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單梁山水庫除險加固設(shè)計

文檔作者：孫亮科，孫玉玥，左文濤文檔來源：中水北方勘測規(guī)劃設(shè)計研究有限責(zé)任公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2025年05月30日
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上一篇：碾壓混凝土壩的滲漏問題及處理措施

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2018年6月
收稿日期：2018—01—27
作者簡介：孫亮科（1987—），男，助理工程師，主要從事水利水電
工程設(shè)計工作。
DOI：10.3969/j.issn.1004-7328.2018.03.011
單梁山水庫除險加固設(shè)計
孫亮科，孫玉玥，左文濤
（中水北方勘測規(guī)劃設(shè)計研究有限責(zé)任公司，天津300222）
摘要：單梁山水庫位于中衛(wèi)市美利工業(yè)園區(qū)以北23 km 處。針對大壩目前存在的壩體滲漏、繞壩滲流、上下游護(hù)坡
破壞嚴(yán)重等問題，提出了合理可行的處理方案，通過工程除險加固，保證了大壩的安全運(yùn)行。
關(guān)鍵詞：大壩；除險加固；防滲墻；帷幕灌漿；護(hù)坡
中圖分類號：TV697.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-7328（2018）03-0032-02
1 工程概況
單梁山水庫位于中衛(wèi)市美利工業(yè)園區(qū)以北23 km
處。其主要任務(wù)是解決中衛(wèi)市美利工業(yè)區(qū)的生產(chǎn)、
生活用水問題，同時可改善周邊生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)中衛(wèi)
市工業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。
單梁山水庫工程始建于2007年10月，2008年5
月大壩主體工程施工基本結(jié)束。水庫工程由大壩、
輸水建筑物、引水渠及其過路涵洞組成，設(shè)計庫容
968萬m3，為?。?）型水庫，防洪標(biāo)準(zhǔn)按30 a一遇洪
水設(shè)計、300 a一遇洪水校核。大壩為碾壓式均質(zhì)土
壩，最大壩高25.95 m，壩長度941.3 m，壩頂寬6 m。
單梁山水庫出露的主要地層有第四系全新統(tǒng)
（Q4eol）風(fēng)積砂，第四系全新統(tǒng)（Q4dpl）粉細(xì)砂、局部含
角礫；第四系全新統(tǒng)（Q4apl）粉細(xì)砂、砂壤土、角礫；第
四系上更新統(tǒng)（Q3apl）角礫，石炭系中統(tǒng)單梁山組
（C2d）粉細(xì)砂巖、泥巖，局部夾頁巖、泥頁巖。
2 目前水庫存在的問題
水庫于2011年12月進(jìn)行了安全評價，結(jié)果如
下：①大壩左岸壩肩附近存在繞壩滲流、局部滲透坍
塌，大壩右岸壩肩未見明顯繞壩滲流現(xiàn)象；②大壩靠
近左岸壩肩下游壩腳處存在較為明顯的滲透點(diǎn)，該
位置附近壩基因滲透水流沖蝕、淘刷嚴(yán)重，當(dāng)上游水
位上升時滲漏量顯著增大；③大壩上游面壩坡干砌
石護(hù)坡極不平整，因風(fēng)浪、凍融等因素破壞嚴(yán)重；
④大壩下游砂礫石護(hù)坡遇暴雨集中季節(jié)，經(jīng)常被大
量沖刷脫落；⑤大壩壩體及壩基滲透穩(wěn)定性不滿足
要求，壩體、壩基及繞壩滲漏嚴(yán)重，存在嚴(yán)重滲流安
全隱患。
3 工程設(shè)計措施
針對目前存在的問題，為恢復(fù)該工程的原設(shè)計
功能，應(yīng)完善大壩的防滲體系。本工程主要建設(shè)內(nèi)
容包括大壩壩體、壩基防滲處理，左岸壩肩繞滲處
理，上游護(hù)坡修復(fù)，下游排水、保護(hù)設(shè)施完善和提高
大壩抗滑穩(wěn)定安全性。
3.1 壩體防滲加固設(shè)計
3.1.1 防滲方案選擇
根據(jù)壩體和基礎(chǔ)實(shí)際存在的滲流問題，經(jīng)初步
調(diào)查發(fā)現(xiàn)在工程區(qū)30 km范圍內(nèi)沒有可作為土質(zhì)防
滲體合適的土料。土質(zhì)斜墻防滲方案需要長距離運(yùn)
輸大量的土料，造成工程造價的大幅度提高。為降
低過程造價，可采用土工膜防滲體替代土質(zhì)防滲體
進(jìn)行方案設(shè)計。
考慮到壩體為壤土填筑，適合采用混凝土防滲
體防滲；基礎(chǔ)大部分為風(fēng)化砂巖，適合采用灌漿帷幕
防滲。工程防滲加固從降低滲流的破壞能力、降低
壩身浸潤線和保護(hù)滲流出口比降入手，擬定了2個
比較方案，即上游鋪塑防滲+防滲槽+帷幕灌漿和混
凝土防滲墻+帷幕灌漿。
3.1.2 防滲方案比較和確定
上游鋪塑防滲+防滲槽+帷幕灌漿方案內(nèi)容為
在壩體上游坡面設(shè)置壩體防滲體，沿迎水面壩坡鋪
設(shè)復(fù)合土工膜防滲，將土工膜嵌入截滲槽，將截滲槽
挖至強(qiáng)風(fēng)化層，在槽底部進(jìn)行帷幕灌漿，形成上游整
體防滲體系。此方案可解決壩身及壩基的滲漏問
題，其優(yōu)點(diǎn)是在壩體外側(cè)施工，施工工藝較簡單，結(jié)
構(gòu)自身的價格相對較低，缺點(diǎn)是需要在上游修建圍
堰形成施工條件，河床覆蓋層圍堰防滲困難；土工膜
·32· 海 河 水 利
萬方數(shù)據(jù)
2018.No.3
防滲壽命較短，且在施工過程中容易產(chǎn)生破壞，圍堰
布置對取水口影響較大，施工控制困難。
混凝土防滲墻+帷幕灌漿方案內(nèi)容為在壩軸線
設(shè)置塑性混凝土防滲墻，防滲墻深入強(qiáng)風(fēng)化層，在混
凝土防滲墻下進(jìn)行帷幕灌漿，帷幕灌漿深度深入相
對不透水層。該方案優(yōu)點(diǎn)是在壩頂施工，不影響水
庫供水，施工工藝成熟，質(zhì)量可靠，耐久性好；缺點(diǎn)是
工藝復(fù)雜，造價較高，對設(shè)備依賴性強(qiáng)，施工工期相
對緊張。
根據(jù)方案內(nèi)容，經(jīng)綜合比較，2 個方案具有以
下特點(diǎn)和差異：①從防滲體的耐久性來看，混凝土
防滲墻比上游土工膜防滲體耐久性好；②土工膜
防滲與岸邊繞滲的帷幕銜接困難，從對目前供水
的影響來看，土工膜方案影響較大；③混凝土防滲
墻對地基適應(yīng)性較強(qiáng)，施工技術(shù)成熟，成墻質(zhì)量保
證率較高，防滲性能和效果可靠；④上游土工膜防
滲體施工需要修筑圍堰形成基坑，由于圍堰擋水
較高，施工存在一定降水風(fēng)險；⑤2 個方案投資
相差10%左右，造價相差不大，土工膜防滲體方案
略低。
綜合以上分析，同時考慮到水庫已經(jīng)蓄水投入
運(yùn)行，如長時間斷水將影響工業(yè)園區(qū)的正常生產(chǎn)，因
此本工程壩體及壩基防滲處理推薦采用混凝土防滲
墻+帷幕灌漿方案，即方案二。
3.1.3 防滲布置設(shè)計
防滲體采用壩體防滲墻和左岸防滲帷幕，基礎(chǔ)
接防滲帷幕的組合體系。
壩體防滲墻采用直線型布置，墻厚60 cm，墻
底打入強(qiáng)風(fēng)化層下限，墻頂高于最高凈水位0.3 m。
塑性混凝土抗壓強(qiáng)度為3~5 MPa，滲透系數(shù)小于
i×10-7 cm/s（i=1～9），彈性模量小于2 000 MPa。為
實(shí)施墻下基礎(chǔ)的防滲處理，在防滲墻內(nèi)埋設(shè)帷幕
灌漿管，在墻底接帷幕灌漿。壩基帷幕灌漿設(shè)置1
排，孔距為2 m，灌漿深度以進(jìn)入基礎(chǔ)小于5 Lu 線
為界。
因左岸基巖出露，考慮采用帷幕灌漿消除繞壩
滲流問題，灌漿深度以進(jìn)入基礎(chǔ)小于5 Lu線為界，
防滲長度向左岸延伸150 m，并將坡積層全部截
斷。在壩軸線延長線設(shè)置1排主帷幕，帷幕與壩體
混凝土防滲墻和壩基帷幕連接，考慮到目前左岸繞
壩滲流較嚴(yán)重，在左岸主帷幕的下游增加1排副帷
幕，2排帷幕孔間距均為2 m，間排距為2 m。
為了驗(yàn)證大壩防滲體系的加固效果，進(jìn)行了滲
流和穩(wěn)定的復(fù)核。壩段中部滲流計算成果，見表1。
從表1可以看出，壩體與壩基進(jìn)行防滲處理后，
壩基單寬滲漏量很小，而大壩下游面出逸坡降大于
允許出逸坡降，需做貼坡排水對壩坡進(jìn)行保護(hù)。
各種工況下壩段中部體穩(wěn)定計算成果，見表2。
從表2可以看出，在各種工況下，上、下游壩坡
穩(wěn)定安全系數(shù)均滿足規(guī)范最小安全系數(shù)的要求。
3.2 護(hù)坡維修加固
3.2.1 上游護(hù)坡設(shè)計
上游壩坡現(xiàn)狀護(hù)坡為50 cm的干砌石，但干砌
石極不平整，破壞嚴(yán)重。本次將現(xiàn)狀干砌石拆除，拆
除的干砌石拋在馬道以下，保護(hù)馬道以下壩坡。由
于上游不適合修建圍堰，所以將現(xiàn)有馬道擴(kuò)寬至
2.5 m，兼做施工道路?？紤]到本地區(qū)的凍土深度，
馬道以上壩坡分別鋪設(shè)50 cm厚的反濾層、30 cm厚
的礫石墊層和10 cm厚的預(yù)制混凝土六棱塊。為防
止護(hù)坡變形，每隔6 m設(shè)置1道現(xiàn)澆混凝土梁。
3.2.2 下游反濾與排水設(shè)計
針對下游邊坡滲透破壞的壩坡，需將破壞的土
體清除，更換為好的土體。在下游坡腳處設(shè)置貼坡
排水設(shè)施，貼坡排水頂部高程按高于壩體浸潤線出
逸點(diǎn)1.5 m設(shè)計。下游坡坡腳設(shè)置U形排水溝。
4 結(jié)語
（1）針對單梁山水庫出現(xiàn)的病險原因和問題，經(jīng)
過詳細(xì)的地質(zhì)勘察和滲漏原因分析，在多方案的比
較基礎(chǔ)上提出合理的、可行的、經(jīng)濟(jì)的除險加固措
施，達(dá)到了預(yù)期的加固效果。
（2）單梁山水庫自2014年除險加固竣工至今已
運(yùn)行3 a，根據(jù)監(jiān)測資料和大壩運(yùn)行情況，水庫每年
可按照設(shè)計要求蓄水至正常蓄水位，水庫大壩的滲
漏和左壩肩繞滲問題得到了很好解決，保證了大壩
正常的運(yùn)行和工業(yè)園區(qū)的利益。
表1 壩段中部滲流計算成果
水位
正常蓄水位
設(shè)計洪水位
校核洪水位
大壩下游面
出逸坡降
0.388
0.394
0.398
允許出逸坡降
0.25
0.25
0.25
壩基單寬滲漏量/
（m3·d-1·m-1）
4.66×10-6
4.79×10-6
4.89×10-6
表2 壩段中部體穩(wěn)定計算成果
工況
正常蓄水
設(shè)計洪水
校核洪水
地震
上游坡
2.05
2.077
2.11
1.306
下游坡
1.343
1.336
1.328

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