張國明

(安溪縣人民政府防汛抗旱指揮部辦公室，福建 安溪 362400)

泉州安溪村內(nèi)水庫大壩除險加固技術(shù)的探討

張國明

(安溪縣人民政府防汛抗旱指揮部辦公室，福建 安溪 362400)

村內(nèi)水庫工程于1973年6月動工興建，1978年12月開始蓄水，1981年8月竣工驗收。是一座以灌溉為主，結(jié)合防洪、發(fā)電、養(yǎng)殖等綜合利用的中型水庫。村內(nèi)水庫大壩安全鑒定評定為三類壩，文章重點(diǎn)論述黏土心墻堆石壩采用液壓抓斗構(gòu)筑塑性混凝土方案的合理性進(jìn)行探討，結(jié)合壩基帷幕灌漿，合理選用施工工藝，對提高防滲性能效果顯著。

村內(nèi)水庫；除險加固；液壓抓斗；混凝土防滲墻

1 工程概況

村內(nèi)水庫位于晉江西溪支流龍門溪上游，壩址以上集雨面積18.4km2，在安溪縣龍門鎮(zhèn)桂瑤村境內(nèi)。水庫大壩防洪標(biāo)準(zhǔn)：設(shè)計防洪標(biāo)準(zhǔn)為100a一遇，校核標(biāo)準(zhǔn)為1000a一遇，總庫容為1117萬m3。

村內(nèi)水庫工程于1973年6月動工興建，1978年12月開始蓄水，1981年8月竣工驗收。是一座以灌溉為主，結(jié)合防洪、發(fā)電、養(yǎng)殖等綜合利用的中型水庫。水庫擔(dān)負(fù)下游龍門鎮(zhèn)、官橋鎮(zhèn)和安溪—同安公路的防洪任務(wù)，下游涉及保護(hù)城鄉(xiāng)人口約5萬人；灌溉耕地837.5hm2；水庫下游開發(fā)梯級電站3座，總裝機(jī)容量5100kW。

1.1 大壩

大壩壩型為黏土心墻堆石壩，壩頂高程為530.02m，壩頂防浪墻頂高程530.71m。最大壩高42.50m，壩頂長140.0m，壩頂寬6.0m。黏土心墻頂寬3.0m，頂部與防浪墻基礎(chǔ)相連，心墻上游坡坡比為1∶0.5，下游坡坡比依次為1∶0.5、1∶1.0，變坡點(diǎn)高程為507.56m。迎水坡坡面采用干砌塊石，設(shè)二個平臺，高程分別為520.05m、504.48m，平臺寬均為1.50m；迎水坡坡比從上至下依次為1∶1.7、1∶1.8、1∶2.0。背水坡坡面采用干砌塊石，設(shè)三個平臺，高程分別為519.94m、510.00m、502.13m；平臺寬依次為1.30m、1.83m、7.20m，在背水坡第三級平臺上設(shè)二級電站引水渠；背水坡坡比從上至下依次為1∶1.58、1∶1.73、1∶1.82、1∶1.93。

1.2 溢洪道

溢洪道位于大壩左側(cè)，采用寬頂堰帶閘泄流方式，由閘室段、陡坡段、挑流鼻坎組成。堰頂高程為523.00m，進(jìn)口凈寬24.0m，共3孔，分別裝8.0m×5.5m的弧形鋼閘門，每扇閘門均采用2×10t電動卷揚(yáng)機(jī)啟閉。閘室段長18.5m，寬27.6m；陡坡段為側(cè)收縮型式，進(jìn)口寬度為27.6m，出口寬度為16.0m，底坡為1:3.15，長度為64.4m，側(cè)墻為垂直式。挑流鼻坎的圓弧半徑為15.0m，挑射角度為20°，坎頂高程為504.03m。

1.3 輸水隧洞

輸水隧洞位于大壩的右岸山體，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，圓形過水?dāng)嗝嬷睆?.5m，長135.0m，設(shè)計最大流量7.74m3/s。隧洞進(jìn)口中心高程504.48m，底坡為1∶400，出口底高程500.73m。隧洞進(jìn)口采用直徑1.0m轉(zhuǎn)動門蓋控制，啟閉設(shè)備為5t卷揚(yáng)式啟閉機(jī)。輸水隧洞也作為壩后電站的引水管道。

2 工程建設(shè)、運(yùn)行情況及存在的主要問題

村內(nèi)水庫工程于1973年6月動工興建，1978年12月開始蓄水，1981年8月進(jìn)行竣工驗收。受當(dāng)時技術(shù)、經(jīng)濟(jì)條件的制約，該水庫大壩工程質(zhì)量先天存在一定程度的缺陷；經(jīng)過40多年的運(yùn)行，水庫大壩工程設(shè)施老化，功能弱化，存在嚴(yán)重的安全隱患。根據(jù)對水庫歷史資料的調(diào)查分析和對水庫大壩安全穩(wěn)定復(fù)核計算，村內(nèi)水庫工程存在的主要問題有：

1)大壩左右壩肩、壩基及溢洪道基巖較破碎，兩岸壩肩山體岸坡穩(wěn)定性較差，大壩不均勻沉降造成的防浪墻斷裂及迎水坡中間整體輕微塌陷；大壩的整體防滲性能較差，存在接觸滲流穩(wěn)定隱患和繞壩滲漏問題，滲漏水嚴(yán)重，滲流量和庫水位變化關(guān)系密切，且有逐年增大的趨勢。

2)大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)不完善，且壩體存在蟻患。

3)壩后引水渠漏水，影響大壩滲漏量觀測。

4)溢洪道左側(cè)岸坡及側(cè)墻滲流較為嚴(yán)重。堰頂鋼閘門銹蝕，止水老化，啟閉設(shè)備超出使用年限、手動裝置無法使用；電氣設(shè)備老化，影響運(yùn)行。啟閉房陳舊且出現(xiàn)裂縫，寬度狹小不便于操作。

5)交通橋?qū)嶋H車輛荷載遠(yuǎn)超過設(shè)計荷載。

6)輸水洞身前段30m管節(jié)接縫處漏水，管底沖刷較嚴(yán)重，進(jìn)水口護(hù)岸及兩側(cè)岸坡穩(wěn)定性較差。

7)水庫管理房使用年限長，多處出現(xiàn)裂縫、漏水現(xiàn)象。

3 安全鑒定結(jié)論意見及除險加固內(nèi)容

3.1 安全鑒定結(jié)論

1)村內(nèi)水庫施工質(zhì)量沒有全面達(dá)到現(xiàn)行規(guī)范要求，工程質(zhì)量評定為不合格。

2)村內(nèi)水庫運(yùn)行管理制度較全面，但大壩的變形監(jiān)測設(shè)施已壞，滲流觀測設(shè)施一直未配備，大壩運(yùn)行管理方面評定為較好。

3)村內(nèi)水庫大壩壩頂高程、溢洪道側(cè)墻高度、下游消能防沖等滿足規(guī)范要求，防洪標(biāo)準(zhǔn)評定為A級。

4)村內(nèi)水庫大壩的整體防滲性能較差，存在接觸滲流穩(wěn)定隱患和繞壩滲漏問題，滲漏水嚴(yán)重，滲流量和庫水位變化關(guān)系密切，且有逐年增大的趨勢，滲流安全評定為C級。

5)村內(nèi)水庫大壩穩(wěn)定復(fù)核計算成果，正常運(yùn)用條件下，壩坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)Min Fs均大于1.30，非常運(yùn)用條件Ⅰ下的Min Fs為1.204；結(jié)構(gòu)安全評定為B級。

6)村內(nèi)水庫大壩穩(wěn)定復(fù)核計算成果，非常運(yùn)用條件Ⅱ下，Min Fs為1.159，大壩抗震安全評價評定為B級。

7)村內(nèi)水庫堰頂鋼閘門銹蝕嚴(yán)重，鋼閘門止水老化嚴(yán)重，固定止水的螺栓銹蝕嚴(yán)重，金屬結(jié)構(gòu)安全評定為C級。

綜上分析，根據(jù)《水庫大壩安全評價導(dǎo)則》，評定村內(nèi)水庫大壩為三類壩。

3.2 除險加固主要內(nèi)容

1)經(jīng)方案比選，推薦采用薄型抓斗混凝土防滲墻對壩體進(jìn)行防滲處理。

2)采用帷幕灌漿對壩基進(jìn)行防滲處理。

3)壩體迎水坡坡面采用干砌塊石；壩體背水坡坡面拆除一、二、三級塊石護(hù)坡，第一級壩坡新鋪一層30cm厚的條石護(hù)坡，下邊兩級壩坡新鋪一層40cm厚的干砌塊石護(hù)坡，下均墊20cm厚的碎石墊層。

4)拆除壩頂出現(xiàn)橫向裂縫的防浪墻，采用M7.5水泥砂漿條石重新翻砌，新建的防浪墻墻高1.0m，頂寬0.8m。

5)修復(fù)防汛公路長200m。壩頂防汛公路采用C25混凝土道路，路面混凝土寬4.7m，厚0.2m；下鋪碎石墊層，厚0.15m；外坡路沿結(jié)合護(hù)坡壓頂，采用M7.5漿砌條石結(jié)構(gòu)。

6)采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)重建閘室段。

7)對溢洪道左側(cè)山體不穩(wěn)定邊坡進(jìn)行噴錨支護(hù)。噴錨支護(hù)措施采用：支護(hù)錨桿Ф25，長5.0m，間距2.0m×2.0m；噴C30混凝土，厚度120mm。

8)在原進(jìn)水口位置處重新修建一座岸塔式進(jìn)水口，對輸水隧洞洞身前段30m進(jìn)行實施C20鋼筋混凝土襯砌加固方案。

9)采用M7.5漿砌塊石擋墻對大壩庫區(qū)右岸山體進(jìn)行加固，523.00m高程以上按1:1進(jìn)行削坡處理，其后鋪設(shè)0.2m厚砂碎石墊層，再砌筑0.7m厚漿砌塊石護(hù)坡。

10)采用漿砌片石骨架內(nèi)鋪草皮對右岸壩體下游邊坡山體進(jìn)行護(hù)坡加固。

11)采用C20素混凝土對壩后引水渠道進(jìn)行襯砌，襯砌厚度0.1m。

12)新建管理房1座，采用框架結(jié)構(gòu)，共4層，面積1600m2。

13)補(bǔ)充完善大壩安全監(jiān)測設(shè)施，建筑物消防設(shè)施，建設(shè)水情自動測報系統(tǒng)。

4 主要加固技術(shù)的探討

4.1 大壩防滲加固技術(shù)

大壩黏土心墻填筑土壓實度普遍較低，不能滿足規(guī)范要求，其滲透系數(shù)亦不能滿足小于1.00×10-5cm/s的要求。理論計算大壩滲流量大，且運(yùn)行過程中觀測到的實際滲漏量遠(yuǎn)比理論計算值大，左右壩肩及溢洪道段基礎(chǔ)為碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，存在滲漏通道。

綜合以上各個分項的滲流安全評價，從整體分析來看，村內(nèi)水庫大壩的整體防滲性能較差，滲漏水嚴(yán)重，滲流量和庫水位變化關(guān)系密切，且有逐年增大的趨勢。村內(nèi)水庫大壩存在滲流安全隱患，需要進(jìn)行防滲加固處理。

該水庫大壩防滲選用三種技術(shù)方案進(jìn)行比選：①液壓抓斗混凝土防滲墻；②高壓旋噴垂直防滲墻；③劈裂式灌漿。

表1 防滲加固技術(shù)方案比選

經(jīng)方案比選，該工程選用液壓抓斗塑性防滲墻施工方案，施工從2009年11月2日起至2009年12月16日結(jié)束。

理論計算，防滲墻前后浸潤線位差達(dá)23.0m，測壓管實際觀測水位達(dá)20.0m。說明該防滲墻的防滲效果比較明顯，施工質(zhì)量滿足設(shè)計要求。

4.2 壩基防滲加固技術(shù)

壩址基巖為燕山早期黑云母花崗巖(γ52(3)c)，左右壩肩及溢洪道段基礎(chǔ)為碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，由于條件限制，未作徹底處理，蓄水后產(chǎn)生滲漏通道，雖經(jīng)灌漿加固處理，但沒能徹底解決，且隨著運(yùn)行時間的增長狀況有不斷惡化之勢，如果不處理任其發(fā)展則有可能在今后的運(yùn)行過程中轉(zhuǎn)化為滲透變形，需要對壩基進(jìn)行中低帷幕灌漿處理。

壩基帷幕處理為壩體混凝土防滲墻中心線位置預(yù)埋灌漿管，在防滲墻達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后，進(jìn)行壩基弱風(fēng)化層帷幕灌漿。帷幕灌漿布置單排孔，灌漿孔布置在壩頂530.02m高程處，孔距2.0m，灌漿范圍為全斷面灌漿，灌漿鉆孔深入相對隔水層(5≤q≤10Lu)以下3.0m。大壩兩岸相對隔水層頂板線較低，左岸埋深15.0-40.0m，右岸埋深15.0-25.0m。為防止兩岸繞壩滲漏，將兩岸帷幕灌漿往山體延伸，根據(jù)地形狀況，左岸帷幕灌漿向山體打灌漿平洞長50.0m，灌漿深8.0-20.0m；右岸帷幕灌漿延伸46.0m，灌漿深20.0-30.0m。大壩壩體混凝土防滲墻與壩基帷幕灌漿的次序為，先進(jìn)行上部壩身的薄型抓斗混凝土防滲墻施工，再進(jìn)行壩基帷幕灌漿。

該工程采用先進(jìn)行混凝土防滲墻施工，再進(jìn)行壩基帷幕灌漿。由于工序的合理安排，大大提高了防滲效果。首先，對壩基進(jìn)行帷幕灌漿能增加混凝土防滲墻加固底座的作用，提高了帷幕灌漿的效果；其次，對防滲墻底面沉渣層和防滲墻接縫等部位進(jìn)行有效的灌漿防滲。大壩的防滲漏作用是非常明顯的。

圖1壩橫斷面圖

圖2加固前、后浸潤線的對比

5 結(jié)論與建議

5.1 結(jié)論

村內(nèi)水庫大壩為黏土心墻堆石壩，選擇采用液壓抓斗塑性混凝土防滲墻方案是比較理想的，特別是施工工序的合理安排，即先混凝土防滲墻施工，再進(jìn)行帷幕灌漿施工，大大提高了防滲效果。從施工過程和完工后運(yùn)行觀測，防滲效果比較好。當(dāng)然在土體中建一道塑性混凝土墻，其適應(yīng)土壩變形能力較差，其效果如何只能有待歷史驗證。

5.2 建議

1)該水庫位于海拔高程530多米處，影響下游鄉(xiāng)鎮(zhèn)的高差達(dá)400多米，涉及人口達(dá)5萬人，其重要性不言而喻。當(dāng)前世界氣候條件惡化，極端氣候發(fā)生頻率高，如何應(yīng)對超標(biāo)準(zhǔn)洪水也是我們水利工作者職責(zé)所在。在完善水文自動測報系統(tǒng)建設(shè)的同時，在左岸新建一條放空泄洪隧洞，當(dāng)超標(biāo)準(zhǔn)洪水或者大壩除險等特殊情況下，預(yù)泄部分庫容會大大提高運(yùn)行調(diào)度靈活性和安全性。

2)該大壩為黏土心墻壩，又新建混凝土防滲墻，壩頂通車特別是載重車輛，對大壩穩(wěn)定不利。在右岸新開一條環(huán)庫道路，對壩區(qū)進(jìn)行封閉管理；并安裝監(jiān)控設(shè)施，提高自動化管理水平。

3)該水庫大壩實施了除險加固工程，各項觀測設(shè)施、管理實施等條件日趨完善，因此，健全完善管理制度，改進(jìn)管理方法，提升管理質(zhì)量，是今后抓好水庫安全管理的努力方向和必要工作。

[1]項偉.海龍川水庫大壩除險加固設(shè)計與計算[J].黑龍江水利科技,2014(12):177-179.

[2]陳長輝.水庫大壩除險加固策略探究[J].河南水利與南水北調(diào),2015(20):18-19.

[3]馬坤,倪志剛,徐利.帷幕灌漿施工技術(shù)在水庫大壩基礎(chǔ)防滲加固處理中的應(yīng)用[J].水利建設(shè)與管理,2017(02):22-25.

TV698.23

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2017-08-26

張國明(1973-)，男，福建安溪人，工程師。