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单梁山水库除险加固设计

文档作者：孙亮科，孙玉玥，左文涛文档来源：中水北方勘测规划设计研究有限责任公司		点击数：	更新时间： 2025年05月30日
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上一篇：碾压混凝土坝的渗漏问题及处理措施

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2018年6月
收稿日期：2018—01—27
作者简介：孙亮科（1987—），男，助理工程师，主要从事水利水电
工程设计工作。
DOI：10.3969/j.issn.1004-7328.2018.03.011
单梁山水库除险加固设计
孙亮科，孙玉玥，左文涛
（中水北方勘测规划设计研究有限责任公司，天津300222）
摘要：单梁山水库位于中卫市美利工业园区以北23 km 处。针对大坝目前存在的坝体渗漏、绕坝渗流、上下游护坡
破坏严重等问题，提出了合理可行的处理方案，通过工程除险加固，保证了大坝的安全运行。
关键词：大坝；除险加固；防渗墙；帷幕灌浆；护坡
中图分类号：TV697.3 文献标识码：A 文章编号：1004-7328（2018）03-0032-02
1 工程概况
单梁山水库位于中卫市美利工业园区以北23 km
处。其主要任务是解决中卫市美利工业区的生产、
生活用水问题，同时可改善周边生态环境，促进中卫
市工业经济的发展。
单梁山水库工程始建于2007年10月，2008年5
月大坝主体工程施工基本结束。水库工程由大坝、
输水建筑物、引水渠及其过路涵洞组成，设计库容
968万m3，为小（1）型水库，防洪标准按30 a一遇洪
水设计、300 a一遇洪水校核。大坝为碾压式均质土
坝，最大坝高25.95 m，坝长度941.3 m，坝顶宽6 m。
单梁山水库出露的主要地层有第四系全新统
（Q4eol）风积砂，第四系全新统（Q4dpl）粉细砂、局部含
角砾；第四系全新统（Q4apl）粉细砂、砂壤土、角砾；第
四系上更新统（Q3apl）角砾，石炭系中统单梁山组
（C2d）粉细砂岩、泥岩，局部夹页岩、泥页岩。
2 目前水库存在的问题
水库于2011年12月进行了安全评价，结果如
下：①大坝左岸坝肩附近存在绕坝渗流、局部渗透坍
塌，大坝右岸坝肩未见明显绕坝渗流现象；②大坝靠
近左岸坝肩下游坝脚处存在较为明显的渗透点，该
位置附近坝基因渗透水流冲蚀、淘刷严重，当上游水
位上升时渗漏量显著增大；③大坝上游面坝坡干砌
石护坡极不平整，因风浪、冻融等因素破坏严重；
④大坝下游砂砾石护坡遇暴雨集中季节，经常被大
量冲刷脱落；⑤大坝坝体及坝基渗透稳定性不满足
要求，坝体、坝基及绕坝渗漏严重，存在严重渗流安
全隐患。
3 工程设计措施
针对目前存在的问题，为恢复该工程的原设计
功能，应完善大坝的防渗体系。本工程主要建设内
容包括大坝坝体、坝基防渗处理，左岸坝肩绕渗处
理，上游护坡修复，下游排水、保护设施完善和提高
大坝抗滑稳定安全性。
3.1 坝体防渗加固设计
3.1.1 防渗方案选择
根据坝体和基础实际存在的渗流问题，经初步
调查发现在工程区30 km范围内没有可作为土质防
渗体合适的土料。土质斜墙防渗方案需要长距离运
输大量的土料，造成工程造价的大幅度提高。为降
低过程造价，可采用土工膜防渗体替代土质防渗体
进行方案设计。
考虑到坝体为壤土填筑，适合采用混凝土防渗
体防渗；基础大部分为风化砂岩，适合采用灌浆帷幕
防渗。工程防渗加固从降低渗流的破坏能力、降低
坝身浸润线和保护渗流出口比降入手，拟定了2个
比较方案，即上游铺塑防渗+防渗槽+帷幕灌浆和混
凝土防渗墙+帷幕灌浆。
3.1.2 防渗方案比较和确定
上游铺塑防渗+防渗槽+帷幕灌浆方案内容为
在坝体上游坡面设置坝体防渗体，沿迎水面坝坡铺
设复合土工膜防渗，将土工膜嵌入截渗槽，将截渗槽
挖至强风化层，在槽底部进行帷幕灌浆，形成上游整
体防渗体系。此方案可解决坝身及坝基的渗漏问
题，其优点是在坝体外侧施工，施工工艺较简单，结
构自身的价格相对较低，缺点是需要在上游修建围
堰形成施工条件，河床覆盖层围堰防渗困难；土工膜
·32· 海 河 水 利
万方数据
2018.No.3
防渗寿命较短，且在施工过程中容易产生破坏，围堰
布置对取水口影响较大，施工控制困难。
混凝土防渗墙+帷幕灌浆方案内容为在坝轴线
设置塑性混凝土防渗墙，防渗墙深入强风化层，在混
凝土防渗墙下进行帷幕灌浆，帷幕灌浆深度深入相
对不透水层。该方案优点是在坝顶施工，不影响水
库供水，施工工艺成熟，质量可靠，耐久性好；缺点是
工艺复杂，造价较高，对设备依赖性强，施工工期相
对紧张。
根据方案内容，经综合比较，2 个方案具有以
下特点和差异：①从防渗体的耐久性来看，混凝土
防渗墙比上游土工膜防渗体耐久性好；②土工膜
防渗与岸边绕渗的帷幕衔接困难，从对目前供水
的影响来看，土工膜方案影响较大；③混凝土防渗
墙对地基适应性较强，施工技术成熟，成墙质量保
证率较高，防渗性能和效果可靠；④上游土工膜防
渗体施工需要修筑围堰形成基坑，由于围堰挡水
较高，施工存在一定降水风险；⑤2 个方案投资
相差10%左右，造价相差不大，土工膜防渗体方案
略低。
综合以上分析，同时考虑到水库已经蓄水投入
运行，如长时间断水将影响工业园区的正常生产，因
此本工程坝体及坝基防渗处理推荐采用混凝土防渗
墙+帷幕灌浆方案，即方案二。
3.1.3 防渗布置设计
防渗体采用坝体防渗墙和左岸防渗帷幕，基础
接防渗帷幕的组合体系。
坝体防渗墙采用直线型布置，墙厚60 cm，墙
底打入强风化层下限，墙顶高于最高净水位0.3 m。
塑性混凝土抗压强度为3~5 MPa，渗透系数小于
i×10-7 cm/s（i=1～9），弹性模量小于2 000 MPa。为
实施墙下基础的防渗处理，在防渗墙内埋设帷幕
灌浆管，在墙底接帷幕灌浆。坝基帷幕灌浆设置1
排，孔距为2 m，灌浆深度以进入基础小于5 Lu 线
为界。
因左岸基岩出露，考虑采用帷幕灌浆消除绕坝
渗流问题，灌浆深度以进入基础小于5 Lu线为界，
防渗长度向左岸延伸150 m，并将坡积层全部截
断。在坝轴线延长线设置1排主帷幕，帷幕与坝体
混凝土防渗墙和坝基帷幕连接，考虑到目前左岸绕
坝渗流较严重，在左岸主帷幕的下游增加1排副帷
幕，2排帷幕孔间距均为2 m，间排距为2 m。
为了验证大坝防渗体系的加固效果，进行了渗
流和稳定的复核。坝段中部渗流计算成果，见表1。
从表1可以看出，坝体与坝基进行防渗处理后，
坝基单宽渗漏量很小，而大坝下游面出逸坡降大于
允许出逸坡降，需做贴坡排水对坝坡进行保护。
各种工况下坝段中部体稳定计算成果，见表2。
从表2可以看出，在各种工况下，上、下游坝坡
稳定安全系数均满足规范最小安全系数的要求。
3.2 护坡维修加固
3.2.1 上游护坡设计
上游坝坡现状护坡为50 cm的干砌石，但干砌
石极不平整，破坏严重。本次将现状干砌石拆除，拆
除的干砌石抛在马道以下，保护马道以下坝坡。由
于上游不适合修建围堰，所以将现有马道扩宽至
2.5 m，兼做施工道路。考虑到本地区的冻土深度，
马道以上坝坡分别铺设50 cm厚的反滤层、30 cm厚
的砾石垫层和10 cm厚的预制混凝土六棱块。为防
止护坡变形，每隔6 m设置1道现浇混凝土梁。
3.2.2 下游反滤与排水设计
针对下游边坡渗透破坏的坝坡，需将破坏的土
体清除，更换为好的土体。在下游坡脚处设置贴坡
排水设施，贴坡排水顶部高程按高于坝体浸润线出
逸点1.5 m设计。下游坡坡脚设置U形排水沟。
4 结语
（1）针对单梁山水库出现的病险原因和问题，经
过详细的地质勘察和渗漏原因分析，在多方案的比
较基础上提出合理的、可行的、经济的除险加固措
施，达到了预期的加固效果。
（2）单梁山水库自2014年除险加固竣工至今已
运行3 a，根据监测资料和大坝运行情况，水库每年
可按照设计要求蓄水至正常蓄水位，水库大坝的渗
漏和左坝肩绕渗问题得到了很好解决，保证了大坝
正常的运行和工业园区的利益。
表1 坝段中部渗流计算成果
水位
正常蓄水位
设计洪水位
校核洪水位
大坝下游面
出逸坡降
0.388
0.394
0.398
允许出逸坡降
0.25
0.25
0.25
坝基单宽渗漏量/
（m3·d-1·m-1）
4.66×10-6
4.79×10-6
4.89×10-6
表2 坝段中部体稳定计算成果
工况
正常蓄水
设计洪水
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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