沁縣漳源水庫輸水洞應(yīng)急專項除險加固方案探討

楊菊蓮

(沁縣水利局，山西 沁縣 046400)

1 工程概述

漳源水庫位于濁漳河西源干流上，壩址在沁縣漳源鎮(zhèn)北河村南，控制流域面積29.74 km2，總庫容為344.1萬 m3，是一座以防洪為主兼顧灌溉、養(yǎng)殖的小(1)型水庫。

漳源水庫興建于1958年，2011年～2012年進行了除險加固改造，建設(shè)內(nèi)容主要是大壩整修(增設(shè)防浪墻、壩頂路面、上下游護坡改造、貼坡排水和排水溝)和溢洪道拓寬襯砌。改造后運用洪水標準為設(shè)計30年一遇，校核300年一遇。

水庫樞紐工程由大壩、溢洪道和輸水洞三部分組成。

大壩為均質(zhì)土壩，壩長430 m，最大壩高15 m，壩頂寬4.72 m，上游干砌石護坡，坡度1∶2～1∶2.75;下游草皮護坡，坡度 1∶2～1∶2.75;壩頂設(shè)漿砌石防浪墻，墻高 1.0 m。

溢洪道位于大壩右側(cè)臺地土基上，改造后總長255 m，堰頂高程 992.0 m，堰頂寬 24 m，最大泄量 223.4 m3/s。

輸水洞位于大壩左端，建在土基上，全長69.1 m，城門洞形，斷面尺寸 1 m×1.5 m(寬×高)，進口底高程 984.5 m，縱坡1/1 000。設(shè)計最大泄量4 m3/s。

輸水洞由進水口、進口段、洞身段和出水明渠組成。樁號0－017.1～0+000為進口有壓段，全斷面漿砌石襯砌，厚400 mm，其中樁號0－003.1～0+000段為閘室段，長度3.1 m，設(shè)有工作閘門;洞身段樁號0+000～0+047段下半部直墻為漿砌料石襯砌，厚600 mm，上半洞拱涵采用砌磚襯砌，厚30 mm～40 mm;洞身段樁號0+047～0+052段底板為漿砌石襯砌，厚500 mm，邊墻和頂拱采用漿砌料石襯砌。

2 輸水洞滲水問題分析

自建庫以來，輸水洞洞身段始終存在滲漏問題，滲漏主要集中在工作閘門下游的10 m范圍內(nèi)，且上游進水口平臺曾出現(xiàn)多次塌陷。1998年滲水流量達0.1 m3/s，1999年曾對壩頂滲水部位進行了灌漿，滲水量有所減緩，但滲水現(xiàn)象仍然存在。

2013年3月對水庫進行了蓄水安全專項檢查，現(xiàn)場檢查中發(fā)現(xiàn)輸水洞洞身段在距工作閘門下游約3 m和7 m兩處的右側(cè)拱底部存在射流現(xiàn)象，滲漏水量在0.2 m3/s，水流無渾濁。此時庫水位高程990.3 m，蓄水量約47.0萬m3。

鑒于滲漏水量較大，且洞出口下游泄水渠漿砌石擋墻底部被水掏空，已嚴重影響輸水洞的安全運行，對水庫安全構(gòu)成隱患，因此有必要對其進行應(yīng)急加固。根據(jù)現(xiàn)場勘察，結(jié)合工程設(shè)計、施工和運行資料，分析其滲漏水原因如下:

1)受當(dāng)時技術(shù)和施工條件限制，輸水洞建設(shè)標準低，只是采用塊石和磚襯砌，沒有進行洞體防滲，沒有設(shè)置防滲齒墻，由于漿砌石、砌磚本身防滲能力很差，當(dāng)水庫蓄水后，壩體浸潤線抬高，壩體土與襯砌接觸部位含水超過允許值，就會沿縫隙出現(xiàn)滲水。

2)輸水洞上游閘室附近覆蓋土層相對較薄，滲徑短，滲透坡降大，再加上土體與洞身漿砌石接觸部位填筑質(zhì)量較差，極易產(chǎn)生接觸滲流，經(jīng)過50多年運行，砌體中砂漿被滲水侵蝕沖刷，形成滲水通道，導(dǎo)致石縫中有較大的射流。

3)水庫水位降低以后，進口處翼墻發(fā)現(xiàn)仍有多處小股滲水，說明壩體內(nèi)含水量很大。據(jù)了解，輸水洞上端頂部以上的平臺曾數(shù)次發(fā)生塌陷，說明輸水洞滲流已將大量覆蓋土層帶走，加之以前處理塌陷時，回填了一定數(shù)量的塊石，使土層的孔隙率增加，壩體滲透系數(shù)增大。此種現(xiàn)象較為危險，在高水位時運行可能會出現(xiàn)輸水洞坍塌，進而影響大壩安全。

3 應(yīng)急除險加固方案

土壩壩內(nèi)輸水洞漏水處理常用的方法就是在內(nèi)部加套管或者是內(nèi)襯混凝土，還有就是在涵洞的外面加截水墻包裹加固，以上方法都不能保證安全和效果的話，就要考慮拆除原涵洞、在原位置新建輸水洞或者封堵原涵洞、在適當(dāng)位置新建輸水洞。無論哪種方法，都要配合輸水洞外充填灌漿加固。加固的方法要根據(jù)地質(zhì)條件、施工條件和涵洞漏水的情況進行相應(yīng)的調(diào)整、組合。

為解決輸水洞漏水，達到根治大壩安全隱患之目的，根據(jù)輸水洞的現(xiàn)狀條件、運行情況和存在問題，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較后提出了處理方案:

輸水洞洞身段較長，洞徑較小，考慮施工條件限制，采取內(nèi)襯鋼管的方法，鋼管與原洞壁之間采用混凝土回填;對輸水洞進口段邊墻重新勾縫，底板混凝土現(xiàn)澆;對涵洞頂拱及洞壁外圍部位進行充填灌漿，增大壩體土的密實度;在閘門下游頂部及左右兩側(cè)澆筑塑性混凝土防滲墻，并沿壩坡設(shè)置土工膜，解決沿洞壁接觸滲漏問題?？紤]運行管理方便，在管道出洞口后加閥門控制。

改造后輸水洞洞身段由無壓涵洞變?yōu)橛袎汉?原工作閘門變?yōu)闄z修閘門，出口閘閥作為工作閥門;原設(shè)計最大泄水流量4.0 m3/s，改造后正常蓄水位下流量為1.13 m3/s，仍能滿足水庫設(shè)計運行和下游用水要求。

具體的處理措施和施工工藝為:

1)輸水洞進水口、進口段改造。

樁號0－023.1～0－017.1段為進水口，長 6.0 m，為一方形的進水池，漿砌塊石結(jié)構(gòu)。對進水口漿砌石底板、邊墻鑿毛清洗，現(xiàn)澆C20混凝土，厚150 mm;考慮庫底淤泥影響，對原進水口邊墻頂加高1.5 m，采用C20混凝土現(xiàn)澆，且在庫區(qū)迎水面方向留一缺口，尺寸1.0 m×1.5 m(寬× 深)，內(nèi)置攔污柵。

樁號0－017.1～0+000段為進口段，洞長17.1 m，維持原斷面形式，對洞內(nèi)邊墻、底板鑿毛清洗，舊縫清除，邊墻重新用M10水泥砂漿勾縫，底板現(xiàn)澆C20混凝土，厚150 mm。

2)輸水洞洞身段改造。

洞身段樁號0+000～0+052，長度52.0 m，由于洞徑較小，全段采用內(nèi)襯鋼管的方法，鋼管與洞壁之間用C20細石混凝土回填。考慮輸水洞現(xiàn)狀情況、供水和施工安裝要求，鋼管采用螺旋焊管，規(guī)格φ529 mm×10 mm。

先將洞內(nèi)表面鑿毛清洗，在涵洞直墻壁兩側(cè)每隔5 m預(yù)埋一套固定鋼管的埋件，用以鋼管定位、固定，防止回填混凝土?xí)r鋼管浮動;在洞頂拱及其左右各20 cm范圍內(nèi)沿洞軸線方向布置三條φ50 mm，長52 m的鋼管，在鋼管管壁上均勻布孔，用于混凝土回填之后的回填灌漿，以加強鋼管與洞頂間的密實度;鋼管在洞外預(yù)先進行部分管段焊接，做好管內(nèi)防腐處理，再送入洞內(nèi)安裝固定;為施工方便，管道轉(zhuǎn)彎處設(shè)彎頭，法蘭連接，法蘭間設(shè)墊片;管道安裝完畢后，采用泵送混凝土入倉回填。

管道安裝、混凝土回填從上游至下游分段進行，先做試驗段，優(yōu)化施工方法和施工工藝，以保證混凝土回填的密實度?；靥钔瓿珊?，通過預(yù)設(shè)的三條管道進行回填灌漿。

3)輸水洞出口段改造。

在洞出口處修建閘房，管道出洞后在閘房內(nèi)設(shè)三通分水，左支接入灌溉渠道，安裝DN200 mm蝶閥控制;右支接入原位置改建后的泄水渠道，設(shè)DN500 mm蝶閥控制。

4)輸水洞外充填灌漿。

對輸水洞洞內(nèi)改造后，再在洞周及洞頂進行充填灌漿加固。由于洞徑較小，從壩面上鉆孔至洞外壁與壩體接觸處進行灌漿。參考以往工程的經(jīng)驗，按照灌漿孔距排距與半徑最優(yōu)關(guān)系確定，沿平行于輸水洞軸線的方向布置10排鉆孔，在洞進口平臺(洞軸線左右側(cè))適當(dāng)加密，灌漿范圍樁號0－015～0+014，孔距1.7 m，排距2 m，每排9個～16個孔，梅花形布置，鉆孔深度到達洞頂和洞底以下1 m，以保證灌漿效果。

共布置灌漿孔90個，總進尺1 210 m，最深處位于壩頂，為13.5 m，最淺孔位于壩下游坡最低處鉆孔，為7.8 m。

灌漿采用自下而上分段灌漿法，每段5 m～10 m，每孔復(fù)灌3次以上，每次復(fù)灌間隔時間不少于5 d，鉆孔孔徑不超過110 mm。注漿管上端孔口灌漿壓力不大于0.05 MPa，漿液采用水泥粘土漿液，水泥用42.5硅酸鹽水泥，水泥用量為干料量的5%～30%。

5)輸水洞外防滲處理。

輸水洞沿洞壁接觸滲漏問題比較嚴重，應(yīng)進行截滲處理，由于輸水洞深埋于壩下，若在洞壁外側(cè)增設(shè)截水環(huán)防滲，明挖處理費工費時且風(fēng)險較大，最終確定采用塑性混凝土防滲墻方案。

塑性混凝土防滲墻是利用沖擊鉆以泥漿固壁法造主孔、副孔，然后在泥漿保護下灌注塑性混凝土(混凝土中摻膨潤土)，使之成為一道地下連續(xù)墻，達到防滲目的。該方法技術(shù)成熟，對地層變化的適應(yīng)能力強，墻體連續(xù)，可靠性高，防滲性能較好。

防滲墻布置在大壩上游坡，閘門下游側(cè)的頂部及左右兩側(cè)，以輸水洞閘門后中心線對稱，呈八字形。防滲墻厚0.45 m～0.6 m，左右兩側(cè)防滲墻的頂部置于輸水洞進口平臺處，墻底坐落在第四系沖洪積土層之上;在輸水洞部位，防滲墻伸入輸水洞回填混凝土中0.2 m～0.3 m。

混凝土防滲墻建成后在頂端導(dǎo)向槽內(nèi)澆筑二期混凝土，將復(fù)合土工膜埋入與混凝土防滲墻連接，土工膜沿壩坡鋪設(shè)，上端埋入混凝土防浪墻，由此形成完整的防滲體。復(fù)合土工膜上回填0.3 m厚砂礫料、0.15 m厚碎石、0.3 m厚干砌塊石作為保護層。

4 結(jié)語

經(jīng)過對輸水洞采用內(nèi)襯鋼管改造、洞外充填灌漿和塑性混凝土墻防滲處理，輸水洞止漏效果明顯，隱患消除。目前應(yīng)急工程已完工，使得水庫效益能夠正常發(fā)揮，也為小型水庫輸水洞改造提供了可借鑒的經(jīng)驗。

［1］山西省水利廳.全省水庫應(yīng)急專項除險加固工作實施方案［Z］.2013.

［2］長治市水利勘測設(shè)計研究院.沁縣漳源水庫除險加固工程初步設(shè)計［Z］.2011.