劉 麗，付 欣，唐振華

（中水東北勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司，吉林 長春 130021）

1 工程概況

松樹水庫位于遼寧省瓦房店市松樹鎮(zhèn)境內(nèi)的復(fù)州河上游段，庫址以上河道長45 km，水庫控制流域面積302.4 km2。庫址距下游松樹鎮(zhèn)2 km，交通極為便利。

工程始建于1970年6月，當(dāng)時的主要任務(wù)是以防洪、灌溉為主，兼顧發(fā)電，樞紐主要建筑物由主壩、副壩、溢洪道、引水系統(tǒng)及發(fā)電廠房組成。始建時水庫總庫容9864×104m3，為Ⅲ等工程，主體建筑物按3級設(shè)計，設(shè)計洪水為100年一遇（P=1%），校核洪水為500年一遇（P=0.2%）。主壩基本壩型為粘土心墻砂殼壩，壩頂長280 m，最大壩高25.10 m；副壩壩體結(jié)構(gòu)型式同主壩，壩頂長550 m，最大壩高11 m。溢洪道位于副壩左岸岸坡上。引水系統(tǒng)位于主壩左岸，分主洞和發(fā)電支洞，主洞總長238.68 m，直徑2.0 m，支洞長 43.5 m，直徑1.8 m，塔式進(jìn)水口底板高程92.0 m。廠房為地面式，裝機(jī)容量2×320 kW。

在1982—1987年間松樹水庫曾進(jìn)行了一次安全加固，加固后主壩為粘土心墻混合壩，長303 m，壩頂高程117.71 m，最大壩高34.87 m，防滲型式在112.84 m以下為粘土心墻，以上為聚乙烯塑料薄膜防滲，薄膜下部與粘土心墻中心連接，上部與加固后的防浪墻迎水面連接，形成的坡比為1∶2.42，壩殼由粗沙（上游）、中砂及石渣（下游）組成，主壩壩頂寬5 m，漿砌石防浪墻高1.2 m，上游坡比為 1∶2.75～1∶3，下游坡比為 1.6～2.0。

2003年松樹水庫被核定為三類病險水庫。除險加固后松樹水庫總庫容為1.671×108m3，為以城市供水為主、兼顧防洪的大（2）型Ⅱ等工程，除險加固后樞紐主要建筑物由擋水主、副壩、泄水建筑物和輸水建筑物組成，主要建筑物級別為2級，設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為500年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為5000年一遇，水庫正常蓄水位111.30 m。主壩布置在復(fù)州河主河道上，基本壩型為底部粘土心墻和頂部粘土斜墻砂殼壩，壩頂長304 m，最大壩高34.87 m；副壩布置在水庫西北側(cè)，基本壩型為混合壩，由板槽式混凝土心墻石渣壩及漿砌石壩組成，壩軸線為折線型，壩頂總長716.04 m，最大壩高16.58 m；泄水建筑物為岸坡式溢洪道，布置在副壩左岸岸坡上，三孔泄流，溢流前緣總長為29 m，挑流消能；引水系統(tǒng)位于主壩左岸，在原閘門井后7.6 m遠(yuǎn)新建一豎井式閘門井，原進(jìn)水口107.50 m高程以下結(jié)構(gòu)不變，107.50 m高程以上拆除重建。對原輸水洞進(jìn)行加固補強處理后，繼續(xù)利用。

2005年加固工程開工建設(shè)，2008年12月通過竣工驗收，投入正常運行。工程總投資為6584.73萬元。

2 主壩防滲體破壞現(xiàn)狀及質(zhì)量檢測

1）頂部聚乙烯塑料薄膜防滲體破壞現(xiàn)狀

此次除險加固前主壩基本壩型為底部粘土心墻和頂部聚乙烯塑料薄膜防滲砂殼壩，壩頂長303 m，最大壩高34.87 m。經(jīng)過20多年的運行，質(zhì)量檢測發(fā)現(xiàn)頂部聚乙烯塑料薄膜粘結(jié)處的510膠已全部老化，粘接強度大大降低，與墊層接觸處有刺破現(xiàn)象，與防浪墻粘接處也出現(xiàn)開裂，頂部聚乙烯塑料薄膜防滲體已出現(xiàn)隱患，達(dá)不到預(yù)期的防滲效果。

2）底部粘土心墻防滲體質(zhì)量檢測

采用現(xiàn)場鉆孔取樣的方式，檢測評價底部粘土心墻質(zhì)量。在主壩平行壩軸線方向選取4個典型斷面（0+95，0+145，0+195，0+245 m），每個斷面沿壩軸線方向，沿不同高程取樣，共取樣59個。

現(xiàn)場試驗檢測結(jié)果：1）總體施工質(zhì)量較好，但個別處不均一：0+145 m斷面，高程89.170～88.070 m處為軟土層，含水較多；局部心墻料內(nèi)有大量硅質(zhì)礫石、腐殖土。2）以0+145 m斷面土樣常規(guī)項目試驗結(jié)果為代表，粘土心墻的滲透系數(shù)k=2.11×10-8cm/s；最小抗剪強度c=0.50 kPa，對應(yīng)φ＝30.25°；干密度為16.3 kN/m3；不均勻系數(shù)Cu=3.07；壓縮系數(shù)0.70；心墻粘土的界限粒徑為0.017 mm，其相應(yīng)的細(xì)粒含量53.2%，而臨界含量41.1%，可判斷為流土型滲流變形。

根據(jù)現(xiàn)場取樣及試驗檢測結(jié)果可以看出，底部粘土心墻質(zhì)量及滲透系數(shù)均滿足要求。

3 主壩上部粘土斜墻加固設(shè)計

3.1 頂部斜墻防滲加固方案的擬定及論證

底部粘土心墻經(jīng)現(xiàn)場檢測滿足壩體防滲要求，只需對1982—1987年加高采用的聚乙烯塑料薄膜防滲體進(jìn)行加固處理。據(jù)此，擬定了兩個方案進(jìn)行比較。

1）方案一：粘土斜墻。

拆除1982—1987年加高形成的漿砌石防浪墻、聚乙烯塑料薄膜及其砂墊層，將原初期壩的粘土心墻頂部削成平面，鑿毛后重新鋪設(shè)水平寬度為3 m的粘土斜墻，重新修筑壩頂漿砌石防浪墻及止水，保證防浪墻間及防浪墻與心墻的可靠連接。上游從高程117.71 m至高程103 m（原上游馬道高程）的壩體邊坡由1∶2.75用碾壓級配石渣回填到1∶2.886；下游103.74 m馬道以下邊坡由1∶2.0用碾壓級配石渣回填到1∶2.5。

2）方案二：鋼筋混凝土斜墻。

拆除部分同方案一，將方案一粘土斜墻置換為0.5 m厚的鋼筋混凝土斜墻防滲體，重筑防浪墻及止水；上、下游壩坡放緩、加高培厚同方案一。

經(jīng)比較，方案一以其投資少（比方案二少139.08萬元）、粘土防滲體適應(yīng)壩體及自身不均勻沉陷能力強、新老防滲體同為粘土連接方便、安全可靠等特點優(yōu)于方案二；且施工區(qū)在正常蓄水位以上，旱地施工，工程量不大，故加固方案選擇粘土斜墻方案。

3.2 粘土料場選擇及斜墻壩料設(shè)計

初步設(shè)計階段選定半拉山粘土料場作為粘土斜墻料場，施工階段征地時發(fā)現(xiàn)為國家基本農(nóng)田，無法征用。因此在壩址區(qū)域又選了胡屯和液化洼兩個料場，兩個粘土料場技術(shù)指標(biāo)見表1。兩個料場的技術(shù)指標(biāo)均滿足設(shè)計要求，結(jié)合壩址區(qū)實際情況，選用運距較小的胡屯土料場。

表1 胡屯和液化哇粘土料場技術(shù)指標(biāo)比較表

粘土設(shè)計指標(biāo)：滲透系數(shù)k≤1×10-5cm/s，水溶鹽含量（按質(zhì)量計）不大于3%，有機(jī)質(zhì)含量（按質(zhì)量計）不大于2%，有較好的塑性及滲透穩(wěn)定性，浸水及失水時體積變化小。塑性指數(shù)不大于20，液限小于40%。

3.3 粘土斜墻細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計

加固后，主壩基本壩型為底部粘土心墻和頂部粘土斜墻砂殼壩，壩頂長304.00 m，最大壩高為34.87 m，壩頂高程為117.71 m。

拆除高程112.84 m以上原工程塑料防滲體，重新鋪筑粘土斜墻防滲。新建粘土斜墻防滲體水平厚度均為3 m，斜墻上下游坡度均為1∶2.42。粘土斜墻下游側(cè)與壩體中砂料接觸部位設(shè)置一層反濾層，與壩體石渣料接觸部位設(shè)置兩層反濾層，下游側(cè)每層反濾層厚度為0.5 m；粘土斜墻上游側(cè)設(shè)兩層反濾層，總厚度為0.5 m。

粘土斜墻防滲體的設(shè)計壓實度應(yīng)大于等于最大干密度的98%。粘土斜墻的設(shè)計干容重γd≥16.0 kN/m3。粘土料填筑最優(yōu)含水率為17.5%～18.0%。

上游壩坡為二級坡 1∶2.92～1∶3.0，變坡點在103.00 m 高程處；下游壩坡為二級坡 1∶2.5～1∶2.0，需將高程103.74 m處馬道以下邊坡由1∶2.0放緩至1∶2.5，培厚部位壩體采用石渣填筑。在主壩左壩頭修建回車場。

3.4 粘土斜墻與原防滲體系的連接

新建粘土斜墻底部座在底部粘土心墻頂端部。底部粘土心墻頂高程為112.84 m，開挖過程中發(fā)現(xiàn)心墻頂部埋設(shè)有82年加高時設(shè)置的土工膜及其錨固墩，清除修整粘土心墻頂部成平面，鑿毛后重新鋪設(shè)水平寬度為3 m的粘土斜墻。粘土斜墻底高程為109.80 m。斜墻頂部與壩頂防浪墻混凝土底座相接，形成封閉防滲系統(tǒng)。

3.5 主壩壩坡穩(wěn)定計算

使用水科院編制的《土石壩邊坡穩(wěn)定分析程序》（STAB1），采用計及條塊間作用力的簡化畢肖普法對壩坡抗滑穩(wěn)定進(jìn)行計算。計算結(jié)果見表2，滿足規(guī)范要求。

主壩邊坡穩(wěn)定計算工況：正常運用條件，即設(shè)計洪水位情況；非常運用條件Ⅰ，校核洪水位情況；非常運用條件Ⅱ，地震情況。

4 結(jié)語

1）2003年初步設(shè)計階段選用的半拉山粘土料場，質(zhì)量優(yōu)良、儲量豐富，在2005年工程開工辦理征地時，發(fā)現(xiàn)其屬于國家劃定的基本農(nóng)田區(qū)，一票否決，不能開采。施工過程中在工程區(qū)選取胡屯粘土料場，粘土儲量和質(zhì)量均滿足要求，防滲土料料源問題順利解決。因此工程設(shè)計方案的成立與否，料場的規(guī)劃、勘察及功能明確非常重要，須引起高度重視。

表2 主壩邊坡抗滑穩(wěn)定計算成果表

2）對于病險水庫大壩防滲體加固加高設(shè)計方案中，防滲體材料的選擇最好與原壩體防滲體材料一致，這樣防滲體之間的連接處理簡單，防滲效果好，以及新老防滲體適應(yīng)壩體變形條件一致，對大壩安全運行有利。

3）主壩加固所需壩體填筑料為有級配要求的砂礫料，主要用于壩坡放緩、培厚，用量不大，不足1萬m3，綜合進(jìn)行了料場開采規(guī)劃及壩料外購的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，最終選用了壩料外購。對于用量較少的壩體材料，能結(jié)合工程實際條件，因地制宜選用靈活的壩料外購形式也不失為一種合理的選擇。