雙河水庫(kù)除險(xiǎn)加固壩體設(shè)計(jì)和施工要點(diǎn)分析

(新疆昌源水務(wù)科學(xué)研究院(有限公司)，新疆 烏魯木齊　830000)

1　工程概況

雙河水庫(kù)位于天山北麓的新疆阜康市滋泥泉子鎮(zhèn)雙河村境內(nèi)，地理位置為東經(jīng)88°37′07″、北緯44°07′09″，在滋泥泉子鎮(zhèn)以東18km，距阜康市60km，是以農(nóng)業(yè)灌溉及下游地區(qū)防洪為主的綜合性水利樞紐工程，水庫(kù)為小(1)型，工程規(guī)模為Ⅳ等。水庫(kù)利用西溝地形攔沖溝而建，通過(guò)渠首引白楊河水進(jìn)行調(diào)蓄，控制灌溉面積2萬(wàn)畝。樞紐由壩體、放水涵洞組成。

2　壩體存在的主要問(wèn)題

a.壩頂高程不滿足原設(shè)計(jì)要求，也不滿足水庫(kù)防洪和興利要求。

b.壩體結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，需進(jìn)行加固處理。

c.壩體上游壩坡無(wú)防浪護(hù)坡設(shè)施，上游壩坡受風(fēng)浪淘刷淘蝕嚴(yán)重，下游壩坡無(wú)排水設(shè)施，壩體滲透穩(wěn)定性差。

3　除險(xiǎn)加固方案設(shè)計(jì)

原壩體填筑質(zhì)量差，上游無(wú)防浪墻，下游無(wú)排水設(shè)施，壩體抗滑穩(wěn)定和抗震穩(wěn)定不滿足規(guī)范要求，經(jīng)復(fù)核，壩體需加高培厚，采用土工膜+砂殼設(shè)計(jì)理念[1]。

3.1　壩體加高培厚

原壩體土質(zhì)采用含礫低液限黏土和低液限粉土填筑，壩型為均質(zhì)礫石土壩，壩頂高程725.06m左右，最大壩高4.5m。經(jīng)復(fù)核，為滿足校核洪水的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)和灌區(qū)正常調(diào)蓄要求，壩頂高程須達(dá)到729.10m，最大壩高10.94m。此次除險(xiǎn)加固在原壩體上進(jìn)行加高培厚。壩軸線仍選擇原有壩軸線走向，同時(shí)對(duì)局部折線處進(jìn)行一定的修整，采用曲線進(jìn)行連接，其總長(zhǎng)度為1700m。壩頂寬5.0m，上游壩坡坡比1∶2.25，下游壩坡坡比1∶2.0。壩后坡腳設(shè)貼坡排水體。

3.2　壩體采用復(fù)合土工膜防滲

上游坡面按1∶2.25的坡鋪設(shè)200g/m2/PE0.50/200g/m2復(fù)合土工膜，鋪設(shè)至壩頂728.60m處，幅寬宜采用6.0～8.0m，拉伸強(qiáng)度不低于180N/5cm，斷裂延伸率不低于40%，彈性模量在5℃不低于70MPa，抗凍性(脆性溫度)不應(yīng)低于-60℃，撕裂強(qiáng)度應(yīng)不低于40N/mm，抗?jié)B強(qiáng)度應(yīng)在1.05 MPa水壓下48h不透水，滲透系數(shù)為10-11～10-12cm/s。土工膜的連接采用熱焊拼接，連接強(qiáng)度應(yīng)大于母材強(qiáng)度。鋪放時(shí)不易過(guò)緊，應(yīng)留足夠的余幅(一般為1.5%～3%)，以適應(yīng)拼接和氣候變化。根據(jù)雙河水庫(kù)的實(shí)際情況，壩體復(fù)合土工膜頂部處理以倒梯形的形式埋在壩體內(nèi)。即在728.60m高程水平折向下游，先設(shè)0.45m的水平段，然后以30°角折向下部，至高程728.10m；再水平鋪設(shè)50cm，以30°角度折向上部至728.60m高程后，回拐約10～16cm富裕量結(jié)束。

3.3　上游壩面設(shè)混凝土板護(hù)坡

護(hù)坡混凝土面板采用大面積分塊現(xiàn)澆混凝土板?；炷翉?qiáng)度等級(jí)為C20，抗凍等級(jí)為F200。規(guī)格為3m×3m×0.15cm，板間分縫寬度取2cm，縫內(nèi)采用瀝青砂漿和苯板填縫。為便于護(hù)坡底下的水體排出，在死水位以下1.0m至正常蓄水位之間的面板上水平插入φ100的PVC管排水，單管長(zhǎng)度0.20m，每塊面板上插4根，呈梅花形布置，單塊板內(nèi)最外層排水管設(shè)在距面板邊緣0.75m的位置。排水孔底部采用無(wú)紡布包裹，鐵絲綁扎，單塊無(wú)紡布面積0.35m×0.35m，孔內(nèi)填5～20mm石子。壩面排水孔做法見圖1。

圖1　面板分縫及排水管布置示意圖(單位：mm)

為保證防滲體系的完整性，混凝土面板與左右岸坡相接時(shí)，面板邊緣應(yīng)直接插入岸坡內(nèi)2.0m，邊緣厚度為0.30m。土工膜埋入底部，并從其底部繞出，開挖面采用黏土回填夯實(shí)。岸坡土工膜做法見圖2。

圖2　土工膜岸坡連接示意圖(單位：mm)

3.4　在前壩坡混凝土板護(hù)坡底部設(shè)防凍墊層料

在前壩坡混凝土板護(hù)坡底部設(shè)置40cm厚砂礫料防凍墊層。設(shè)計(jì)要求采用天然級(jí)配良好的砂礫料進(jìn)行回填，夯實(shí)后相對(duì)密度大于0.7，小于0.075mm的顆粒含量不大于總土重的8%，礫石最大粒經(jīng)不得大于50mm(見下表)。

砂礫料防凍層填筑要求表

3.5　前壩肩增設(shè)防浪墻

前壩肩增設(shè)梯形結(jié)構(gòu)防浪墻，墻頂高程729.60m，總高1.0m，頂寬0.25m，底寬0.40m，露出壩頂0.5m，為C20F200現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)。防浪墻分縫長(zhǎng)度5.0m，縫寬2cm，縫表層2.5cm填聚氨酯砂漿，其余部分填中密度苯板(20kg/m3)。

4　施工要點(diǎn)分析

壩體施工順序?yàn)椋簤误w清基→老壩體開挖→壩體填筑→壩坡土工膜鋪設(shè)→墊層鋪設(shè)→混凝土護(hù)坡施工→壩頂路面施工[2]。

4.1　壩體清基

將壩基表層腐殖土、淤泥以及其他松散堆積物用74kW推土機(jī)、3m3挖掘機(jī)全部清除，預(yù)留20cm保護(hù)層，用人工清理至設(shè)計(jì)高程。

4.2　老壩開挖

老壩開挖采用人工和機(jī)械相結(jié)合的方法。在開挖過(guò)程中，嚴(yán)格控制老壩體開挖深度、壩軸線位置。盡量保持棄土與土料場(chǎng)取料平衡，減少棄土二次倒運(yùn)。

4.3　壩體填筑

壩體填筑程序?yàn)椋簻y(cè)量放線→壩基清理→壩料采挖運(yùn)輸→壩料填筑→干容重檢測(cè)→干容重檢測(cè)結(jié)果報(bào)監(jiān)理工程師審批→下道工序施工至壩頂→壩提整修→驗(yàn)收。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)試驗(yàn)，確定填筑料厚度為40cm。壩體填筑采用20t自卸車后退法卸料，74kW推土機(jī)向前進(jìn)占法平料，同時(shí)保證上壩料不含雜物和超粒徑的砂礫料。18t振動(dòng)碾采用進(jìn)退錯(cuò)距法壓實(shí)，碾壓方向平行壩軸線。壩體與壩基、岸坡、剛性建筑物的接合部位及壩體內(nèi)的縱橫接縫嚴(yán)格處理，保證接合質(zhì)量，壩體的橫向接縫的接合坡度不陡于1∶3，壩體接縫的坡面配合填筑上升，陸續(xù)削坡，直到合格層為止。灑水時(shí)注意控制含水率，保證上壩戈壁料相對(duì)密度不小于0.75，碾壓后滲透系數(shù)不小于1×10-3cm/s[3]。

4.4　壩體坡面整修

壩體上下游坡面必須灑水壓實(shí)，達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)后，人機(jī)配合修坡，以人工修坡為主，機(jī)械為輔，采用挖掘機(jī)斗齒焊刮板粗清，人工挖除保護(hù)層。整修時(shí)嚴(yán)禁擾動(dòng)邊坡原始基面，對(duì)已擾動(dòng)的部位應(yīng)分層碾壓夯實(shí)。再用人工拉線清坡，以保證坡面平順，無(wú)鼓肚或凹陷。

4.5　土工膜施工

土工膜施工順序?yàn)椋轰佋O(shè)剪裁→對(duì)正搭齊→壓膜定型→清理→焊接試驗(yàn)→焊接→施工質(zhì)量檢測(cè)→修補(bǔ)。

土工膜鋪設(shè)前建設(shè)單位、監(jiān)理單位、施工單位的代表應(yīng)對(duì)鋪設(shè)基地進(jìn)行全面檢查，鋪設(shè)基地應(yīng)堅(jiān)實(shí)、平整，用平板夯實(shí)機(jī)除去車輪印、腳印和地面凹凸。

土工膜鋪設(shè)應(yīng)在室外溫度5℃以上，無(wú)雨無(wú)雪，并且風(fēng)力在4級(jí)以下時(shí)進(jìn)行。采用人工自下而上鋪設(shè)，要求鋪設(shè)的土工膜平順、松緊適宜，在拐角處折疊鋪設(shè)，折疊寬度在15～20cm，保證土工膜有伸張的余地，不致拉破[4]；復(fù)合土工膜鋪設(shè)過(guò)程中保持松弛狀態(tài)，以防止變形對(duì)膜的破壞。為防止大風(fēng)吹損，在鋪設(shè)期間所有土工膜均用沙袋或軟性的重物壓住，直至保護(hù)層施工完為止，當(dāng)天鋪設(shè)的土工膜在當(dāng)天全部拼接完成。對(duì)施工過(guò)程中遭受損壞的土工膜即時(shí)進(jìn)行修補(bǔ)處理。

土工膜焊接采用熱熔焊法，焊縫形式為直縫雙道，焊縫間隔1cm，焊縫寬度1cm，焊縫搭接寬度約10cm。大面焊接前先試焊、試?yán)?，確定合適的焊接速度和溫度?，F(xiàn)場(chǎng)拼接接頭在焊接后在24h內(nèi)，焊接面不承受任何拉力。焊接好后在12h內(nèi)覆土。施工時(shí)要求操作人員及管理人員穿平底鞋，禁止在施工現(xiàn)場(chǎng)抽煙與攜帶有尖角的硬物(如剪刀、刀片等)。

土工膜焊接接縫的檢測(cè)：土工膜的焊縫檢查由專職檢查員、監(jiān)理工程師檢測(cè)，外觀檢查無(wú)漏焊、無(wú)燙傷、無(wú)損傷后，采用充氣法進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)方法：將測(cè)段(約10cm)兩端封死，插入氣針，充氣至0.05～0.2MPa(視膜厚選擇)，靜觀0.5min，觀察真空表，如氣壓不下降，表明不漏，接縫合格，否則應(yīng)及時(shí)修補(bǔ)。土工膜每1000m2取樣檢測(cè)，做拉伸強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)。

4.6　阻滑體施工

阻滑體為現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)，采用跳倉(cāng)法施工，澆筑前先于墻體基礎(chǔ)下墊50cm厚砂礫石，混凝土分層攤鋪，每層厚度不大于40cm，采用插入式振動(dòng)棒振搗，澆筑完后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

4.7　砂礫石防凍墊層鋪設(shè)

砂礫石防凍墊層最大粒徑不超過(guò)5cm，含泥量不大于5%。將級(jí)配好的砂礫石運(yùn)到壩頂，挖掘機(jī)將其均勻輕甩到坡面，人工攤鋪整平，用手扶平板振動(dòng)夯進(jìn)行壓實(shí)。

4.8　上游護(hù)坡

在混凝土護(hù)坡施工前，用手扶平板振動(dòng)夯進(jìn)行壓實(shí)，并采用人工自上而下修整，嚴(yán)格控制施工邊坡的坡度和平整度?；炷撩姘鍧仓南孪蛏戏謮K跳倉(cāng)進(jìn)行，混凝土坍落度不宜過(guò)大，以防止未凝結(jié)的混凝土在斜面上滑動(dòng)?；炷敛捎?.4～0.8m3混凝土拌和機(jī)拌制，平倉(cāng)后采用2.5kW的平板振動(dòng)器振搗，混凝土澆筑完成12～18h后采取養(yǎng)護(hù)措施，炎熱季節(jié)或氣候條件比較干燥時(shí)，應(yīng)提前養(yǎng)護(hù)時(shí)間[5]。

4.9　壩頂路面施工

壩體施工完成后，采用粒徑小于20mm的天然級(jí)配砂礫石鋪設(shè)壩頂路面，以20t汽車采用后退法卸料，74kW推土機(jī)整平，18t振動(dòng)碾壓實(shí)。路肩采用預(yù)制混凝土塊。

4.10　壩后排水

壩后施工可參照壩前施工工藝，排水溝斷面均為土渠梯形斷面，人工開挖，開挖前清除浮土、雜草，然后進(jìn)行斷面開挖。

5　結(jié)　語(yǔ)

雙河水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程實(shí)施后，保證了水庫(kù)及居民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全，增強(qiáng)了其對(duì)水資源的調(diào)配能力；改善了灌溉能力；提高了對(duì)下游河道、耕地、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、居民點(diǎn)的防洪保護(hù)能力。

[1]高仝.母子墾水庫(kù)擴(kuò)建工程大壩加高培厚設(shè)計(jì)[J].云南水力發(fā)電,2017(4):148-152.

[2]董歡.水磨溝水庫(kù)除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)方案及施工技術(shù)分析[J].東北水利水電，2017(4)：41-49.

[3]余聰聰.土石壩壩體填筑施工關(guān)鍵技術(shù)研究[J].水利建設(shè)，2017(11)：285-286.

[4]陳仕明,印涇經(jīng).復(fù)合土工膜在水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程中的應(yīng)用[J].中國(guó)水運(yùn),2017(12):190-191.

[5]羅來(lái)應(yīng).甲介水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程混凝土施工要點(diǎn)分析[J].陜西水利,2015(12):33-34.