黃海波，金 輝，張 煜，陳俊杰

（1.清原滿族自治縣水利工程技術(shù)管理站，遼寧清原113300；2.中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，吉林長(zhǎng)春130021）

1 工程概況

紅河水庫位于遼寧省清原滿族自治縣境內(nèi)渾河上游左岸支流紅河上，集水面積為806km2，總庫容為1207萬m3。水庫工程等別為Ⅲ等，主要建筑物級(jí)別為3級(jí)。樞紐工程主要由攔河壩、二道壩和輸水系統(tǒng)等組成。攔河壩為混凝土拱壩，全長(zhǎng)233.524m，二道壩位于大壩下游100m處，全長(zhǎng)135m，二道壩下游設(shè)有交通橋，輸水系統(tǒng)位于庫區(qū)左岸，進(jìn)水口在大壩上游約1000m處。

2 存在的問題

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整和資料分析，現(xiàn)狀樞紐建筑物存在如下問題：

1）校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為300年一遇，洪水標(biāo)準(zhǔn)不滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。

2）為保證水庫正常運(yùn)行20年預(yù)留淤積庫容和清原縣城供水的目標(biāo)，為此水庫需要興利庫容578萬m3?，F(xiàn)狀總庫容為512萬m3，正常高水位以下有效庫容僅為約87萬m3。庫區(qū)泥沙淤積嚴(yán)重，拱壩上游面應(yīng)力增大，拱壩上游面最大主拉應(yīng)力為-1.34MPa，不滿足規(guī)范要求，興利庫容不滿足供水等功能要求。

3）壩下二道壩已沖毀，無法形成設(shè)計(jì)要求的跌流消能水墊塘深度，大流量泄洪會(huì)對(duì)大壩下游側(cè)基礎(chǔ)產(chǎn)生沖刷，形成沖坑，影響壩體穩(wěn)定。

4）大壩背水面保溫苯板已全部脫落，無法起到保溫作用，影響壩體結(jié)構(gòu)安全。

5）壩體接縫出現(xiàn)滲水并伴有白色析出物，原導(dǎo)流孔封堵體存在滲漏和鋼筋銹蝕現(xiàn)象。

6）輸水洞進(jìn)水口檢修閘門主要構(gòu)件嚴(yán)重銹蝕，進(jìn)水口啟閉機(jī)無供電、配電及控制系統(tǒng)，閘門無法正常啟閉。水下攔污柵已嚴(yán)重淤堵，洞內(nèi)流量?jī)H供1臺(tái)機(jī)組發(fā)電的（共4臺(tái)機(jī)組）。

7）壩下交通橋被沖毀，防汛道路路況差。

3 除險(xiǎn)加固必要性

1）2015年12月南京水利科學(xué)研究院將紅河水庫大壩安全類別評(píng)定為三類壩，存在嚴(yán)重安全風(fēng)險(xiǎn)。

2）庫區(qū)內(nèi)泥沙淤積情況嚴(yán)重，已影響工程安全運(yùn)行，過高的淤積高程對(duì)拱壩自身結(jié)構(gòu)安全和工程效益均產(chǎn)生不利影響，嚴(yán)重影響水庫的輸水、發(fā)電運(yùn)行。

3）水庫的主要工程任務(wù)發(fā)生變化，為清原滿族自治縣主水源地。目前紅河水庫淤積嚴(yán)重，有效庫容不夠，無法滿足城市供水需求。

鑒于上述情況，紅河水庫除險(xiǎn)加固勢(shì)在必行。

4 除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)

針對(duì)水庫樞紐建筑物現(xiàn)狀存在的問題，采取相應(yīng)的處理方案對(duì)水庫進(jìn)行除險(xiǎn)加固。

4.1 大壩加固設(shè)計(jì)

1）溢流壩擴(kuò)建。由于洪水標(biāo)準(zhǔn)提高，為了將50年一遇的設(shè)計(jì)洪水、500年一遇的校核洪水安全下泄，經(jīng)多方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后，采取提高大壩泄洪能力與新建泄洪排沙洞聯(lián)合泄洪的方案。擴(kuò)建后，溢流前緣總寬度由90m增加到133m。

為保護(hù)壩腳不受水流的進(jìn)一步?jīng)_刷破壞，在溢流壩寬度范圍內(nèi)恢復(fù)原設(shè)計(jì)的護(hù)坦，在下游設(shè)長(zhǎng)10.0m的混凝土護(hù)坦，厚0.5m。

2）大壩上游面防滲。針對(duì)大壩混凝土澆筑層間施工冷縫分界明顯，錯(cuò)臺(tái)較多，幾乎所有的施工層間縫、壩體橫縫處均有白色析出物的滲漏情況，受庫水位影響，只能對(duì)死水位以上范圍的上游壩面采用先對(duì)壩體表面蜂窩眼、孔洞、縫隙等缺陷采用環(huán)氧膠泥填補(bǔ)處理，然后對(duì)上游壩面表面進(jìn)行打磨、清洗，最后涂刷聚脲的防滲處理方案。

3）大壩接縫及導(dǎo)流底孔灌漿。為徹底解決壩體自身防滲及結(jié)構(gòu)耐久性問題，在下游對(duì)大壩接縫水泥灌漿和導(dǎo)流底孔封堵體周邊縫化學(xué)灌漿。

4）大壩下游面保溫。目前大壩背水面保溫苯板已全部脫落，無法起到保溫作用，采用中國(guó)水利水電科學(xué)研究院結(jié)構(gòu)材料所的拱壩體形優(yōu)化程序（ADASO、拱梁分載法）對(duì)現(xiàn)狀大壩進(jìn)行壩體應(yīng)力復(fù)核計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 現(xiàn)狀壩體應(yīng)力特征值及其部位表 MPa

在保溫層失效情況下，拱壩現(xiàn)狀壩體應(yīng)力在各基本組合下均不滿足規(guī)范要求的主拉應(yīng)力-1.2MPa控制標(biāo)準(zhǔn)，且超標(biāo)拉應(yīng)力數(shù)值及分布范圍較大?？紤]紅河水庫地處東北嚴(yán)寒地區(qū)，為了消減大壩表面溫度梯度，控制大壩表面溫度應(yīng)力，防止大壩危害性裂縫的產(chǎn)生，需對(duì)大壩表面采取保溫措施。

考慮大壩下游面多處于長(zhǎng)期外露、無水的狀態(tài)，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，采用下游全壩面保溫措施：壩體表面存在的蜂窩眼、孔洞、縫隙等缺陷采用環(huán)氧膠泥填補(bǔ)處理、環(huán)氧修補(bǔ)膏找平處理、環(huán)氧底漆處理、噴涂5cm厚聚氨酯、35um防老化面的保溫方案。采取保溫措施后的壩體應(yīng)力復(fù)核計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 加固有保溫層壩體應(yīng)力特征值及其部位表 MPa

壩體下游面采取保溫措施后，在基本組合控制工況（正常蓄水位+溫降）和特殊組合校核溫升工況下，壩體應(yīng)力均滿足規(guī)范要求；雖然在死水位溫升工況下，壩體下游面仍存在小范圍超出應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)的拉應(yīng)力區(qū)，但其應(yīng)力值及影響范圍均較現(xiàn)狀大幅度減小，加之紅河水庫大壩調(diào)節(jié)能力較弱，該工況發(fā)生的頻率極低。綜上所述，壩體下游面采取保溫措施后，壩體應(yīng)力得到了極大改善，壩體應(yīng)力水平大幅度降低，高應(yīng)力區(qū)分布范圍顯著減小，大壩正常使用狀況下應(yīng)力基本滿足規(guī)范要求，大壩整體安全處于可控狀態(tài)。

4.2 二道壩設(shè)計(jì)

根據(jù)水力學(xué)計(jì)算消能結(jié)果，原漿砌石二道壩的位置和高度能夠滿足消能防沖要求，新建壩體結(jié)構(gòu)形式仍與原設(shè)計(jì)相同的混凝土二道壩。

4.3 泄洪排沙洞

在輸水洞附近新建長(zhǎng)1199.00m，直徑6m圓形斷面的泄洪排沙洞，與大壩共同承擔(dān)紅河水庫的泄洪任務(wù)，兼顧輸水洞進(jìn)水口區(qū)域內(nèi)的清淤?zèng)_沙任務(wù)，同時(shí)，由于進(jìn)口底板高程低于死水位，因此可兼作大壩檢修放空之用。

4.4 輸水洞進(jìn)口改造

將輸水洞進(jìn)水口攔污柵檢修高程269.70m以上結(jié)構(gòu)全部拆除，按照更新后的金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其啟閉設(shè)備選型，重新進(jìn)行攔污柵啟閉機(jī)室布置設(shè)計(jì)。

4.5 輸水洞清淤

由于水庫淤積嚴(yán)重，導(dǎo)致輸水洞進(jìn)口和洞內(nèi)也同時(shí)淤堵，輸水洞上游幾乎全部淤滿，下游淤堵情況略好，為保證輸水暢通，對(duì)輸水洞進(jìn)口和洞內(nèi)進(jìn)行清淤處理。

結(jié)合庫區(qū)和壩前清淤，紅河水庫正常高水位對(duì)應(yīng)庫容為637萬m3，總庫容為1144萬m3，工程規(guī)模仍為中型。

4.6 交通恢復(fù)

防汛道路按原路線、原標(biāo)準(zhǔn)、原路面高程、寬度進(jìn)行恢復(fù)，局部對(duì)路面高程和寬度進(jìn)行調(diào)整。為保障大壩運(yùn)行管理人員、小型設(shè)備運(yùn)輸和突發(fā)事件疏散等交通，在水毀原交通橋處新建多跨預(yù)制裝配式鋼筋混凝土梁橋。交通橋按河道條件全長(zhǎng)112m，單跨16m，共7跨。

4.7 壩前清淤

隨著壩前泥沙淤積高程的增加，壩體所受的泥沙壓力也隨之增大，對(duì)壩體應(yīng)力產(chǎn)生不利影響。為大壩的運(yùn)行安全，對(duì)壩前50m范圍泥沙進(jìn)行清理，恢復(fù)至原地面高程。

4.8 安全監(jiān)測(cè)

現(xiàn)狀紅河水庫除庫水位外，無法獲取任何監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，壩內(nèi)測(cè)縫計(jì)及電阻溫度計(jì)電纜頭遺失無法觀測(cè)。由于工程為除險(xiǎn)加固工程，壩體原始斷面單薄，沒有設(shè)置廊道，因此，大壩內(nèi)部變形觀測(cè)項(xiàng)目不具備增設(shè)條件，滲流觀測(cè)也比較困難，唯有外部變形觀測(cè)具備增設(shè)條件，同時(shí)也比較容易實(shí)現(xiàn)。

5 結(jié)語

結(jié)合紅河水庫現(xiàn)狀情況，為滿足建筑物安全和水庫功能要求，從防洪標(biāo)準(zhǔn)、樞紐建筑物自身缺陷、水庫供水、大壩監(jiān)測(cè)和交通等方面進(jìn)行除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)是合理的，也是勢(shì)在必行的。