03 表3、表4中Q0根据湖南省洪水基流回水经验公式得：Q0=0.026F=0.0261.06=0.03m3/s （3）入库洪水总量：公式：Wmp=R总PF1000 （4）P=0.33% ： Wm=341.361.061000=36.2万m3P=3.33% ： Wm=228.291.061000=24.2万m3P=5% ： Wm=195.81.061000=20.8万m33.3.2 设计洪水成果的合理性检查水库大坝安全评价阶段设计洪水标准为50年一遇，校核洪水标准为500年一遇；根据湖南省小型水库除险加固工程初步设计报告编制提纲，本次初步设计阶段设计洪水标准为30年一遇，校核洪水标准为300年一遇。此次洪水复核是依据湖南省水利水电厅1984年编制的湖南省暴雨查算手册进行计算的，湖南省水利水电厅1984年编制的湖南省暴雨查算手册是湖南省无资料地区目前设计洪水公认的唯一依据，两。次计算结果基本一致，说明所计算成果具有可靠性。具体见表7。表7 设计洪水成果比较Tab 7 Comparison of results of design flood设计频率P0.2% 0.33%2%3.33%5%阶段安全评价本次复核安全评价本次复核安全评价本次复核洪峰流量23.219.915.813.611.911.93.4 调洪演算3.4.1 基本资料集雨面积：经复查F=1.06km2；干流长度：L=1.293km；干流坡降：J=13.7%；坝前吹程：D=0.8km；汛期多年平均最大风速：V=14.6m/s；水位库容关系曲线：见表8。 表 8 三余水库水位库容曲线 单位：万m3Tab 8 The curve of levelcapacity of Sanyu reservoir水位（m）194.8196198200202204206库容02.56.61115.72135水位（m）208210212214216217.9219.2库容34.242.853.36684.9110120.433.4.2 调洪演算原则（1）水库起调水位为溢洪道堰顶高程217.9m（即正常蓄水位），相应库容为110万m3。（2）由于溢洪道无闸门控制，当水位超过溢洪道堰顶时，来水自动溢泄，水库水位随入库流量增大而上涨，直到设计和校核洪水位，其下泄流量也相应达到设计和校核流量。3.4.3 调洪演算的基本方法调洪演算的基本方法是逐时段求解水量平衡方程，采用列表试算法，公式为： （5） （6）已知堰顶高程为217.9m，堰宽L=3.5 m，建立qM关系曲线（附图15）。3.4.4 调洪演算结果根据以上计算，得出设计及校核洪水位及最大下泄流量。堰顶水位（起调水位217.9m），相应库容为110万m3，则调洪复核结果为：表 9 三余水库调洪演算结果Tab 9 Flood regulating calculation results of Sanyu Reservoir频率P（%）最高水位Z(m)相应库容V(万m3)相应泄量q(m3/s)0.33218.49120.433.043.33218.31117.061.935218.27116.361.65经复核后应重新确定三余水库的设计洪水位为218.31m，校核洪水位为218.49m；相应库容分别为117.06万m3、120.43万m3。3.5 水库抗洪能力复核根据水库大坝安全评价导则（SL258-2000）的有关规定，抗洪能力复核主要是对水库大坝坝顶高程和溢洪道控制段顶部高程等挡水建筑物进行复核。3.5.1 水库大坝坝顶高程复核三余水库大坝坝顶高程复核包括大坝顶部高程、防渗心墙顶部高程复核。根据碾压式土石坝设计规范（SL274-2001）规定，水库大坝的顶部高程等于水库不同运用情况下的静水位与相应的超高之和；防渗心墙顶部高程在正常运用时不得低于水库静水位加安全超高，在非常运用时不得低于水库静水位。具体计算公式如下：坝顶高程： Z坝设=Z设+H （7）H=2HL+HO+HC （8） 按官厅公式：2HL=0.0166V5/4D1/3 HO=（2HL）2/2Lcth（H1/L） （9） 2L=10.4（2HL）0.8 式中：H1坝前水深（m）；2HL波浪高度（m）；2L波浪长度（m）；HO波浪中心线到设计（校核）水位的高度（m），即风浪壅高；HC安全超高（m）（根据规范要求选定）；V：风速（m/s），设计洪水V=1.5Vf，校核洪水V=Vf，Vf=14.6m/s；D吹程（km），D=0.8km。计算结果如下：（1）设计洪水时：2HL=0.73m，HO=0.21m，HC=0.5m得H=0.73+0.21+0.5=1.44mZ坝设=Z设+H=218.31+1.44=219.75mZ坝=220.7m。（2）校核洪水时：2HL=0.44m，HO=0.11m，HC=0.3m得H=0.44+0.11+0.3=0.85mZ坝校=Z校+H =218.49+0.85=219.34mZ坝=220.7m。（3）Z=Z正+H设=217.9+1.44=219.34Z坝=220.7m。表10 三余水库坝顶高程复核成果表Tab 10 The review results of crest elevation of Sanyu reservoir项目正常情况设计洪水情况（P=3.33%）校核洪水情况（P=0.33%）起调水位（m）217.9217.9最高水位（m）217.9218.31218.49波浪高度2HL（m）0.730.730.44波浪中心线到水位高度HO（m）0.210.210.11安全超高（m）0.500.500.30坝顶高程（m）现有220.7220.7220.7应达219.34219.75219.34富余1.360.951.36表11 三余水库大坝防渗心墙顶部高程复核成果表Tab 11 The review results of impervious core wall elevation ofSanyu reservoir 工况相应水位（m）安全超高（m）所需最低高程（m）现有高程（m）富余正常运用218.310.6218.91217.9-1.01非常运用218.490218.49217.9-0.59经上述复核，根据防洪标准（GB50201-94）规定，三余水库大坝坝顶高程能满足防洪标准（GB50201-94）规定洪水的挡洪要求；而心墙顶高程低于规范要求的最小高程1.01m，不能满足防洪要求。3.5.2 溢洪道控制段顶部高程复核根据溢洪道设计规范（SL253-2000）第2.3.7条规定，控制段的顶部高程不得低于设计洪水位、波浪的计算高度和安全超高值（三余水库可参照3级建筑物取0.3m）之和。因此，三余水库溢洪道控制段的顶部高程不得低于219.55m，而现有溢洪道顶部控制高程为220.10m，能满足防洪要求。3.5.3 泄洪安全分析根据水库大坝安全评价导则（SL258-2000）的有关规定，泄洪安全分析包括复核在设计和校核洪水时，泄洪建筑物能否安全下泄最大流量以及泄洪建筑物本身和水库大坝的安全性；评估渲泄设计和校核洪水时，下游人民生命财产和社会经济损失；评估垮坝可能造成人民生命财产和社会经济损失等等。（1）泄洪建筑物本身的安全复核：经计算，三余水库现有溢洪道控制段侧墙顶高程220.10m，大于规范要求的最小值219.55m，能满足防洪要求。但溢洪道侧墙破裂，底板冲刷破损严重，下游无消力池，右侧山体曾出现滑坡险情，随时存在堵塞溢洪道的危险，因此溢洪道是不安全的。（2）洪水风险分析：三余水库位于山丘区，一旦大坝溃决，最大溃坝流量将达19.9m3/s，将淹没耕地3000亩，毁坏房屋3552户，受灾人口达11000多人，同时溃坝将直接危及下游胜溪水库安全，冲毁宁涟公路等，直接经济损失9800万元。3.6 防洪标准复核结果3.6.1 防洪标准三余水库位于山丘区，大坝为心墙土坝，总库容120.43万m3。本次初步设计阶段设计洪水标准为30年一遇，校核洪水标准为300年一遇，符合国家有关规范的要求。3.6.2 水库大坝的实际防洪能力三余水库大坝坝顶高程为220.7m，较规范要求的最小高程219.75m高0.95m，满足防洪标准（GB50201-94）规定洪水的挡洪要求。三余水库心墙顶部高程为217.9m，较规范要求的最小高程218.91m低1.01m，大坝心墙不满足现行规范要求。溢洪道控制段顶部现有高程为220.1m，大于规范要求的最小高程219.55m，能满足防洪要求。3.6.3 泄洪能力三余水库溢洪道控制段过流能力在宣泄设计和校核洪水时的最大下泄流量时，会危及泄洪建筑物本身及水库大坝的安全。4 除险加固设计4.1 除险加固工程项目（1）大坝除险加固：对坝体进行冲抓回填；对大坝基础、右岸坝肩与坝基接触面进行帷幕灌浆；对大坝上游坡进行干砌块石护坡及滑坡段进行抛石护脚处理。（2）溢洪建筑物整治：对溢洪道底板及侧墙进行拆除重建，新建下游消力池，对右侧山体进行削坡减荷。（3）输水低涵改造：新建一处输水隧洞代替现有输水低涵，对原输水低涵进行封堵。（4）输水隧洞改造：对现有输水隧洞进口段80m长砼管进行更换，对260m长未衬砌洞身进行衬砌。（5）增设水库水文、水情测报系统、大坝安全监测设施。（6）整修防汛公路2km。（7）管理站房改造，配备防汛交通工具。4.2 大坝除险加固4.2.1 大坝心墙高度不够及坝体散浸除险设计方案比较：根据本次初步设计地勘资料及对大坝进行现场勘察检查，发现当库水在215m以上运行时，坝体外坡坡面高程211m以下开始存在散浸问题，散浸面积约600m2。另外，根据本次地勘钻孔检查及水库抗洪能力复核成果，大坝心墙顶部高程较规范要求的最小高程低1.01m，不满足防洪规范要求。针对大坝散浸及心墙高度不够的问题，必须考虑加高加固大坝防渗体。根据碾压式土石坝设计规范和湖南省小型水库除险加固工程设计报告编制导引以及结合当地筑坝材料和施工经验，加高加固大坝防渗体可以采用冲抓套井回填和上游加作粘土斜墙二种方案。方案一：借鉴冲抓套井回填防渗加固的成功经验，在大坝原有心墙偏上游位置进行冲抓套井回填，冲抓套井回填采用1排孔，孔距为0.78m，形成的防渗墙有效厚度为0.78m，冲抓范围自坝顶至基岩，最大冲抓深度25.9m。方案二：施工前，把水库放干，按一定坡比修整上游坡，在上游坡脚清淤，清到基岩，做一道1.0m厚1.5m高的砼防渗墙，并与粘土斜墙相连接，在砼防渗墙上做斜墙，在斜墙上游设0.4m厚反滤层，反滤层上设0.3m厚块石护坡。粘土斜墙防渗体做在大坝上游侧，淤积库内，减少库容，并在施工时要全部放干水库，并要修建围堰，施工项目较多，施工较为复杂。表 12 坝体防渗处理方案比较表Tab 12 The comparison of dam seepage control scheme项目方案一方案二设计方案在大坝原有心墙偏上游进行冲抓套井回填加高加固心墙，解决防渗体低于规范要求及坝体散浸的问题，冲抓套井回填伸入原心墙直至基岩。放干水库，在大坝上游加做一道粘土斜墙。在大坝上游坡脚清到基岩，坡脚做一道砼防渗墙并作为粘土斜墙的起始挡墙，把上游坡按一定坡比修整，其上做粘土斜墙，斜墙上游做反滤层和护坡。主要工程量及投资冲抓套井回填2478.9m，估算投资40.26万元。土方开挖1876m3，清淤泥5040m3，土方回填2921.6m3，土方夯压2922 m3，块石护坡3762m3. 估算投资96.52万元。方案优缺点比较防渗效果好，工程量小，投资省，没有破坏原坝体结构，不会在坝体内形成夹层，不会淤积库内。且施工简单，材料可以就近解决。结论推荐方案比较方案4.2.2 坝体心墙冲抓回填设计冲抓回填：（1）冲抓钻孔套井原理：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。（2）冲抓套井防渗墙顶高程的确定：根据碾压式土石坝设计规范（SL274-2001）4.2.4条防渗墙顶部在静水位以上的超高，对正常运用情况，应为0.60.3m；对非常运用情况，防渗体顶部应不低于非常运用的静水位。对正常运用情况时，防渗墙顶部高程为218.77m，对非常运用情况，防渗墙最高为219.09m。大坝坝顶高程220.7m，冲抓套井在坝顶进行，由上而下进行钻孔后回填的，为便于施工和保证质量，冲抓套井回填防渗墙顶高程与坝顶齐平，为220.7m。（3）冲抓套井防渗墙轴线位置确定：大坝冲抓回填防渗墙的主要作用为加高加固大坝原有防渗体，冲抓回填防渗墙平面位置一定在大坝原有心墙之内，为减少下游坝体内的水压力，坝体防渗墙在满足防冻与保护层要求下尽量靠上游。因此，冲抓回填防渗墙布置在原有防渗体心墙中轴线上游。（4）套井回填土料的选择：套井回填土料暂拟在三余水库库内附近的山坡上取土，距坝顶近，贮量足，其物理性质可以满足防渗墙土料要求，根据碾压式土石坝设计规范，防渗墙土料必须符合以下物理性质：回填土料为粘性土料，填土干容重大于1.55g/cm3，压实度不低于0.96。（5）有效厚度的确定：参照湖南省病险土石坝工程治理研究及有关文献，防渗墙的有效厚度是根据渗透稳定计算求得其渗透坡降小于允许渗透坡降的条件决定的，粘土防渗墙的容许渗透坡降J为68，确定防渗墙的有效厚度为TH/J，式中H为防渗墙承担的最大水头，计算的T=1.28m。根据试验资料，土坝冲抓回填时对周围有挤压作用，一般直径1.1m的冲抓孔实际有效厚度为1.3-1.4m，故三余水库冲抓回填防渗墙排数为1排。由几何关系知：排距L1= R（1+sin），孔距L2= 2Rcos，其中为主、套井最优切割角度，=3834；R为井孔半径，即R=0.55m，计算的孔距为0.78m。（6）钻孔深度的确定：根据地质情况及防渗要求，本次设计冲抓回填加固接高心墙到坝顶，自上而下至基岩，本次设计冲抓回填从坝顶220.7m至基岩194.8m。（7）主要工程量：冲抓回填工程量有：冲抓回填2478.9m。4.2.3 坝基、右岸坝肩与坝基接触面渗漏除险设计方案选择：大坝基础为强风化砂岩，基础及两岸节理、裂隙发育，填筑坝体时对坝基与两岸清基仅将表层杂草稍加清理就直接在其上进行填筑坝体，对坝基和两岸坡表层透水性较强的强风化破碎岩块与节理密集带未进行挖除与防渗处理，导致坝基础及右坝肩与山体接触面渗漏严重。坝基在距外坡坝脚510m的农田内存在集中渗漏点3处，单处渗漏量达0.20.5L/s，随库水位的升高渗漏量明显增大；右坝端散浸面积约120m2。根据湖南省小型水库除险加固工程设计报告书编制导引，对坝基存在严重渗漏，影响大坝安全的可采用帷幕灌浆处理，因此，针对大坝基础、右岸坝肩与坝基接触面散浸严重采用帷幕灌浆处理。4.2.4 帷幕灌浆设计（1）帷幕设计：帷幕灌浆采用一排灌浆孔，孔距2.5m，防渗标准根据地勘成果及规范要求，取q=10Lu，灌浆孔伸入相对不透水层（q=10Lu）以下1m，帷幕最深处高程为190.6m，最终孔深应由现场先导孔压水试验确定。（2）灌浆孔布置：大坝坝基、右岸坝端与山体接触面存在渗漏，设计采用帷幕灌浆作防渗加固处理，大坝右岸坝端与山体接触面灌浆孔沿右岸山坡布置，在坝顶向右岸延伸15m，延伸至正常蓄水位与相对不透水层在右岸的相交处。灌浆范围见设计图，孔距2.5m。（3）钻孔及简易压水试验：帷幕灌浆钻孔：坝身采用冲击干钻、套管护壁，基岩采用回转式钻机钻进，用金刚石钻头或硬质合金钻头钻进，终孔孔径为75mm。钻机安装必须水平、稳固，开孔位置偏差应控制在10cm之内，孔斜率控制在1%以内，钻孔深入相对不透水层内1m左右。钻孔冲洗及简易压水试验：钻孔达到设计深度后，应采用清水冲洗钻孔，直至回水澄清无砂和岩粉为止，残留岩芯不应超过0.2m。帷幕灌浆孔在灌浆前，对先导灌浆孔均应进行简易压水试验，所得透水率q值来确定开灌水灰比及了解岩层的透水程度。（4）灌浆参数的选取：（a）灌浆段长度：灌浆段的长度是根据岩石的裂隙发育程度、破碎情况、渗透性以及设备条件决定的。参照省内外帷幕灌浆取得的成功经验，并根据工程的具体情况，为确保工程质量，设计要求灌浆段一般长58m，基岩条件较好的灌浆段取大值，裂隙发育，岩石破碎段取小值。接触面单独做一段，灌段长1.52.0m。（b）灌浆压力及浆液变换：灌浆压力是影响灌浆质量的重要因素，本次灌浆压力一般要求现场通过灌浆试验确定。浆液稠度根据基岩透水率不同而改变，起始水灰比采用8:1；以后采用5:1、3:1、2:1、1:1、0.8:1、0.6:1。接触面灌浆压力要求以不使坝体底部劈开或上抬为原则，根据有关规范，接触面灌浆压力应控制在0.05MPa以内。浆液稠度的变换原则是：当某一比级浆液的灌入量已达300L以上或灌注时间已达30min，而灌浆压力和注入率均无改变或改变不显著时，应改浓一级。或注入率大于30L/min时，可根据具体情况越级变浓。（c）结束灌浆标准：符合下列条件之一者，即可结束灌浆：在设计规定的灌浆压力下，灌浆段已停止吸浆或吸浆量小于1.0L/min，并持续60min以上时；在规定的压力下，吸浆量徘徊在1.0L/min的时间达1h以上。（5）灌浆材料及灌浆工艺：（a）灌浆材料：必须是新鲜合格的普通硅酸盐水泥，强度等级不低于32.5，对水泥的供给采取边用边进的原则，以保障水泥不过长时间在工地积放。（b）灌浆施工次序：灌浆应遵循分序加密的原则。帷幕孔分三序次施灌，一序孔孔距10m，二序孔孔距10m。三序孔孔距5m，最终孔距2.5m。（6）灌浆方法：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。（7）灌浆结束和封孔：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。对较深的帷幕灌浆孔，在最后一段灌浆结束后即采用浓浆封孔。封孔分段长1520m，封孔压力与灌浆压力相同，当注入率不大于1L/min，继续灌注30min后，在孔口处继续灌注60min，灌注结束后闭浆24h。（8）工程质量检查：检查孔数为灌浆总孔数的10，布置在断层、岩体破碎带等地质条件复杂的部位、末序孔注浆量大的孔段附近、孔偏斜过大处、灌浆过程不正常的部位。检查孔压水试验在该部位灌浆结束后14d后进行，自上而下分段卡塞进行压水试验，采用单点法或五点法。压力为1H0（H0为正常蓄水位至试验段处高差），且不大于该处灌浆压力的80%。检查孔各段压水试验测得的q值原则上须10Lu，所有试段的q值必须小于10Lu，才认为该孔符合标准。4.2.5 上游坡滑坡除险设计由于库水位下降过快，局部土体夯压不密实，填土质量差，大坝上游坡曾于1993年出现局部滑坡险情，当时仅用砾石土培厚坝脚处理，一直未作彻底处理，现上游坡局部存在脱坡现象，且未进行任何护坡加固处理。为确保上游坡安全，根据碾压式土石坝设计规范和以往施工经验，可以采用对上游坝坡进行放缓培厚和抛石压脚二种方案。方案一：大坝原上游坝坡坡比从上往下分别为1:2.0，1:2.25，1:2.75，设计拟将大坝上游坝坡坡比放缓培厚，从上往下分别为1:2.0，1:2.5，1:3.0，在高程198.0m及215.7m处均设2m宽平台，使坝坡达到稳定。然后采用预制砼板护坡，护坡厚度根据规范计算，选用0.12m，板尺寸为正六边形，边长0.3m，单块板重67.2kg，砼标号C15，勾缝砂浆标号为M7.5。护坡下设15cm厚砂石混合垫层。护坡范围自死水位以上至大坝所需安全高程。滑坡原因是由于库内水位下降过快所致，故采用开挖滑坡体至滑动面以下，再回填夯实的方法处理。方案二：考虑上游坝脚淤积严重，清基和导流围堰工程量很大，采用抛石压脚的方法，从上游坝脚至滑动点高程202.0m之间抛石固脚，抛石顶宽3m，底宽6.8m，坡比1：3.0，经计算满足安全稳定要求。考虑大坝上游未进行护坡，从抛石平台以上至大坝所需安全高程采用预制砼板护坡，护坡厚度根据规范计算，选用0.12m，板尺寸为正六边形，边长0.3m，单块板重67.2kg，砼标号C15，勾缝砂浆标号为M7.5。护坡下设15cm厚砂石混合垫层。表13 左坝端上游坡滑坡除险加固处理方案比较表Tab 13 The comparison of reinforcement treatment scheme of upstream slope on the left of dam项目方案一方案二设计方案拟将大坝上游坝坡坡比放缓培厚，从上往下分别为1:2.0，1:2.5，1:3.0，在高程198.0m及215.7m处均设2m宽平台，使坝坡达到稳定。采用抛石压脚的方法，从上游坝脚至滑动点高程202.0m之间抛石固脚，抛石体顶宽3m，底宽6.8m，坡比1:3.0，使坝坡达到稳定。主要工程量及投资土方开挖25325m3，清淤泥8420m3，土方回填12368 m3。估算投资100.74万元。抛石3758.9m3。估算投资49.15万元。方案优缺点比较上游坝脚淤积严重，清基和导流围堰工程量很