東兩河口水庫除險加固設計

李道西，王 鑫，李 坤

(1.華北水利水電大學 水利學院，河南 鄭州450045;2.肇慶市水利水電勘測設計院武漢分院，湖北 武漢430070)

1 工程概況及存在問題

東兩河口水庫位于湖北省隨州市曾都區(qū)萬店鎮(zhèn)泉水寺村，壩址以上集水面積3 km2，原設計庫容176 萬m3，是一座以灌溉為主，兼顧防洪、水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合效益的水庫. 水庫樞紐工程由大壩、溢洪道、輸水管3 部分組成.大壩為黏土心墻壩，壩頂長185 m，頂寬4 m，壩頂高程144.7 m，最大壩高25.57 m，心墻頂高程143.6 m，頂寬2 m.溢洪道位于大壩右側100 m 處，為開敞式明渠，渠底高程為143.0 m，堰寬18.5 m.輸水管位于大壩右端，為壩下預制混凝土圓形埋管，管徑0.4 m，進口底高程為127.97 m，最大泄流量為1 m3/s，進口采用雙斜拉圓盤鑄鐵蓋板閘門控制.

經(jīng)過對水庫運行監(jiān)測資料分析、現(xiàn)場安全檢查、工程質量檢測及地質勘查等綜合考量，東兩河口水庫工程各主要建筑物存在以下問題［1］.

1)大壩壩頂和心墻欠高，防洪能力不滿足現(xiàn)行規(guī)范要求.水庫壩頂高程為144.7 m，經(jīng)過壩頂高程復核計算得出設計水位要求壩頂高程為145.78 m，故壩頂高程不能滿足防洪要求，需要加高，壩頂路面不平整，雨水沖刷嚴重.

2)大壩壩基清淤不徹底;壩體填筑壓實度不滿足規(guī)范要求，天然含水量大，填筑質量不合格;心墻滲透系數(shù)偏大，不滿足規(guī)范要求.大壩下游左岸壩肩與山體結合部位高程142.0 ～143.0 m 范圍內滲水，滲水面積約3.5 m2.

3)大壩上游護坡石塊風化、破碎，壩坡沉陷、隆起嚴重;下游壩坡不平整，無排水溝;排水棱體塊石出現(xiàn)滑坡現(xiàn)象.

4)溢洪道未襯砌，無消能防沖設施，局部垮方，不能安全排洪.

5)輸水管預制混凝土管接頭裂縫漏水，影響大壩安全;閘門銹蝕變形，止水老化失效，漏水嚴重;鋼絲拉桿更換數(shù)次，開關不靈，手搖操作時費力;啟閉機、閘門均已超過使用年限.

東兩河口水庫樞紐工程存在很大安全隱患，灌溉面積達不到設計要求，綜合功能無法正常運行，工程效益不能發(fā)揮. 更為重要的是，水庫下游涉及約0.06 萬hm2耕地及約1 萬人的生命財產(chǎn)安全，因此，必須對水庫進行除險加固.

2 主要建筑物除險加固設計

根據(jù)《防洪標準》(GB 50201—94)［2］和《水利水電工程等級劃分及洪水標準》(SL 252—2000)［3］的規(guī)定，東兩河口水庫為小(1)型水庫，其工程等級為Ⅳ等，主要建筑物為4 級. 該水庫洪水標準按30年一遇洪水設計，300年一遇洪水校核，溢洪道消能防沖按20年一遇設計.工程所在區(qū)域的地震基本烈度小于Ⅵ度，可以不考慮抗震設計.

2.1 大壩除險加固設計

1)壩頂改造設計.壩頂新建混凝土防浪墻，強度等級為C20，上部厚50 cm，下部厚1 m，總高2.0 m，墻頂采用C20 混凝土帽，防浪墻頂高程146.00 m，高出壩頂高度1 m，下部與上游混凝土護坡連接.路面用C20 混凝土硬化，路面排水向下游(坡比為2%).新建下游預制混凝土塊壩肩石，強度為C20，寬30 cm，高50 cm，心墻不加高.

2)上游壩坡改造設計.先將大壩上游原干砌石護坡翻修并平整后，用砂石灌縫，再增設現(xiàn)澆混凝土板.現(xiàn)澆混凝土板的分塊尺寸為5 m ×5 m，強度等級為C20.伸縮縫為直縫，縫寬2.0 cm，內填瀝青杉板.混凝土護坡板上下錯縫澆筑，混凝土板下鋪設0.1 m 厚墊層，設排水孔，孔徑為50 mm. 連續(xù)墊層上混凝土護坡板厚根據(jù)《碾壓式土石壩設計規(guī)范》(SL 274—2001)［4］附錄一“波浪和護坡計算”方法進行計算.

3)下游壩坡改造設計.下游壩坡原來為草坡護坡，雨水沖刷嚴重不平整，先平整壩坡，增設壩面排水溝，大壩與岸坡結合處設置岸坡排水溝.縱向排水溝沿馬道內側設置，斷面尺寸為40 cm ×40 cm，采用漿砌石.橫向排水溝沿上壩階梯左側設置，材料、尺寸與縱向相同.岸坡排水溝沿岸坡與大壩結合處設計，左右岸各設一條. 由于工程運行多年，加上反濾壩滲水，排水棱體部分塊石護坡滑坡，損壞嚴重.對排水棱體進行抽槽翻修，拆除原來滑坡，損壞嚴重的堆石重新砌實，然后用漿砌石護面.排水棱體內側設縱向排水溝，壩腳設置壩腳排水溝.對滑坡地帶重新設置反濾層，按原來設計2 層:第1 層采用粒徑為1 ～5 mm 顆粒級別反濾料，厚20 cm;第2 層采用粒徑為5 ～20 mm 顆粒級別的反濾料，厚20 cm.

4)壩體防滲設計.深層攪拌樁防滲墻沿心墻軸線(距離壩頂上游輪廓線1.5 m)布置樁孔，布置范圍為樁號0 +000—0 +185，填筑混凝土等混合材料，形成一個整體的防滲墻，隔斷滲漏通道. 根據(jù)計算，結合實際經(jīng)驗，大壩最大孔深30 m，故擬定有效墻厚為0.38 m.大壩最小墻厚400 mm，樁間搭接長度為200 mm，滿足要求. 攪拌樁的水泥摻入比為12%.采用普通硅酸鹽水泥，水灰比1.0∶0.7. 處理后深層攪拌樁防滲墻的滲透系數(shù)為6 ～10 cm/s.水泥土的抗壓強度大于1. 0 MPa，水泥強度等級為32.5.為復核地層情況，確定滿足設計要求的增強體下限深度，布設先導孔，孔距50 m，特殊地帶加密.先導孔應該深入設計增強體下限深度以下5 m.

5)壩基防滲. 針對大壩存在的問題，采用帷幕灌漿，在壩基進行封堵，中部截斷滲水通道. 從樁號0 +000—0 +185 段進行帷幕灌漿，并適當向兩岸延伸.沿心墻軸線布置一排灌漿孔，與深層攪拌樁在一條軸線上，與壩體加固方案相結合施工，為節(jié)省工程量，分2 道工序進行施工，孔距2.0 m. 根據(jù)地質勘查成果及規(guī)范要求，防滲標準取透水率q=10 Lu，灌漿孔深入強風化層以下2 m(q =10 Lu 以下2 m)，灌漿材料采用水泥漿，帷幕灌漿總進尺357 m.

2.2 溢洪道除險加固設計

溢洪道布置的總體原則是全面開挖、修整溢洪道的邊坡，開挖成型，使其泄流能力達到規(guī)范要求.在原址新建控制段，采用無閘控制的開敞式寬頂堰，堰頂高程143.00 m，堰頂凈寬18.5 m，新建一級泄槽段、側槽段、調直段、二級泄槽段、消能段邊墻及底板，其他工程措施未予考慮.

1)進口漸變段(樁號0－005—0 +000).僅增設漿砌石扭面墻，墻頂寬0.4 m，高3 m.

2)控制段(樁號0 +000—0 +008). 其底板為C20 現(xiàn)澆鋼筋混凝土，厚40 cm，凈寬18.5 m，中間設伸縮縫，上下游均設1. 0 m 深齒槽，底板下設0.1 m厚砂石墊層. 控制段邊墻為重力式C20 鋼筋混凝土擋土墻，墻頂寬0.35 m，總高2.8 m.考慮防汛交通要求，樁號0 +000—0 +008 段布置交通橋.交通橋擬定總寬度5 m，設2 孔，凈距9.25 m，中間設混凝土中墩，墩厚1.0 m，中墩上、下游均為半圓形;交通橋為預制鋼筋混凝土空心板，強度等級為C30，板厚0.55 m.

3)一級泄槽段(樁號0 +008—0 +026.75). 其底板為C25 現(xiàn)澆鋼筋混凝土，厚35 cm，凈寬18.5 m，中間設伸縮縫，上下游均設1.0 m 深齒槽，底板下設0.1 m 厚砂石墊層.泄槽段邊墻為重力式C20 鋼筋混凝土擋土墻，墻頂寬0.35 m，總高由3.5 m 漸變到3.0 m.

4)側槽段(樁號0 +026.75—0 +037.755). 其底板為C25 現(xiàn)澆鋼筋混凝土，厚35 cm，凈寬由4.9 m漸變到10 m，中間設伸縮縫，上下游均設1.0 m深齒槽，底板下設0.1 m 厚砂石墊層.泄槽段邊墻為重力式C20 鋼筋混凝土擋土墻，墻頂寬0.35 m，總高3.5 m.

5)調直段(樁號0 +037.755—0 +043.755).其底板為C25 現(xiàn)澆鋼筋混凝土，厚40 cm，凈寬10 m，上下游均設1.0 m 深齒槽，底板下設0.1 m 厚砂石墊層. 泄槽段邊墻為重力式C20 鋼筋混凝土擋土墻，墻頂寬0.35 m，總高3.5 m.

6)二級泄槽段(樁號0 + 043. 755—0 +075.255). 二級泄槽段底板為C25 現(xiàn)澆鋼筋混凝土，厚35 cm，凈寬10 m，上下游均設1.0 m 深齒槽，底板下設0.1 m 砂石墊層. 泄槽段邊墻為重力式C20 鋼筋混凝土擋土墻，墻頂寬0. 35 m，總高由4.00 m漸變到3.65 m.

7)消能段(樁號0 +075.255—0 +087.755).其底板為C25 現(xiàn)澆鋼筋混凝土，厚40 cm，凈寬10 m，上下游均設1.0 m 深齒槽，底板下設0.1 m 厚砂石墊層. 泄槽段邊墻為重力式C20 鋼筋混凝土擋土墻，墻頂寬0.35 m，總高3.5 m.

2.3 輸水管除險加固設計

2.3.1 方案比選

根據(jù)輸水管存在的問題，擬定兩個設計方案［5］.方案一(加固方案):輸水管內壁采用PE 管內襯，內襯前清除受到剝蝕作用的疏松混凝土，包括去掉松動的粗骨料，以保證PE 管與混凝土內壁間進行回填灌漿充填密實. 方案二(新建輸水隧洞方案):封堵原輸水管，根據(jù)庫岸地形，新建輸水隧洞.方案一投資成本小，但是原輸水管管徑小，施工難度較大，加固后效果不理想，存在安全隱患. 方案二投資大，新修輸水隧洞泄流量易控制，泄洪安全. 結合業(yè)主要求，最終采納方案二.

2.3.2 新建輸水隧洞線路選擇

新建輸水隧洞線路選擇遵循線路順直、沿線巖體完整、上覆巖層厚度適中、工程地質條件有利、施工方便、盡量不影響大壩等原則，選擇在大壩右岸離大壩60 m 左右山體下穿過. 此線路地質構造簡單，洞身段巖體為白云石英鈉長片巖，巖質脆硬，斷面較新鮮，承載力特征值為1 700 kPa，圍巖等級為Ⅲ類.

2.3.3 進水塔布置

進水塔位于大壩右端，底板高程127.97 m，底板厚80 cm.塔內設工作閘門、檢修閘門各一扇，均為平面鋼閘門，閘門尺寸為1 m ×1 m. 工作閘門后設一PE 管通氣孔，孔徑150 mm. 塔壁厚50 cm. 進水塔啟閉機平臺高程為146.00 m，平臺上設啟閉機房.進水塔采用豎井式，豎井直徑為3 m. 塔頂高程為150 m.塔頂用工作橋與大壩連接.

2.3.4 輸水隧洞布置

為增大設計流量，減小糙率，輸水隧洞采用鋼筋混凝土襯砌圓形斷面，斷面直徑為0.8 m.根據(jù)襯砌計算結果，襯砌厚度為0.3 m(Ⅱ，Ⅲ類圍巖). 隧洞長98 m，隧洞出口設置消力池.

3 結 語

除險加固工程實施后，提高了水庫大壩的防洪標準，消除了危及水庫安全的隱患.從而使水庫在灌溉、防洪、養(yǎng)殖等方面的效益得到正常發(fā)揮.

［1］王鑫.湖北省隨州市曾都區(qū)東兩河口水庫除險加固初步設計［D］.鄭州:華北水利水電大學，2013.

［2］中華人民共和國水利部.GB 50201—94 防洪標準［S］.北京:水利電力出版社，1994.

［3］長江水利委員會長江勘測規(guī)劃設計研究院. SL 252—2000 水利水電工程等級劃分及洪水標準［S］.北京:中國水利水電出版社，2000.

［4］黃河水利委員會勘測規(guī)劃設計研究院. SL 274—2001碾壓式土石壩設計規(guī)范［S］.北京:中國水利水電出版社，2001.

［5］孛永平.小水庫除險加固設計方案的選?。跩］.中國農(nóng)村水利水電，2012(4):145－146，149.