燕山水庫(kù)除險(xiǎn)加固方案設(shè)計(jì)

王 飛

（江西省永修縣水利局農(nóng)電站,江西 九江 330300）

不同除險(xiǎn)加固方案存在不同的風(fēng)險(xiǎn),從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、工期、安全、施工便利性等方面綜合分析,能夠設(shè)計(jì)出最佳的方案[1]。病險(xiǎn)水庫(kù)因建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低、水庫(kù)設(shè)施老化等因素導(dǎo)致其滲水、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足,致使水庫(kù)整體的安全儲(chǔ)備不強(qiáng)。因此,結(jié)合燕山水庫(kù)現(xiàn)狀,分析病險(xiǎn)成因,綜合技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、施工等因素予以比選分析,優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。

1 工程概況

燕山水庫(kù)是一座以灌溉、供水為主,兼顧防洪、發(fā)電等綜合效益的小（1）型水利樞紐工程。水庫(kù)總庫(kù)容284×104m3,設(shè)計(jì)灌溉面積0.6萬(wàn)畝,工程為Ⅳ等水利工程。

永修縣水利局根據(jù)大壩安全鑒定結(jié)論,結(jié)合歷年加固處理資料及運(yùn)行情況和大壩安全論證報(bào)告,提出了《燕山水庫(kù)大壩安全鑒定報(bào)告書(shū)》,報(bào)告書(shū)確定燕山水庫(kù)大壩為三類(lèi)壩,建議對(duì)其盡快進(jìn)行除險(xiǎn)加固。

2 水庫(kù)病險(xiǎn)

2.1 大壩存在的主要問(wèn)題

根據(jù)對(duì)大壩地質(zhì)勘查、安全鑒定及本次安全復(fù)核發(fā)現(xiàn),燕山水庫(kù)大壩存在以下主要問(wèn)題：大壩上游側(cè)砼防滲面板表層砂漿局部脫落,壩體下游面施工縫存在多處滲水析鈣現(xiàn)象,堰面砂漿局部存在龜裂,消能護(hù)坦末端產(chǎn)生沖坑和積水,壩下灌溉放空涵管出口消力池砼底板局部存在破損,灌溉放空涵管出口閘閥銹蝕,止水不嚴(yán),有少量漏水。

2.2 壩體滲流復(fù)核

（1）下游壩坡存在裂縫和漏水點(diǎn),其中樁號(hào)0+103、0+078、0+095、0+119.4等漏水點(diǎn)存在明顯的漏水痕跡,117.80 m高程以下壩面潮濕處有一定程度的滲漏,壩面有較多游離鈣析出。

（2）根據(jù)檢測(cè)資料初步分析,盡管上游混凝土防滲面板厚度及標(biāo)號(hào)滿足現(xiàn)行規(guī)范要求,但水平施工縫處理不到位,止水效果不佳,存在滲水現(xiàn)象導(dǎo)致其在溫度降落和水力作用下使施工縫擴(kuò)張,對(duì)大壩的滲流及結(jié)構(gòu)安全產(chǎn)生一定的影響。

2.3 基礎(chǔ)滲流安全復(fù)核

根據(jù)鉆探發(fā)現(xiàn),大壩坐落于中～強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)板巖上,板巖透水率10.81 Lu,屬中等透水,壩體中部壩基處由于溢流壩段泄水沖刷及壩基滲水,巖體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,巖體防滲性能差。壩體與基礎(chǔ)接觸面在2011 年除險(xiǎn)加固工程中采用了混凝土防滲面板加固措施,現(xiàn)狀壩基滲漏問(wèn)題得到一定程度的改善。

2.4 壩肩滲流安全復(fù)核

壩肩及近壩庫(kù)岸為剝蝕低山斜坡地貌,均為巖質(zhì)邊坡。左壩肩岸坡坡度70°左右,近壩庫(kù)岸水位線以上坡度45°～60°,覆蓋層厚約1 m,主要為松散的土夾風(fēng)化碎石,植被良好。水位線以下岸坡陡峻,坡度70°左右,基巖裸露,坡面及坡麓見(jiàn)少量崩塌撒落的碎石堆積。右壩肩岸坡及近壩庫(kù)岸陡峻,水位線以上坡度50°～60°,庫(kù)岸覆蓋層厚僅0.5 m,為松散的風(fēng)化碎石土。壩址兩岸未見(jiàn)大的斷層發(fā)育,壩肩厚實(shí),庫(kù)岸發(fā)生大規(guī)模崩塌、滑坡的可能性不大,庫(kù)岸較穩(wěn)定。壩肩巖體強(qiáng)～中等風(fēng)化深度4 m～5 m,裂隙較發(fā)育,巖體較破碎,巖層向右下游緩傾。風(fēng)化巖層具中等透水性,因此為提高巖體整體穩(wěn)定性,減少基巖面滲透壓力增加抗剪摩擦系數(shù),2011年除險(xiǎn)加固工程對(duì)壩體與壩肩結(jié)合部?jī)晒白M(jìn)行了固結(jié)灌漿處理,現(xiàn)場(chǎng)檢查時(shí)未出現(xiàn)繞壩滲流現(xiàn)象。

3 大壩除險(xiǎn)加固

3.1 大壩防滲加固方案

針對(duì)大壩現(xiàn)狀存在的問(wèn)題,結(jié)合工程的實(shí)際情況,大壩防滲加固設(shè)計(jì)考慮兩種方案：方案一：改變大壩防滲型式,對(duì)大壩埋石砼壩體進(jìn)行充填灌漿增強(qiáng)壩體防滲性能；方案二：壩體仍采用防滲面板型式,即在壩體上游面重新加設(shè)砼防滲面板。

3.1.1 方案一：壩體充填灌水泥漿

為解決大壩滲漏問(wèn)題,對(duì)大壩壩體采用鉆孔灌水泥漿進(jìn)行充填密實(shí),要求灌后壩身透水率q≤5 Lu,從而利用壩體本身進(jìn)行防滲。本次設(shè)計(jì)從壩頂垂直向下鉆孔進(jìn)行充填灌漿,壩頂垂直灌孔布置1排,孔距2 m,受壩頂寬度限制,為便于施工設(shè)備架設(shè),可拆除壩頂下游側(cè)欄桿,完工后再增設(shè)欄桿。灌漿孔軸線距上游壩面防浪墻0.5 m,最大孔深19.1 m,灌漿孔底高程伸入壩基線以下0.5 m。

3.1.2 方案二：重新加設(shè)上游防滲面板

該方案考慮在大壩上游面重新加設(shè)C25 砼防滲面板,徹底解決壩身防滲問(wèn)題。新建防滲面板緊貼現(xiàn)狀大壩上游壩面,上至壩頂,下至壩腳趾板。對(duì)大壩上游壩面增設(shè)C25 砼防滲面板,頂部厚0.4 m,底部1.0 m,砼防滲面板與老壩體采用錨筋錨固,于壩面上按150 cm×150 cm方格角點(diǎn)鉆孔,埋設(shè)Ф22 的Ⅱ級(jí)錨筋,孔內(nèi)采用水泥漿摻入錨固劑錨固,錨筋深入壩體長(zhǎng)度不小于1m,同時(shí)不小于防滲面板厚度,錨筋前端至防滲面板10 cm,焊接Ф14 鋼筋網(wǎng),縱橫間距20 cm×20 cm,立模澆筑C25 砼防滲面板。防滲面板每隔10 m設(shè)置一橫縫,銅片止水,瀝青杉板填縫。

3.2 大壩除險(xiǎn)加固方案比選

上述兩種防滲方案的主要區(qū)別在于壩體的防滲型式不同,現(xiàn)從工程加固的地形條件、施工條件及難易程度、加固效果、工程投資等幾個(gè)方面,對(duì)兩種方案進(jìn)行比較和選擇。

3.2.1 工程加固地形條件

工程加固的地形條件主要是指加固方案對(duì)工程現(xiàn)狀的適應(yīng)性。方案一對(duì)壩體進(jìn)行充填灌漿,從壩頂及下游壩面進(jìn)行鉆孔實(shí)施,加固處理位置比較明確,但本工程大壩較高,下游壩面鉆孔施工平臺(tái)搭設(shè)難度較大；方案二是在上游壩面加設(shè)砼防滲面板,新面板必須與現(xiàn)壩面緊密結(jié)合,對(duì)于已建且較高的拱壩而言,面板立模、澆筑均比較困難；故兩種加固方案對(duì)工程現(xiàn)狀的適應(yīng)性各有自身特點(diǎn),難分伯仲。

3.2.2 工程施工條件及難易程度

從施工導(dǎo)流及工期安排條件來(lái)看,方案一施工受庫(kù)區(qū)水位影響較小,只要燕山水庫(kù)保持較低水位即可,而方案二施工工期較緊張,防滲面板趾板的施工需放空水庫(kù),并需要做好施工圍堰、施工導(dǎo)流,但由于水庫(kù)為供水水源,水庫(kù)放空無(wú)法滿足供水需求,新加防滲面板施工工藝較繁雜,有清除壩前淤泥、基礎(chǔ)開(kāi)挖、修建進(jìn)庫(kù)施工公路、面板施工的腳手架搭設(shè)等,各工序相互干擾,壩基灌漿施工工期安排較緊張。因此,從工程施工條件及難易程度來(lái)看,方案一較優(yōu)。

3.2.3 除險(xiǎn)加固效果

方案一主要是對(duì)壩體空隙進(jìn)行充填灌漿,達(dá)到充填密實(shí),增強(qiáng)壩體自身的防滲性能,屬于補(bǔ)強(qiáng)措施,且灌漿施工為隱蔽施工,施工質(zhì)量不易控制,效果不徹底。而方案二則更為直觀可靠,施工質(zhì)量可以更好地得到控制,防滲效果更徹底,壩體厚度的加大也增強(qiáng)了壩體結(jié)構(gòu)的安全度。因此,方案二即加設(shè)面板方案防滲效果更好,安全度高。

3.2.4 工程投資

經(jīng)計(jì)算,方案一建安工程投資約334 萬(wàn)元,方案二建安工程投資約677 萬(wàn)元,因此,方案一比方案二節(jié)省了約343萬(wàn)元,即方案一較優(yōu)。

3.3 方案設(shè)計(jì)

綜上所述,壩體充填灌漿方案較優(yōu),其工程實(shí)施適應(yīng)性較好,施工難度較小,工程直接投資較少,只是在工程實(shí)施過(guò)程中,必須加強(qiáng)灌漿效果檢測(cè),適時(shí)調(diào)整有關(guān)施工參數(shù)。因此,本階段大壩防滲加固推薦方案一,要求灌后壩身透水率q≤5 Lu,利用壩體本身防滲。同時(shí),針對(duì)大壩上游側(cè)砼防滲面板表層砂漿局部脫落問(wèn)題,本次設(shè)計(jì)對(duì)大壩上游側(cè)砼防滲面板局部砂漿剝落和施工縫進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理,采用環(huán)氧砂漿抹面修補(bǔ)。

3.4 大壩安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)

現(xiàn)狀工程無(wú)安全觀測(cè)設(shè)施,本次設(shè)計(jì)增設(shè)位移觀測(cè)設(shè)施、滲漏觀測(cè)設(shè)施等。

（1）水平、垂直位移觀測(cè)基點(diǎn)：位于大壩兩壩肩上、下游各設(shè)置一個(gè)位移觀測(cè)基點(diǎn),共4個(gè)水平、垂直位移觀測(cè)基點(diǎn)。

（2）壩頂水平位移標(biāo)點(diǎn)：大壩壩頂設(shè)4個(gè)水平位移標(biāo)點(diǎn),分別位于大壩及溢流壩兩側(cè)壩頂。

（3）拱端壩體位移標(biāo)點(diǎn)：拱端壩體位移標(biāo)點(diǎn)位于大壩兩壩端下游壩體上,監(jiān)控拱端變形位移。

（4）拱端基巖位移標(biāo)點(diǎn)：拱端基巖位移標(biāo)點(diǎn)位于大壩兩壩端壩體下游基巖上,監(jiān)控基巖在拱端荷載作用下的變形位移。

（5）撓度觀測(cè)標(biāo)點(diǎn)：均勻分布于下游壩面中部,監(jiān)控大壩的變形撓度。

（6）兩岸滲漏量觀測(cè)點(diǎn)：設(shè)置于兩岸下游,監(jiān)控繞壩滲流。

4 結(jié)語(yǔ)

水庫(kù)除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)方案要綜合考慮病險(xiǎn)程度、壩體蓄水安全及周邊環(huán)境影響,嚴(yán)格遵循技術(shù)可靠、經(jīng)濟(jì)可行及施工安全便利的原則優(yōu)化設(shè)計(jì)方案,發(fā)揮水庫(kù)工程應(yīng)有的效益。燕山水庫(kù)各項(xiàng)除險(xiǎn)加固措施均達(dá)到了設(shè)計(jì)目的,有效解決了水庫(kù)滲漏,同時(shí)恢復(fù)和改善了水庫(kù)綜合功能,加固方案和思路可為類(lèi)似工程提供參考。