淺析某病險水庫除險加固設(shè)計

王繼新

摘要：本文通過分析水庫工程主壩、泄洪發(fā)電隧洞及溢洪道等方面存在的安全隱患，提出了相應(yīng)的除險加固措施，以確保水庫安全運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：水庫；主壩；除險加固；溢洪道

Abstract: through analysis of reservoir project, flood discharge tunnel and power generation unsteading spillway are the security hidden danger, and put forward the corresponding problems of reinforcement measures, to ensure the safe operation of the reservoir.

Keywords: reservoir; Unsteading; Strengthening problems; spillway

中圖分類號：S611文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：

1工程概況

某水庫于1968年三月建成，總庫容為2600萬m3，是一座以防洪、灌溉為主，兼顧發(fā)電的中型水庫。其主要建筑物包括主壩、副壩、溢洪道和發(fā)電站等。水庫建成運(yùn)行以來，在防洪、灌溉、發(fā)電等方面發(fā)揮了重大的作用，帶來了巨大的社會經(jīng)濟(jì)效益。但由于建庫時的條件限制，加之已運(yùn)行40多年，目前水庫主壩防滲墻、溢洪道存在多處安全隱患，必須采取相應(yīng)的除險加固才能確保水庫安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2 主要存在的問題

2.1 主壩存在的問題

主壩為粘土木板心墻砂殼壩，粘土木板心墻頂寬1m，底寬3m，木板位于心墻的中間，共同構(gòu)成主壩防滲體，在水庫安全運(yùn)行中起著非常重要的作用。根據(jù)建庫存檔資料表明，主壩心墻木板經(jīng)過一定的防腐處理，施工時木板兩側(cè)均填土平衡。但由于當(dāng)時工程技術(shù)薄弱，財力有限，以及建材缺乏，致使主壩心墻建設(shè)遺留問題較多，再加上水庫運(yùn)行年限已久，存在的問題更為突出，嚴(yán)重的危及到主壩的安全，成為影響水庫安全運(yùn)行的主要工程隱患。

2.1.1 主壩心墻不滿足規(guī)范要求

(1)心墻不連續(xù)，墻體高度不足。為查清主壩粘土木板心墻現(xiàn)狀，2001 年采用了鉆孔、探井、物探等多種方法對主壩進(jìn)行詳細(xì)的地質(zhì)勘察?？辈旖Y(jié)果：左壩段(樁號0+000～0+24.5)粘土木板心墻頂高程為127.3～121.3m，欠高0～6m，右壩段(樁號0+280～0+460)及中壩段(樁號0+245～0+280)沒有粘土木板心墻。由此可見主壩粘土木板心墻不連續(xù)，墻體高度不足，缺少防滲體的右壩段及中壩段浸潤線明顯偏高，在設(shè)計洪水、校核洪水工況下，下游壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)不能滿足規(guī)范要求。

(2)心墻太薄，滲透比降大于心墻土的允許滲透比降。根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》規(guī)定：“土石壩心墻厚度不宜小于水頭的1/4”。當(dāng)庫水位處于校核洪水位126.66m時，主壩粘土心墻底部厚度約為水頭的1/12（庫主河床底高程88.6m，主壩心墻底寬3m），與規(guī)范的要求相差甚遠(yuǎn)。雖然粘土中間放有一層木板，但木板心墻接縫太多，防腐處理不規(guī)范，采用木板心墻是受當(dāng)時材料限制的臨時防滲措施，缺少理論基礎(chǔ)依據(jù)，而木板的防滲作用、使用年限目前也只能定性分析，無法定量研究。由于粘土心墻薄，致使水庫運(yùn)行過程中主壩心墻的滲透比降一直大于其允許滲透比降，滲透變形破壞的隱患一直存在。經(jīng)滲流分析計算，設(shè)計洪水位124.92m工況下，粘土心墻的計算滲透比降為9.6。根據(jù)粘土心墻室內(nèi)滲透變形實(shí)驗(yàn)成果，粘土心墻的允許滲透坡降為2.0左右，其臨界滲透比降為10 左右，心墻滲透比降遠(yuǎn)大于其允許滲透比降，滲透穩(wěn)定不滿足規(guī)范要求。

2.1.2 主壩主河床段清基較徹底

粘土木板心墻坐落在弱-微風(fēng)化巖石上，而兩壩肩清基不徹底，只清除表面坡積土，未清理上部透水性較強(qiáng)的風(fēng)化巖層，特別是右壩肩壩基為5～20m 強(qiáng)風(fēng)化巖層，因此存在壩肩繞滲問題。

2.2 泄洪發(fā)電隧洞存在的問題

泄洪發(fā)電隧洞主要存在以下問題：①隧洞進(jìn)水閘后陡坡段及消力池上游陡坡段底部存在多處混凝土剝落、鋼筋外露，外露鋼筋銹蝕嚴(yán)重；②出口處鋼板襯砌銹蝕嚴(yán)重，部分鋼板與混凝土脫落分離。

2.3 溢洪道存在的問題

一級消力池緩坡段后的二級消力池及尾水渠至今未建，不具備大量泄洪能力，如強(qiáng)行泄洪將對下游鄉(xiāng)鎮(zhèn)造成嚴(yán)重危害。

3 除險加固設(shè)計

3.1 主壩加固設(shè)計

由于主壩缺少連續(xù)的防滲體，并且現(xiàn)有的粘土木板心墻太薄，不滿足現(xiàn)有規(guī)范要求，同時考慮水庫在防洪等方面的重要性，主壩必須增設(shè)新的防滲體。加固設(shè)計進(jìn)行了塑性混凝土防滲墻和高壓旋噴防滲墻兩個方案的比較，最終采用主壩全壩線增設(shè)塑性混凝土防滲墻方案。由于風(fēng)化巖層中造孔較困難，故右壩肩壩基5～20m厚風(fēng)化巖石層采用帷幕灌漿處理。塑性混凝土防滲墻位于原粘土木板心墻上游側(cè)，距原心墻軸線4.0m，防滲墻施工過程中不應(yīng)破壞原有粘土木板心墻。塑性混凝土防滲墻全長430m，墻頂高程127.0m，高于校核洪水位126.66m，主河床墻底高程88.6m，最大墻高47m。左壩段及主河床段（樁號0+000～0+235）風(fēng)化巖石厚度很小，塑性混凝土防滲墻應(yīng)進(jìn)入弱風(fēng)化、微風(fēng)化巖石層(相對不透水層)0.5m。右壩段（樁號0+235～0+460）風(fēng)化巖石較厚(5～20m)，塑性混凝土防滲墻應(yīng)進(jìn)入風(fēng)化巖石0.5m，墻底部風(fēng)化巖石層采用帷幕灌漿處理，帷幕灌漿采用單排孔，孔距2m，灌漿孔深入巖石弱風(fēng)化巖層5m，灌漿后風(fēng)化巖石的單位吸水率小于5Lu。防滲墻設(shè)計水頭在38m以上，根據(jù)國內(nèi)已建的類似工程經(jīng)驗(yàn)，塑性混凝土防滲墻允許滲透坡降為60～80，考慮到防滲墻深度和現(xiàn)有的施工機(jī)械性能，在參照近年來國內(nèi)已建的類似工程防滲墻基礎(chǔ)上，確定防滲墻有效厚度為0.6m。塑性混凝土防滲墻主要性能指標(biāo)為:彈性模量小于800～1000MPa，抗壓強(qiáng)度不低于2.0～3.0MPa，防滲墻滲透系數(shù)小于1×10-7cm/s。

3.1.1 防滲墻結(jié)構(gòu)計算

防滲墻結(jié)構(gòu)計算中采用以下假定: ①防滲墻與壩體土的關(guān)系采用文克爾假定，防滲墻受荷載作用后，直接支撐在壩體土上，防滲墻和壩體土之間變位相互協(xié)調(diào)，墻上各點(diǎn)的反力與在該點(diǎn)的變位成正比，壩體土反力系數(shù)隨深度直線變化并隨不同地層變化。②土壩壩體自重和水壓力均視為作用在墻上的外荷載，考慮到該水庫運(yùn)行年限已久，主壩體變形基本完成，因此建墻后墻體兩側(cè)因變形產(chǎn)生的摩擦力很小，所以防滲墻的工作條件是典型的以水平荷載為主的情況。另外，除考慮水平水壓力外，還考慮豎向垂直壓力作用的影響。③取單寬等厚度墻作為計算簡圖，頂端視為自由端，底部視為鉸接，采用有限差分法進(jìn)行計算。根據(jù)上述假定，選取最大墻身，對防滲墻進(jìn)行結(jié)構(gòu)計算。計算結(jié)果表明， 防滲墻在設(shè)計洪水工況下， 下游最大壓應(yīng)力為1.255MPa，小于塑性混凝土抗壓強(qiáng)度，上游未出現(xiàn)拉應(yīng)力，最小應(yīng)力1.7kPa。

3.2 泄洪發(fā)電隧洞加固設(shè)計

由于常年受到庫水的侵蝕、氧化，以及泄洪、發(fā)電時高速水流沖刷的影響，泄洪發(fā)電隧洞原襯砌混凝土不斷發(fā)生碳化、脫落，洞壁鋼筋外露銹蝕，出口襯砌鋼板也受到不同程度的銹蝕，因此必須采取相應(yīng)的措施對隧洞進(jìn)行修補(bǔ)加固。加固措施主要有：對于洞壁剝落的混凝土，首先將破壞部位及其周圍受侵蝕、疏松，或較薄弱、存在缺陷的混凝土徹底清除，清理范圍應(yīng)根據(jù)實(shí)際破損情況適當(dāng)加大；外露鋼筋且銹蝕嚴(yán)重的鋼筋予以清除，再用新鋼筋進(jìn)行焊補(bǔ)，銹蝕不嚴(yán)重鋼筋進(jìn)行除銹處理；混凝土鑿除、清理及銹蝕鋼筋清理之后，用環(huán)氧砂漿補(bǔ)強(qiáng)、找平；隧洞出口銹蝕的襯砌鋼板處采用粘貼環(huán)氧玻璃絲布方法進(jìn)行修補(bǔ)加固。

3.3 溢洪道加固設(shè)計

溢洪道位于主壩左岸，為開敞式實(shí)用堰，包括進(jìn)口引渠、泄流堰、一級陡坡段、一級消力池、緩坡段、二級陡坡段、二級消力池和尾水渠等。由于水庫興建時建設(shè)資金不足及其他因素的影響，目前水庫溢洪道僅完成設(shè)計兩級消能工中的一級消力池及緩坡段，緩坡段后的二級陡坡段、二級消力池及尾水渠至今未建。本次溢洪道加固主要為續(xù)建二級陡坡段、二級消力池、漸變段、尾水渠。

陡坡段設(shè)計坡度1:3，始端采用拋物線與一級緩坡段相接，末端至二級消力池，兩側(cè)采用貼坡式邊墻，坡度1:1。陡坡段底板、邊墻均采用鋼筋混凝土襯砌。消力池長35m，采用鋼筋混凝土襯砌，根據(jù)護(hù)坦抗浮穩(wěn)定計算前15m 底板厚2m，后20m 底板厚1m，邊墻布置與陡坡段相同。陡坡段和消力池段設(shè)縱、橫排水設(shè)施。邊墻和底板設(shè)錨筋，錨筋直徑25mm，間距2m，深入巖石2.5m。消力池與尾水渠通過漸變段連接，漸變段采用鋼筋混凝土襯砌。尾水渠及其后的部分下游河道采用漿砌石護(hù)坡、護(hù)底，漿砌石厚50cm，下鋪一層土工布。尾水渠、下游河道邊坡1:2.0，邊坡底部設(shè)排水孔，間距2m。

4 結(jié)語

病險水庫工程存在的問題多是歷史遺留的，工程設(shè)施方面存在的問題是主要和急需解決的。工程管理、交通和通訊方面存在的問題也很重要，這些問題之間互相影響，要解決這些問題，除水利工程管理單位外，同時需各級政府要加大投資力度，才能保證除險加固工程按規(guī)劃設(shè)計完成，徹底消除主壩、泄洪發(fā)電隧洞、溢洪道等主要建筑物存在的安全隱患，確保水庫正常運(yùn)行，發(fā)揮更大的社會、經(jīng)濟(jì)效益。