林口縣亮子河水庫除險加固工程設(shè)計綜述

周 龍

(牡丹江市水務(wù)科學(xué)研究院，黑龍江 牡丹江 157000)

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林口縣亮子河水庫除險加固工程設(shè)計綜述

周 龍

(牡丹江市水務(wù)科學(xué)研究院，黑龍江 牡丹江 157000)

亮子河水庫是一座以防洪灌溉為主，結(jié)合旅游、養(yǎng)魚等綜合利用的水庫。水庫運行30余年來存在問題很多，水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)偏低，主體工程有較嚴(yán)重的質(zhì)量問題，影響大壩安全，實際防洪能力達(dá)不到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，不能正常運行，是一座病險庫。提出對水庫除險加固設(shè)計提高防洪標(biāo)準(zhǔn)，對土壩放緩邊坡并重新護(hù)砌、選用壩基高壓噴射灌漿，溢洪道和輸水洞進(jìn)行加固。

水庫；土壩；防洪標(biāo)準(zhǔn)；壩基防滲；溢洪道加固；輸水洞加固

1 原工程概況

亮子河水庫坐落于林口縣五星鄉(xiāng)板院村東南1km處，是牡丹江右岸一級支流亮子河上的一座中型水庫。是一座以防洪灌溉為主，結(jié)合旅游、養(yǎng)魚等綜合利用的水庫，水庫壩址以上控制面積179.5km2。亮子河水庫屬于Ⅲ等工程，水庫原設(shè)計防洪標(biāo)準(zhǔn)為50a一遇標(biāo)準(zhǔn)，按500a一遇洪水校核。

水庫于1966年10月籌建，1967年正式動工修建，1974年工程竣工，1976年9月驗收并交付管理單位管理使用。水庫主體工程由土壩、溢洪道和輸水洞3部分組成。

土壩為均質(zhì)壩，壩兩端防滲采用黏土鋪蓋，壩頂寬5m，壩長521m，壩頂高程為190.60m，平均壩高15.5m，最大壩高21.88m。上游邊坡1∶3，下游邊坡1∶1.5-2。

溢洪道位于土壩左側(cè)，距左壩端30m，為側(cè)槽溢洪道。進(jìn)口溢流堰長45.54m，堰頂高程為186.10m，出口為挑流式消能，溢洪道全長123.6m。溢洪道下游泄洪土渠長409.4m。

輸水洞位于土壩右側(cè)，距右壩端94m，為無壓洞。洞首為鋼筋混凝土取水塔，塔高19.25m，三層取水，底孔閘門為2.2×1.25鋼結(jié)構(gòu)，30T卷揚式啟閉機。輸水洞身長128m，進(jìn)口底高程175.00m，洞底比降1/500，洞斷面為2.5×2.5方拱形，邊墻、底板為漿砌石結(jié)構(gòu)，頂拱為現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)。

水庫運行30余年來存在問題很多，水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)偏低，主體工程有較嚴(yán)重的質(zhì)量問題，影響大壩安全，實際防洪能力達(dá)不到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，不能正常運行，是一座病險庫。主要包括以下3方面:

1)土壩高水位運行時，壩后滲漏嚴(yán)重。土壩下游壩坡較陡，壩坡不穩(wěn)定。測壓管均已堵塞失效，無法分析土壩滲漏情況。上游塊石護(hù)坡大部分松動剝落，難以防御冰凍、浪沖。

2)溢洪道1991年被洪水破壞后至今沒用修復(fù)。溢洪道的溢流堰及陡坡段底板被洪水破壞嚴(yán)重，無法發(fā)揮正常作用。溢洪道兩側(cè)山體陡峭、風(fēng)化嚴(yán)重，下游擋土墻高度不夠并且多風(fēng)化、剝蝕、裂縫，泄洪時易被沖毀，導(dǎo)致山體坍塌堵塞溢洪道。挑流鼻坎基礎(chǔ)已破壞嚴(yán)重，挑流距壩體距離較短，回水影響下游壩腳[1]。

3)輸水洞進(jìn)口翼墻底板及護(hù)坡嚴(yán)重破壞，進(jìn)口翼墻倒塌，洞身多處漏水，閘門和啟閉設(shè)備不能正常使用。

2 建筑物加固設(shè)計

根據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》(GB50201-2014)和 《水利水電工程樞紐工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》(SL252-2000)的規(guī)定，對亮子河水庫洪水標(biāo)準(zhǔn)重新復(fù)核，水庫樞紐工程為Ⅲ等，主要建筑物為3級，復(fù)核后50a一遇洪水設(shè)計，1000a一遇洪水校核。

2.1 土壩加固設(shè)計

1)壩坡：采用放緩邊坡的方法進(jìn)行處理。放緩后的邊坡為1∶2.5，距壩頂?shù)?0m處設(shè)2m寬的馬道，以下邊坡比為1∶3，同時進(jìn)行滲流和滑弧穩(wěn)定分析，使壩體達(dá)到安全標(biāo)準(zhǔn)。

2)護(hù)坡：原土壩護(hù)坡為干砌石護(hù)坡，護(hù)坡經(jīng)多年運用，興利水位以下的護(hù)坡塊石大部分松動剝落。分析原因，原設(shè)計塊石護(hù)坡的塊石厚度較薄，不能抵御風(fēng)浪沖刷、冰凍等破壞。除險加固設(shè)計考慮兩個護(hù)坡方案，即塊石護(hù)坡和混凝土護(hù)坡方案，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，選用塊石護(hù)坡形式。

3)壩基：根據(jù)亮子河水庫觀測記載，1973年洪水時，當(dāng)庫水位達(dá)到180.00m時壩后出現(xiàn)漏水現(xiàn)象，庫水位達(dá)到185.64m時壩后漏水嚴(yán)重。分析原因，可能是壩前取土坑未進(jìn)行處理造成較大滲漏，以后曾對壩前南北兩端取土坑進(jìn)行水上壓黏土鋪蓋的方法處理。1981年6月，當(dāng)庫水位達(dá)到186.42m時，壩后出現(xiàn)較大滲水，由此可以看出，73年后所做的黏土鋪蓋沒有達(dá)到效果。另外，壩基為雙層地基，表層黏性土厚僅1.0m,施工時容易被挖穿，對壩基防滲極為不利。根據(jù)地質(zhì)資料，壩基由第四系松散堆積物組成，其下為變質(zhì)巖及花崗閃長巖侵入體，堆積物厚度為10m左右，壩基土為黑色粉質(zhì)黏土，可縮狀態(tài)，一般厚度1m左右，壩體中部較厚，向南北兩側(cè)漸薄。下層為砂礫層，灰綠色，該層為中等透水層，是水庫滲漏的通道，是壩基穩(wěn)定的主要影響因素。從壩基滲透穩(wěn)定計算來看，壩基滲透穩(wěn)定處于不穩(wěn)定的臨界狀態(tài)。對壩基采用高壓噴射灌漿的方法，截斷壩下透水層的滲漏通道，減少壩基滲流量。設(shè)計采用在壩頂距壩肩1 m處進(jìn)行單排灌漿，灌漿孔間距1.6m，轉(zhuǎn)孔深度控制在轉(zhuǎn)至巖基層1m，灌漿范圍為砂礫石層以上2m至巖基層1m[2]。

4)土壩除險加固后的工程布置：壩頂高程為190.60m，壩頂寬7m，壩長534m。上游坡比1∶3，下游坡比為1∶2.5，距壩頂?shù)?0m處設(shè)2m寬的馬道，以下邊坡比為1∶3.上游采用干砌石護(hù)坡，塊石厚30cm，下設(shè)碎石10cm，砂礫石10cm，無紡布一層，壩后設(shè)貼坡排水，采用塊石30cm，碎石10cm，砂礫石10cm，無紡布一層，貼坡排水下設(shè)排水溝。壩基采用高噴灌漿的方法，對壩基約6m厚的砂礫透水層進(jìn)行防滲處理。

2.2 溢洪道加固設(shè)計

對溢洪道加固設(shè)計進(jìn)行兩種方案比選，方案一在現(xiàn)有側(cè)槽溢洪道堰頂上，加高1.0m，使堰頂高程達(dá)到興利水位187.10m；方案二是廢除現(xiàn)有側(cè)槽溢流堰，完全采用閘門控制進(jìn)行泄洪，閘門底高程為182.80m。方案一起調(diào)水位187.10m，堰頂高程187.10m，堰寬45m，流量系數(shù)1.55，2%一遇最高水位189.12m，0.1%一遇最高水位190.72m；方案二起調(diào)水位185.88m，閘底高程182.80m，閘寬15m，流量系數(shù)1.80，2%一遇最高水位187.34m，0.1%一遇最高水位189.37m。對兩方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選，見表1。

表1 正堰和側(cè)堰工程造價比較表 萬元

側(cè)堰溢洪道方案需大壩加高，土方工程量多，工程造價高，但施工簡便、技術(shù)要求低；正堰溢洪道方案混凝土工程量偏大，模板量多，施工難度大，為有閘控制，增加工程管理難度，但施工期短，工程造價低，最終選定正堰溢洪道方案。

溢洪道由原來的側(cè)槽式改成正堰溢洪道。拆除原有側(cè)槽，清除進(jìn)口前淤積土，重修進(jìn)口段、陡坡段底板和邊墻。新建閘室長17m，堰頂高程182.80m，采用弧形閘門，兩孔凈寬2×7.5m。陡坡段長45m，縱向坡比1/8。新建挑流鼻坎，加長挑流距離，挑流鼻坎高程175.42m。防止回水沖刷壩腳，按下游H-Q曲線加高導(dǎo)流堤，對沖坑附近的導(dǎo)流堤進(jìn)行護(hù)砌。

檢修閘門為疊梁式鋼結(jié)構(gòu)閘門，分3節(jié)，每節(jié)高1.6m，采用汽車吊啟閉。工作閘門采用弧形閘門，啟閉機采用2×250KN液壓式啟閉機。

2.3 輸水洞加固設(shè)計

輸水洞進(jìn)口擋土墻已經(jīng)倒塌，擋土墻上的塊石護(hù)坡剝落、坍塌，導(dǎo)致堵塞輸水洞進(jìn)水口，使底取水口無法取水。洞身漿砌石和混凝土出現(xiàn)剝落、裂縫，導(dǎo)致洞身漏水。中、上孔的木質(zhì)閘門無法滿足擋水的結(jié)構(gòu)要求，啟閉設(shè)備陳舊、老化無法使用。出口兩側(cè)邊坡沒用護(hù)砌，邊坡較陡，常年經(jīng)風(fēng)蝕雨刷，邊坡剝落嚴(yán)重，長期運行下去可能導(dǎo)致塌坡破壞，坍塌堵塞輸水洞出口。

2.3.1 進(jìn)口處理

對進(jìn)口的除險加固處理，主要有進(jìn)口清淤，修復(fù)進(jìn)口擋土墻，重新對兩側(cè)邊坡進(jìn)行護(hù)坡。

由于輸水洞洞底高程較低，考慮修筑圍堰工程難度高、工程量大，并且輸水洞全年大部分時間需要取水灌溉，不能斷流，采用連接灌注樁的方法作擋土墻。

2.3.2 洞身處理

洞身現(xiàn)狀大部分完好，由于原洞身漿砌石縫隙間水泥砂漿剝落、混凝土拱出現(xiàn)裂縫導(dǎo)致漏水。設(shè)計采用掛網(wǎng)噴漿的方法進(jìn)行處理，掛網(wǎng)噴漿的厚度為8cm。對混凝土拱進(jìn)行回填灌漿，堵塞混凝土拱頂與巖石間的孔隙。

2.3.3 金屬結(jié)構(gòu)

底孔閘門：孔口尺寸為2.2m×1.25-12.15m，采用滾輪式結(jié)構(gòu)平板閘門，啟閉設(shè)備采用QPQ×60KN卷揚式啟閉機。中孔閘門：孔口尺寸為2.1m×1.25-5.15m，采用滑動式結(jié)構(gòu)平板閘門，啟閉設(shè)備采用LQ2×100KN螺桿式啟閉機。上孔閘門：孔口尺寸為2.1m×1.25-2.65m，采用滑動式結(jié)構(gòu)平板閘門，啟閉設(shè)備采用LQ2×50KN螺桿式啟閉機。

[1]水利部天津水利水電勘測設(shè)計研究院.SL253-2000溢洪道設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國水利水電出版社，2000.

[2]黃河水利委員會勘測設(shè)計規(guī)劃研究院.SL274-2001碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國水利水電出版社，2002.

1007-7596(2017)05-0075-02

2017-04-14

周龍(1975-)，男，黑龍江牡丹江人，高級工程師。

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