大坝除险加固新技术在南马厂水库中的应用

郭慧黎

（北京市水利规划设计研究院，北京100048）

大坝除险加固新技术在南马厂水库中的应用

郭慧黎

（北京市水利规划设计研究院，北京100048）

在南马场水库除险加固工程中，通过科学的方案比选，在保证水库安全的前提下，应用了一系列大坝除险加固新技术，不仅解决了大坝带病运行的险情，恢复了大坝正常运行功能，而且使旧险坝面貌焕然一新，保持了水库的原有规模，消除了隐患，最大限度地满足区域发展要求，经济和社会效益显著。为以后类似工程提供了设计依据。

除险加固；技术创新；表孔溢洪道

1 基本概况

南马场水库位于北京石景山区五里沱镇双泉寺村东北部，坝址位于黑石头沟上游的马场沟上，流域面积1.1km2，主沟长1.92km，主沟比降为7.3%。大坝为浆砌石拱坝，水库设计总库容18.1万m3，属小（2）型水库［1］。加固前大坝由挡水坝及左岸溢洪道组成，加固后在原挡水坝处开表孔设溢流堰形成溢流坝段，与原溢洪道共同泄洪。工程位置及水库现状见图1和图2。

南马场水库为小（2）型水库，工程等级为Ⅴ等，主要建筑物设计标准为5级。其防洪标准按20年一遇洪水设计；100年一遇洪水校核。工程区地震动峰值加速度为0.20g，地震基本烈度Ⅷ度。大坝自1979年建成蓄水运行后，发现坝体有漏水现象。为此1992年4月对大坝进行了水泥帷幕灌浆加固处理，但效果不好，大坝仍有渗漏现象。本次工程是对该病险水库进行除险加固，通过本次除险加固和修复，解决大坝带病运行的险情，恢复大坝正常运行功能。

2 工程设计

南马场水库除险加固工程主要包括：（1）坝顶开表孔，加大溢流量；（2）完善坝体防渗结构，在坝体上游面外贴混凝土，解决坝体渗漏及坝体超标准应力问题；（3）对坝基进行帷幕灌浆处理，解决坝基渗漏；（4）对坝体进行封拱灌浆，保证大坝整体性；（5）其它附属工程措施，包括原溢洪道泄槽

图1 工程位置图

图2 现状南马厂水库照片

底板修复、新建坝顶交通桥、闸房改造、台阶修复、库区周边设施建设及库区清淤等。主要的工程设计要点有：

2.1 坝体增设表孔溢洪道设计

2.1.1坝顶开表孔形成溢流坝段

挡水坝段坝顶在桩号0+025～0+059之间开表孔设溢流堰形成溢流坝段，溢流坝为开敞式，不设闸门，堰顶高程为正常蓄水位308.0m，设3孔单孔净宽10m，与原溢洪道共同泄洪，中墩与边墩厚均为1.0m。

为保证两岸交通畅通，在溢流坝段设人行桥，宽度同坝顶宽度。

2.1.2下游坝面防护

溢流坝段下游在下泄小频率洪水时，下泄水流会冲刷下游坝面，为保护下游浆砌石坝面，需在溢流坝段下游坝面浇筑0.7m厚的钢筋混凝土保护层，考虑下游坝面整体美观，最终确定整个大坝下游面均浇筑0.7m厚的钢筋混凝土保护层。

2.1.3消能防冲设计

溢流坝段采用挑流消能，下游设15.0m长，28.4m宽防冲槽，槽深2.0m，内填块石，槽底距下游坝脚18.5m。为加强保护下游坝脚，在下游坝脚处设2.0m厚浆砌石护砌，其上浇筑0.7m厚的钢筋混凝土保护层。沿水流方向下游还设长28.5m，宽28.4m，厚1.0m的高镀锌铅丝石笼。

2.2 坝体上游防渗体设计

将整个大坝上游面进行凿毛处理后，浇筑1～1.2m厚钢筋混凝土防渗面板，高程300m以上面板厚1.2m，高程300m以下面板厚1.0m，防渗面板设伸缩缝，逢距10m，伸缩缝内设止水。

对特殊漏水点，利用锚筋孔进行水泥砂浆灌注。

2.3 坝基帷幕灌浆

上游坝基设3.0m宽，2.0m厚钢筋混凝土帷幕灌浆平台。

帷幕灌浆为单排，孔距2.0m，孔深取0.7倍水头。为避免发生坝肩绕渗，帷幕灌浆向两岸分别延伸10m。

2.4 坝体封拱灌浆

封拱灌浆选择在低温季节4月初进行，宜从大坝中部向两岸推进，由基础开始自下向上以此灌至顶层。灌浆孔布置在横缝的两侧，距横缝1～1.2m，孔间距1.0m，孔向与坝面成45度，孔深按穿过横缝0.5m计。

封拱灌浆在大坝上下游面进行，灌浆前需在上下游横缝处进行封闭封面局部处理。

3 方案比选

在本次设计中，专门对坝体增设表孔溢洪道设计进行了方案比选。

由于现状溢洪道泄洪能力有限，按目前泄流能力，大坝设计标准仅为2年，远远小于现行规范规定的20年一遇洪水设计，100年一遇洪水校核的设计标准。如不增加溢洪道泄量，只能降低大坝设计标准，大坝防洪能力大大降低，汛期遇设计及校核水位时，洪水漫顶，严重影响大坝及下游地区的安全。

设计曾考虑对现有溢洪道扩宽及降低溢洪道堰顶高程方案，但兼顾拱坝坝肩的稳定性及左岸地形，现状溢洪道没有扩宽条件；如降低溢洪道堰顶高程需重新设置左岸重力墩，溢洪道堰顶位于该重力墩上并设闸门，方可满足设计要求，如果重设重力墩对左岸结构影响较大，且设闸门给运行管理带来不便，因此本设计在坝顶中部增设溢流坝方案，以增加大坝泄流量。设计对以下两种表孔方案进行比选。

方案一：坝顶开表孔-设3孔，单孔净宽10m，不设闸门。

坝顶开表孔设溢流堰形成溢流坝段，堰顶高程为正常蓄水位308.0m，与原溢洪道共同泄洪。溢流坝段坝顶设3跨净宽10m人行桥，下游设34m宽防冲槽。

方案二：坝顶开表孔-设3孔，单孔净宽4m，设闸门。

同方案一坝顶开表孔设溢流堰形成溢流坝段，不同之处是堰顶高程及单孔净宽不同，堰顶高程为306.0m，单孔净宽4m。为保证308m蓄水面，堰顶需设闸门，汛期开闸与原溢洪道共同泄洪。溢流坝段坝顶设3跨净宽4m人行桥，下游设16m宽防冲槽。

方案一及方案二优缺点比较结果见下表1。

表1 方案比较表

综合上述比较，推荐方案一。

4 技术创新

本工程设计，我们从整体到细部进行了认真的分析研究，设计方案的创新点及采用的新技术、新材料、新工艺应用主要体现在以下几方面。

4.1 创新性的增设了坝体溢流坝段，解决了防洪标准不足问题

南马场水库为浆砌石拱坝，原有溢洪道位于大坝左岸，最大过流能力为8m3/s，防洪标准仅为两年一遇，远小于现行规范规定的小（2）型水库20年一遇洪水设计，100年一遇洪水校核的防洪标准。解决防洪标准不足问题常用的方法有坝体加高、降低溢洪道或拓宽溢洪道三种方法。但南马厂水库为拱坝，坝体加高不仅改变了坝体的受力条件，而且结合地形条件，加高后两坝肩也不能与两岸岩体有效的结合，致使加高后的拱圈不能向两岸山体传力，故该方案不可行。综合考虑左岸地形和对坝肩稳定的影响，溢洪道也没有降低或拓宽的条件。故本次设计创新性的考虑在坝顶中部开表孔形成溢流坝段，增大坝体防洪能力。

具体设计为：挡水坝段在桩号0+025.00～0+ 059.00间开表孔设溢流堰形成溢流坝段，溢流坝为开敞式，不设闸门，堰顶高程为正常蓄水位308.0m，设3孔单孔净宽10m，与原溢洪道共同泄洪。新设溢流坝段的堰面曲线采用WE S，采用挑流消能。

4.2 坝体上游面设混凝土防渗面板，对坝基进行帷幕灌浆，形成上游完整防渗体系

大坝自1979年建成蓄水运行后，坝体一直存在渗水现象，采用坝体帷幕灌浆效果并不理想。此次设计采用放空水库，上游面重新浇筑钢筋混凝土防渗面板，为防止新设防渗面板产生贯穿裂缝，除设伸缩缝外，防渗面板厚度较厚，采用1.0m，并在面板混凝土中掺入适量膨胀剂，以防止混凝土开裂，提高其防渗能力。此外，对特殊漏水点，利用附近锚筋孔进行水泥砂浆灌注，形成防渗双重保护。

上游坝基处同时设坝基帷幕灌浆平台，在灌浆平台上对坝基进行帷幕灌浆，坝体防渗面板与坝基帷幕灌浆平台间设止水带，使坝体上游面形成一个完整防渗体系。

4.3 设计理念创新，人水和谐

病险水库除险加固的传统设计思路，一般是针对在水库安全鉴定结论中提出存在的问题，采取有针对性的工程措施，解决病险可能对安全带来的危害。南马场水库除险加固设计转变观念，创新除险加固的新思路，设计方案充分考虑了与周围环境的协调。

（1）坝体下游面外贴混凝土，混凝土内设置排水管，即防止小频率洪水对下游面的冲刷，也保证了大坝整体美观。坝体上下游面均外贴混凝土，原破旧的坝体裹于其中，旧坝重获新生。

（2）为新开表孔而设大坝交通桥，结合坝顶翻修，采用类似拱桥设计方案，外表美观，为整个大坝加固设计起到画龙点睛的作用。

（3）坝体除险加固同时，坝体周边进行了绿化生态景观设计，打造山、水、绿、人共融的和谐景观。

通过以上措施，使旧险坝面貌焕然一新，既保持了水库的原有规模，消除了隐患，确保了水库的安全，又最大限度地满足区域发展要求，使水库不仅发挥了防洪、供水、灌溉的作用，而且已经成为服务于当地休闲、旅游、户外运动等服务型产业的景观核心，经济与社会效益显著。

5 结论

本次除险加固，通过增设表孔溢洪道，增大了水库泄流量，提高了水库的防洪标准，满足了现行

图3 效果图（1）

图4 效果图（2）

规范规定的防洪标准100年一遇的要求；坝上游面浇筑钢筋混凝土防渗面板，有效地防止了坝体渗漏；对坝基帷幕灌浆，阻断了坝基渗流；同时对原溢洪道底板修复及库区清淤等附属工程进行完善。目前修复后的水库运行良好，水库加固后运行照片见图3，图4。

［1］北京市水利规划设计研究院.石景山区南马场水库除险工程实施方案设计报告〔R〕.北京市水利规划设计研究院.2010.

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：1672-2469（2015）09-0118-03

10.3969/j.i s s n.1672-2469.2015.09.037

郭慧黎（1981年—），女，工程师。