馮光

摘要:通過分析某水庫工程主要樞紐建筑物存在的一些工程安全隱患,從而提出相應的除險加固措施，確保水庫安全運行。

關鍵詞:水庫；主壩；除險加固；溢洪道；泄水發(fā)電隧洞

中圖分類號：TV62文獻標識碼：A 文章編號：

1 工程概況

某水庫總庫容1.25 億m3，是一座以防洪、灌溉為主，并兼發(fā)電等綜合利用的大型水庫。其庫區(qū)主要建筑物包括主壩、副壩、溢洪道和發(fā)電站等。水庫建成運行以來，在防洪、灌溉、發(fā)電和水產養(yǎng)殖等方面發(fā)揮了巨大的社會、經濟效益，保證了下游鄉(xiāng)鎮(zhèn)、農田、人口的安全。但是由于受當時建庫條件限制和多年的運行使用，目前水庫主壩防滲墻、泄洪發(fā)電隧洞、溢洪道等都存在許多安全隱患，極大影響水庫的安全運行，必須采取相應的除險加固措施以消除隱患。

2 存在的主要問題

2.1 主壩存在的問題

主壩為粘土實心墻砂殼土壩，粘土心墻頂寬3m，底寬25m，壩基設有一道截水槽，共同構成主壩防滲體，在水庫安全運行中起著非常重要的作用。由于當時工程技術薄弱，財力有限，以及建材缺乏，致使壩體建設遺留問題較多，再加上水庫運行年限已久，存在的問題更為突出，嚴重的危及到主壩的安全，成為影響水庫安全運行的主要工程隱患。

2.1.1主壩壩體不滿足規(guī)范要求

(1) 主壩心墻和殼體填筑壓實度不滿足。為查清主壩壩體的填筑現狀，2006年采用鉆孔、探井、物探和土工試驗等多種方法對主壩進行詳細的地質勘察。勘察結果：壩體填筑土壓實度平均值心墻為0.86、壩殼土為0.91，均未滿足規(guī)范要求。同時壩體土均勻性差、局部壓實度嚴重不足而引起壩體塌陷，心墻土和壩殼土均為中等透水性和壓縮性，阻水性差，致使水庫運行過程中主壩心墻的滲透比降一直大于其允許滲透比降，滲透變形破壞的隱患一直存在。經滲流分析計算，設計洪水位69.51m 工況下，粘土心墻的計算滲透比降為9.6%。根據粘土心墻室內滲透變形實驗成果，粘土心墻的允許滲透坡降為2.0 左右，其臨界滲透比降達10%左右，心墻滲透比降遠大于其允許滲透比降，滲透穩(wěn)定不滿足規(guī)范要求。由此可見，心墻和殼體填筑壓實度不滿足，壩體滲漏嚴重，另外，下游壩腳反濾排水體被堵塞失效，導至壩體浸潤線明顯抬高，在設計洪水、校核洪水工況下，下游壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數不能滿足規(guī)范要求。

(2)近壩庫岸不穩(wěn)定。某水庫近壩庫岸邊坡為花崗巖殘坡積和全風化土質邊坡，土體厚度一般大于5m，花崗巖殘坡積或全風化土在庫水的浸泡作用下強度降大，邊坡巖性條件差；壩體建于山丘間低埡處，近壩岸坡基本呈凸狀三面臨水，庫岸地形條件不利于岸坡的穩(wěn)定。在水庫運行過程中常有發(fā)生庫岸崩塌現象，尤其在臺風多發(fā)的夏季更甚，可見近庫岸的穩(wěn)定性差，不但造成庫岸崩塌和水庫淤積，而且還危及壩體的安全。由于壩肩強風化層透水性較大，局部存在松散耕植土層未清掉和局部存在較厚呈中等透水性的全風化層，造成壩肩嚴重滲漏，對壩肩的穩(wěn)定不利；

2.1.2 主壩壩基和壩肩清基不徹底

壩基巖土體主要為弱風化黑云長花崗巖，局部清基不徹底存在河流沖積形成的粗砂粘土透鏡體；左壩肩頂部表層覆蓋薄層花崗巖殘坡積形成的含砂粘土，中部和下部表層為花崗巖全風化土和強風化層；右壩肩表層為花崗巖殘坡積形成的含砂粘土，局部存在有松散耕植土往下主花崗巖全風土和強風化層?；◢弾r殘坡積形成的含砂粘土呈可塑硬塑狀態(tài),中等壓縮性；花崗巖全風化土和強風化層為一般裂隙很發(fā)育，巖體破碎、屬碎塊狀結構。通過現場壓水試驗，該層的透水率亦比較大，多數段大于40 Lu。由此可見，壩基和壩肩清基不徹底，存在嚴重滲漏，嚴重不利于大壩的穩(wěn)定和安全。

2.2 灌溉發(fā)電隧洞存在的問題

灌溉發(fā)電隧洞主要存在以下問題：①隧洞洞身存在多處混凝土剝落、鋼筋外露，外露鋼筋銹蝕嚴重；②出口處鋼板襯砌銹蝕嚴重，部分鋼板與混凝土脫落分離；③放水塔及其閘門、啟閉設備老化，部分銹蝕，已不滿足水庫運行要求。

2.3 溢洪道存在的問題

溢洪道位于六副壩與七副壩之間，為正槽溢洪道，由進水渠、寬頂堰、泄槽、消力池組成。存在的問題：①進水渠邊墻高度不滿要求，且出現裂縫，堰上跨溢洪道拱橋出現不同程度的裂縫，存在安全隱患，如出現倒塌，嚴重影響水庫正常溢洪。②溢洪道基礎抗沖性能極差，泄槽陡坡段覆蓋層與基巖接觸帶的粉土受地下水的浸泡軟化，形成相對軟弱的結構面，產生不均勻沉陷；泄槽邊墻及底板均出現裂縫；陡坡段和消力池水流流態(tài)很差，消能效果不好。③消力池鋼筋砼面層混凝土剝落，鋼筋外露；消力底板發(fā)生不均勻沉降，邊墻及底板出現裂縫；地下水從底板裂縫處滲出；消力池底厚度不滿抗沖要求。據此，2006年安全鑒定溢洪道結構安全性為C級，不具備大量泄洪能力，如強行泄洪將對下游鄉(xiāng)鎮(zhèn)造成嚴重危害。

3 除險加固設計

3.1 主壩加固設計

由于主壩心墻和殼體填筑壓實度不足，壩體滲漏嚴重，滲透變形破壞的隱患一直存在，上、下游壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數達不到規(guī)范要求，壩基和壩肩清基不徹底，下游壩腳反濾排水體被堵塞失效，近壩庫岸不穩(wěn)定等原因，導至壩體不安全，同時考慮水庫在防洪等方面的重要性，主壩必須增設新的防滲體。加固設計進行了塑性混凝土防滲墻和高壓旋噴防滲墻兩個方案的比較，最終采用主壩全壩線增設塑性混凝土防滲墻方案。由于風化巖層中造孔較困難，故右壩肩壩基5～20m厚風化巖石層采用帷幕灌漿處理。塑性混凝土防滲墻平行壩軸線，中心線位于原粘土心墻中軸，防滲墻施工過程中不應破壞原有粘土心墻。塑性混凝土防滲墻全長360m，墻頂高程71.31m，高于校核洪水位70.81m，主河床墻底高程33.21m，最大墻高38.1m。左壩段及主河床段（樁號0+000～0+200）風化巖石厚度很小，塑性混凝土防滲墻應進入弱風化、微風化巖石層(相對不透水層)0.5m。右壩段（樁號0+200～0+360）風化巖石較厚(5～20m)，塑性混凝土防滲墻應進入風化巖石1.0m，墻底部風化巖石層采用帷幕灌漿處理，帷幕灌漿采用單排孔，孔距2m，灌漿孔深入巖石弱風化巖層5m，灌漿后風化巖石的單位吸水率小于5Lu。防滲墻設計水頭在37m，取[J]=60（根據國內已建的類似工程經驗，塑性混凝土防滲墻允許滲透坡降為60～80），考慮到防滲墻深度和現有的施工機械性能，在參照近年來國內已建的類似工程防滲墻基礎上，確定防滲墻有效厚度為0.8m。塑性混凝土防滲墻主要性能指標為:彈性模量小于800～1000MPa，28天抗壓強度不低于10.0MPa，防滲墻滲透系數小于1×10- 7cm/s，允許滲透比降[J]為60~80。

3.1.1 防滲墻結構計算

防滲墻結構計算中采用以下假定: ①防滲墻與壩體土的關系采用文克爾假定，防滲墻受荷載作用后，直接支撐在壩體土上，防滲墻和壩體土之間變位相互協(xié)調，墻上各點的反力與在該點的變位成正比，壩體土反力系數隨深度直線變化并隨不同地層變化。②土壩壩體自重和水壓力均視為作用在墻上的外荷載，考慮到該水庫運行年限已久，主壩體變形基本完成，因此建墻后墻體兩側因變形產生的摩擦力很小，所以防滲墻的工作條件是典型的以水平荷載為主的情況。另外，除考慮水平水壓力外，還考慮豎向垂直壓力作用的影響。③取單寬等厚度墻作為計算簡圖，頂端視為自由端，底部視為鉸接，采用有限差分法進行計算。根據上述假定，選取最大墻身，對防滲墻進行結構計算。計算結果表明， 防滲墻在設計洪水工況下， 下游最大壓應力為1.255MPa，小于塑性混凝土抗壓強度，上游未出現拉應力，最小應力1.7kPa。

3.1.2 防滲墻主要施工工藝

塑性混凝土防滲墻施工采用兩鉆一抓法造孔、膨潤土漿液固壁、泵送混凝土澆注。施工時首先在槽段兩端用沖擊鉆鉆主孔，抓斗成槽機抓副孔，到達基巖面后改用沖擊鉆入巖0.5~1.0m。造孔過程中，槽內漿液面要始終保持在導向槽頂面以下30～50cm，漿液泄露時，及時采取堵漏和補漿措施。考慮到造孔是在主壩中進行，施工時水庫不能放空，同時防滲墻施工要跨一個汛期，如發(fā)生較大塌孔將影響大壩安全，因此槽孔不能過長。施工中一期槽孔長6m，墻段連接采用鉆鑿法，兩端接頭二期槽孔長7.2m。主河床段防滲墻高37m，為防止主河床段造孔中出現塌孔現象，施工單位應在主河床段縮短槽段長度，保證膨潤土漿液質量以確保主河床段不出現塌孔現象。

3.1.3 帷幕灌漿主要施工工藝

右壩段防滲墻底部的風化巖石層采用帷幕灌漿處理，為保證帷幕灌漿與上部的混凝土不發(fā)生分叉，連成一整體，要求在混凝土防滲墻內預埋鋼管，通過預埋的鋼管對底部的風化巖層進行灌漿。預埋鋼管管徑10cm，位于防滲墻中間，間距與帷幕灌漿孔的孔距相同，為2m。鋼管預埋應在造孔、清孔完成后混凝土澆筑前進行，采用定位架安裝固定。定位架由直徑為20mm的鋼筋焊接而成，定位架在垂直方向上間距為10m。鋼管安裝固定后進行槽孔混凝土澆注，當澆筑的混凝土強度達到設計強度的80%后，進行鉆孔灌漿。

3.2 灌溉發(fā)電隧洞加固設計

由于常年受到庫水的侵蝕、氧化，以及泄洪、發(fā)電時高速水流沖刷的影響，灌溉發(fā)電隧洞原襯砌混凝土不斷發(fā)生碳化、脫落，洞壁鋼筋外露銹蝕，出口襯砌鋼板也受到不同程度的銹蝕，因此必須采取相應的措施對隧洞進行修補加固。加固措施主要有：對于洞壁剝落的混凝土，首先將破壞部位及其周圍受侵蝕、疏松，或較薄弱、存在缺陷的混凝土徹底清除，清理范圍應根據實際破損情況適當加大；外露鋼筋且銹蝕嚴重的鋼筋予以清除，再用新鋼筋進行焊補，銹蝕不嚴重鋼筋進行除銹處理；混凝土鑿除、清理及銹蝕鋼筋清理之后，用環(huán)氧砂漿補強、找平；隧洞出口銹蝕的襯砌鋼板處采用粘貼環(huán)氧玻璃絲布方法進行修補加固。

3.2.1 環(huán)氧砂漿施工工藝

為保證環(huán)氧砂漿與混凝土及露筋有牢固的粘結力，須對基底混凝土及露筋表面進行處理，將混凝土表面乳皮清除，外露出新鮮糙率面，但不得產生擾動，露筋無銹、無污物。施工中采用鑿毛機對修補部位進行鑿毛，用鋼絲刷反復清理露筋上銹斑及污物。用棉紗浸漬丙酮將基礎面擦試一遍，待丙酮揮發(fā)混凝土變白，方可涂刷基液。將拌制好的基液，用毛刷均勻地涂刷于基面上，厚度約0.5mm。根據環(huán)境氣溫情況，基液刷后靜停10～30min(手觸有拉絲現象)后，開始涂抹環(huán)氧砂漿。將拌制好的環(huán)氧砂漿用抹刀按照要求的厚度涂抹于已刷好基液的基面上，邊涂抹，邊壓實，以保證密實度和平整度。由于環(huán)氧砂漿強度的發(fā)展受溫度的影響甚大，因此環(huán)氧砂漿的養(yǎng)護期在15～25℃時為28d。溫度為25℃以上時，養(yǎng)護期為7d。

3.2.2 環(huán)氧玻璃絲布施工工藝

清理隧洞出口銹蝕的鋼板，清除鋼板表面銹斑及污物并進行鑿毛，然后按環(huán)氧砂漿的施工工藝抹一層10mm 厚環(huán)氧砂漿進行找平。在環(huán)氧砂漿面上用環(huán)氧粘結劑粘貼玻璃絲布，玻璃絲布采用0.25mm厚無堿平紋布，使用前用皂液法脫臘處理。粘貼玻璃絲布共4 層，厚度不小于1mm。粘貼面要求平整，干凈，無污，無油，必要時可用丙酮擦洗。在粘貼面上涂刷環(huán)氧基液不宜厚，越薄越好，但必須保證使每個部位都有基液，然后粘玻璃絲布，將殘留在布中的氣泡趕除、壓實;待漿液透過玻璃絲布并溢出后再進行第二層涂敷;反復粘貼直到設計厚度。

4 結語

（1）該水庫受建庫時條件限制，主壩采用粘土心墻，經多年運行，粘土心墻已不能滿足主壩的防滲要求，成為水庫的一個重大安全隱患。經水庫大壩安全鑒定綜合評價，將該水庫主壩歸入三類壩，必須進行加固。

（2）水庫除險加固工程完成后，可徹底消除主壩、灌溉發(fā)電隧洞、溢洪道等主要建筑物存在的安全隱患，確保水庫正常運行，發(fā)揮更大的社會、經濟效益。