彭繼樂(lè)，李 波，謝世軍

（1.中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)貴陽(yáng)勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550081；2.漢中市石門(mén)水庫(kù)管理局，陜西 漢中 723000）

0 引言

水利工程在防洪減災(zāi)、蓄水灌溉、農(nóng)村飲水等方面起著重要的作用，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和水利建設(shè)方面占有重要的地位。我國(guó)許多中小型水庫(kù)建于上世紀(jì)六、七十年代，由于當(dāng)時(shí)資金少，材料短缺，施工技術(shù)落后，造成先天不足，而且這些水庫(kù)后期維修加固的投入少，許多工程都年久失修。這類(lèi)水庫(kù)帶病運(yùn)行對(duì)人民的生活和財(cái)產(chǎn)都有著巨大的威脅，迫切需要除險(xiǎn)加固。通過(guò)對(duì)樞紐工程設(shè)施進(jìn)行加固處理，確保工程能夠達(dá)到原有設(shè)計(jì)需求，達(dá)到運(yùn)行可靠安全的目標(biāo)。

1 工程概況

石門(mén)水庫(kù)位于陜西省漢中市漢江上游支流褒河峽谷出口以上1.8 km，距下游河?xùn)|店鎮(zhèn)3 km，南到漢中市18 km，是一座以灌溉為主、結(jié)合發(fā)電等綜合利用的大（2）型水利工程。樞紐工程由混凝土拱壩、河床電站、東西干渠引水渠首、下游反調(diào)節(jié)池、南干渠首等建筑物組成，見(jiàn)圖1。

圖1 樞紐平面布置圖

工程于1969 年10 月動(dòng)工興建，1972 年4 月下閘蓄水，1983 年建成。2014 年南京水科院受石門(mén)水庫(kù)管理局委托開(kāi)展大壩安全鑒定工作，結(jié)論為：石門(mén)水庫(kù)大壩存在病險(xiǎn)與安全隱患，壩頂超高不滿(mǎn)足規(guī)范要求，左岸泄洪洞不能按設(shè)計(jì)正常使用而影響防洪安全；水庫(kù)泥沙淤積較為嚴(yán)重，應(yīng)屬“三類(lèi)壩”，建議除險(xiǎn)加固。

2 除險(xiǎn)加固工程布置方案

2.1 大壩除險(xiǎn)加固處理原則

結(jié)合本工程特點(diǎn)，除險(xiǎn)加固方案應(yīng)因地制宜，擬定處理原則：（1）本工程已運(yùn)行近40 余年，樞紐區(qū)與周邊環(huán)境已協(xié)調(diào)，除險(xiǎn)加固方案布置和施工組織設(shè)計(jì)選取應(yīng)避免對(duì)拱壩結(jié)構(gòu)、壩肩抗力體等造成破壞；（2）本工程為國(guó)家級(jí)4A 景區(qū)，方案布置應(yīng)減少破土施工，特別應(yīng)減少對(duì)景區(qū)環(huán)境和文化氛圍的破壞；（3）本工程右岸壩前，左岸下游壩肩各有一處國(guó)家級(jí)文物，方案布置應(yīng)避開(kāi)文物保護(hù)范圍，不能避開(kāi)應(yīng)采取措施對(duì)文物保護(hù)；（4）工程除險(xiǎn)加固方案應(yīng)盡量減小對(duì)工程任務(wù)的影響，減小除險(xiǎn)加固期間發(fā)電損失。

2.2 除險(xiǎn)加固方案擬定

本工程大壩除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)方案主要圍繞大壩自身防洪安全和水庫(kù)排沙減淤進(jìn)行，保持水庫(kù)樞紐布置格局不變。

綜合石門(mén)水庫(kù)建筑物布置格局和地形地質(zhì)條件，除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)采用有兩種思路：第一種思路為增大泄流和排沙能力，不增加防洪庫(kù)容；第二種思路是增加防洪庫(kù)容，增大排沙能力，不改變泄流能力。

圍繞上述原則和思路，擬定三個(gè)方案：（1）擴(kuò)建底孔方案；（2）右岸新增泄洪洞方案；（3）大壩加高+改造左岸泄洪洞方案。其中擴(kuò)建底孔方案和右岸新增泄洪洞方案均屬于第一種思路，其不加高大壩，不增加防洪庫(kù)容；通過(guò)增、擴(kuò)建泄洪建筑物，既增大泄流，又增加排沙能力。加高大壩+改造左岸泄洪洞方案屬于第二種思路，通過(guò)加高大壩增加防洪庫(kù)容；同時(shí)改建原泄洪洞，降低其進(jìn)口高程，達(dá)到增大排沙能力的目的，基本不改變泄流能力。

2.3 除險(xiǎn)加固方案比較分析

（1）石門(mén)水庫(kù)建成后，壩踵8#～12# 壩段出現(xiàn)水平向拉裂縫、底孔也在1998 年安全鑒定時(shí)發(fā)現(xiàn)環(huán)縫，且根據(jù)大壩應(yīng)力分析，壩體局部應(yīng)力超標(biāo)。石門(mén)水庫(kù)建成40 余年，擴(kuò)建泄洪底孔可能影響大壩結(jié)構(gòu)安全；爆破和混凝土施工難度大、施工期度汛風(fēng)險(xiǎn)高；故擴(kuò)建泄洪底孔方案不適宜本工程。

（2）右壩肩地質(zhì)條件相對(duì)較差，山脊較為單薄，發(fā)育有E 號(hào)背斜，巖體擠壓、扭曲強(qiáng)烈，裂隙發(fā)育，巖體完整性較差，地下洞室結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差；現(xiàn)已有導(dǎo)流洞和河床電站、西干渠引水管線，布置隧洞空間有限。且右岸壩前水下保存有國(guó)家級(jí)文物“山河堰遺址”，占據(jù)了泄洪洞進(jìn)口區(qū)域。對(duì)其保護(hù)、搬遷等工作難度大，費(fèi)用高，工期長(zhǎng)，需長(zhǎng)時(shí)段放空水庫(kù)，影響工程灌溉任務(wù)，故右岸新增泄洪洞方案不適宜本工程。

（3）加高大壩增加了水庫(kù)有效庫(kù)容，除了防洪效益外，還可以增加水庫(kù)灌溉和發(fā)電效益，利用大壩加高的有利時(shí)機(jī)改善防汛交通和壩頂形象面貌，使之與景區(qū)旅游規(guī)劃相配套，提升景區(qū)星級(jí)，增加旅游收入；而改建左岸泄洪洞“龍?zhí)ь^”段，降低進(jìn)口高程，既能增大泄洪排沙規(guī)模，恢復(fù)庫(kù)容，又能解決泄洪洞負(fù)壓?jiǎn)栴}；該方案通過(guò)合理的施工組織設(shè)計(jì)能保證工程安全實(shí)施并將除險(xiǎn)加固工程施工對(duì)漢中市供水、農(nóng)業(yè)灌溉的影響降低到最小，技術(shù)、經(jīng)濟(jì)上可行。

經(jīng)上述分析，擴(kuò)建底孔方案、右岸新增泄洪洞方案僅理論上成立，均具備解決石門(mén)水庫(kù)防洪和排沙減淤的問(wèn)題，但存在過(guò)多限制條件，或?qū)嵤╇y度大、工程風(fēng)險(xiǎn)難以接受，或代價(jià)昂貴、影響工程任務(wù)，不具備實(shí)施性。加高大壩+改建泄洪洞方案在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)上均可行，該方案的實(shí)施將提高水庫(kù)綜合效益，且對(duì)漢中市供水、農(nóng)業(yè)灌溉的影響最小，因此將其作為本次除險(xiǎn)加固的推薦方案。

2.4 除險(xiǎn)加固方案設(shè)計(jì)

（1）大壩加高

大壩壩體加高可采用垂直加高和按拱壩曲線加高兩種方式，根據(jù)本工程大壩布置特點(diǎn)，壩頂較窄，壩頂設(shè)施設(shè)備較多，為滿(mǎn)足壩頂設(shè)備設(shè)施布置要求，非溢流壩段按重力式垂直加高，見(jiàn)圖2。加高后壩頂寬度仍維持原設(shè)計(jì)寬度，即最小寬度5 m。泄洪中孔壩段布置有斜拉檢修門(mén)，為能延用原門(mén)機(jī)，上游仍按原11°斜坡加高，見(jiàn)圖3。下游垂直加高，加高后的壩體采用接縫灌漿將拱壩結(jié)合為整體形成拱作用。

圖2 壩體垂直加高剖面圖

圖3 壩體傾斜加高剖面圖

大壩中孔、河床電站、東、西干渠渠首、底孔、泄洪洞進(jìn)水口閘墩垂直加高至622.50 m，啟閉排架拆除重建。新混凝土澆筑前，鑿除表層已碳化的老混凝土，沿壩體分縫縫面應(yīng)增設(shè)鍵槽，布置普通砂漿錨桿，做好層面處理。壩段間按照分縫設(shè)計(jì)方案布置接縫灌漿系統(tǒng)和止水，接縫灌漿后整個(gè)加高混凝土和原拱壩形成整體，聯(lián)合受力。

（2）泄洪洞改建

原左岸泄洪洞由進(jìn)口引渠段、岸塔式進(jìn)水口段、有壓隧洞段、出口閘室段、出口明渠段組成，全長(zhǎng)511.438 m，其中洞身段總長(zhǎng)約432 m。原泄洪洞為非常泄洪洞，泄洪調(diào)度不靈活、低水位運(yùn)行時(shí)部分洞段有負(fù)壓、出口泄洪霧化對(duì)沿岸影響嚴(yán)重等問(wèn)題。工程改建結(jié)合水庫(kù)排沙清淤的需要，將其改建為泄洪排沙洞，并解決負(fù)壓及泄洪霧化問(wèn)題，按照盡可能利用已建建筑物，滿(mǎn)足除險(xiǎn)加固的功能要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。本次改建對(duì)左岸泄洪洞進(jìn)水口及“龍?zhí)ь^”段（樁號(hào)0+000.000 m～0+192.949 m）進(jìn)行改造，泄洪排沙洞由進(jìn)口明渠段、豎井段、有壓隧洞段、出口閘室段、出口明渠段組成，岸塔式進(jìn)水口位于大壩左岸東干渠進(jìn)水口左側(cè)，進(jìn)水口后接內(nèi)徑6.8 m 圓形有壓隧洞，閘門(mén)豎井位于隧洞0+114.93 m 樁號(hào)，豎井高度36 m，下游與原泄洪洞“龍?zhí)ь^”底部（樁號(hào)0+192.949 m）處順接，坡比6.69%，泄洪洞下游及出口段（樁號(hào)0+192.949 m～0+482.328 m）保持不變。見(jiàn)圖4、圖5。

圖4 泄洪洞改造平面布置圖

圖5 泄洪洞改造剖面布置圖

改造后的泄洪排沙洞進(jìn)口底板高程降低至560.0 m，解決了洞身負(fù)壓?jiǎn)栴}并滿(mǎn)足水庫(kù)排沙清淤的需要；結(jié)合水工模型試驗(yàn)成果，對(duì)消能工進(jìn)行局部改造，采用較小的貼角體，改變水流流態(tài)，減弱泄洪霧化程度。

3 除險(xiǎn)加固項(xiàng)目特點(diǎn)

（1）除險(xiǎn)加固方案布置及施工組織設(shè)計(jì)要結(jié)合工程特點(diǎn)，因地制宜，盡可能避免對(duì)已有水工建筑物結(jié)構(gòu)造成破壞，減少對(duì)周邊環(huán)境和文化氛圍的破壞。

（2）除險(xiǎn)加固方案要盡量減小對(duì)工程任務(wù)的影響，減小除險(xiǎn)加固施工期間效益損失。

（3）設(shè)計(jì)中要充分考慮工程特點(diǎn)、施工條件、施工道路等因素，確保工程順利實(shí)施。

4 結(jié)論

石門(mén)水庫(kù)是漢中市重要的灌溉水源、國(guó)家級(jí)水利風(fēng)景區(qū)、漢江重要的滯洪錯(cuò)峰水庫(kù)，水庫(kù)大壩一旦失事，將造成巨大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)損失。石門(mén)水庫(kù)進(jìn)行除險(xiǎn)加固后，將持續(xù)發(fā)揮水庫(kù)的灌溉供水、滯洪錯(cuò)峰等綜合效益，為城市發(fā)展注入新的活力。

對(duì)水利工程除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)、施工而言，需要注意合理運(yùn)用相關(guān)技術(shù)和各種施工工藝，尤其是對(duì)于有著較大安全隱患的水利工程，更應(yīng)該結(jié)合與之相關(guān)的技術(shù)資料和勘探結(jié)果，對(duì)除險(xiǎn)加固的方案進(jìn)行不斷推敲、完善和改進(jìn)。本文除險(xiǎn)加固方案選取過(guò)程中提出的原則和項(xiàng)目特點(diǎn)，可為同類(lèi)項(xiàng)目在實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境效益、社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益、公共服務(wù)效益等方面提供借鑒。