劉鵬程，朱 健，王緒彬

（1.徐州市南水北調(diào)工程管理中心,江蘇 徐州 221200；2.上海千年城市規(guī)劃工程設(shè)計(jì)股份有限公司淮海設(shè)計(jì)院,江蘇 宿遷 223800）

1 工程概況

直溝1#骨干壩位于丘陵山區(qū),該溝道內(nèi)共有4 座骨干壩,自下游往上游依次為直溝1#至4#骨干壩,蘭新高鐵及 G6 國(guó)家高速及國(guó)道109 線公路從直溝1#骨干壩溝口北部穿行而過(guò),骨干壩為確保溝口段王家口村群眾生產(chǎn)、生活及溝口建筑及交通設(shè)施免受溝道內(nèi)洪水威脅而建,但在其建成后的長(zhǎng)期運(yùn)行中,因資金等原因工程缺少必要的維修養(yǎng)護(hù)導(dǎo)致泄水建筑物水工結(jié)構(gòu)老化失修等問(wèn)題嚴(yán)重,已不能正常使用。直溝1#骨干壩始建于2007 年4 月,原工程設(shè)計(jì)控制面積3.58 km2,主溝長(zhǎng)6.6 km,比降4.9%,可淤地面積為3.27 hm2,總庫(kù)容為 50.49萬(wàn)m3,其中淤積庫(kù)容為36.25萬(wàn)m3,防洪庫(kù)容為14.24萬(wàn)m3。目前該壩已運(yùn)行至今 11年,其已淤積庫(kù)容為25.19萬(wàn)m3,攔沙量為25.19萬(wàn)m3,剩余庫(kù)容為25.30萬(wàn)m3,已淤地面積為2.27 hm2。目前直溝1#骨干壩由放水建筑物和壩體“兩大件”組成,無(wú)溢洪道,該壩自建成至今運(yùn)行多年從未進(jìn)行過(guò)除險(xiǎn)加固,壩體及放水建筑物出現(xiàn)不同程度的安全隱患, 壩體下游有蘭新高鐵及G6 國(guó)家高速及國(guó)道109 線公路、王家口村和耕地等重要保護(hù)對(duì)象,因此直溝 1#骨干壩的除險(xiǎn)加固工作迫在眉睫。

2 存在的問(wèn)題及處理方案

通過(guò)進(jìn)一步核實(shí)直溝 1#骨干壩病險(xiǎn)情況,確定其目前存在以下隱患：

（1）壩體：

1）壩體運(yùn)行時(shí)間年限已接近設(shè)計(jì)年限,并無(wú)增設(shè)溢洪道設(shè)施,已淤積庫(kù)容達(dá)原工程設(shè)計(jì)淤積庫(kù)容69.4%,結(jié)合壩體下游有重要保護(hù)對(duì)象,對(duì)壩體正常運(yùn)行有安全隱患；

2）上游壩面壩前淤積處沖刷較為嚴(yán)重,約20 m被沖刷掏蝕為2 m高立面,已影響壩坡穩(wěn)定,上游壩面臥管附近壩腳坍塌較為嚴(yán)重；上游壩面左岸沖溝2 條,分別長(zhǎng) 5 m,深1.5 m,寬0.3 m和長(zhǎng)4 m,深0.6 m,寬0.2 m,陷穴共4 處,直徑0.3 m深0.3 m的3 處,直徑0.3 m深0.5 m的1處；

3）上游壩面右岸沖溝4 條,分別長(zhǎng)2 m寬0.2 m深 0.7 m,長(zhǎng) 5 m寬0.3 m深0.3 m,長(zhǎng) 10 m寬0.2 m深 0.5 m和長(zhǎng)12 m寬0.5 m深0.2 m。陷穴共11 處,直徑0.7 m深2 m的5 處,直徑0.5 m深2 m的2 處,直徑0.3 m深0.6 m的3 處,直徑1.2 m深1 m的1 處；

4）壩頂路面橫向裂縫2 條,分別為長(zhǎng)16 m,寬15 cm,深1.5 m和長(zhǎng)5 m,寬10 cm,深 1.0 m。陷穴共6 處,直徑0.7 m,深1.5 m的4 處,深 2.5 m的 2 處；

5）下游壩面左岸橫向沖溝3 條,分別為長(zhǎng)1 m,寬0.2 m,深0.2 m和長(zhǎng)9 m, 寬0.2 m,深1.5 m另一條長(zhǎng)5 m,寬0.1 m,深1 m；下游壩面右岸與壩肩交界處沖溝1 條,長(zhǎng) 6 m,寬0.3 m,深0.6 m。陷穴共5 處,直徑0.3 m 深1 m的2 處,直徑0.5 m深1 m的2 處,直徑 0.2 m深0.8 m的1 處；

6）壩面上下游兩岸均無(wú)排水設(shè)施,兩岸坡面洪水對(duì)壩面及放水建筑物沖刷嚴(yán)重；壩體下游馬道無(wú)縱向排水設(shè)施,壩面雨水對(duì)馬道沖刷較嚴(yán)重。

（2）溢洪道：直溝 1#骨干壩原設(shè)計(jì)無(wú)溢洪道,本骨干壩淤積庫(kù)容已超過(guò) 50%。

（3）放水管（臥管）：臥管臺(tái)階砼腐蝕嚴(yán)重,表面部分脫落,左右兩側(cè)的邊坡較陡,放水孔部分被粘土掩埋或堵塞,臥管最低處基礎(chǔ)被掏空。

（4）放水明渠：槽身輕度腐蝕,表面混凝土大面積脫落,受坡面雨水沖刷,部分橫向斷裂損壞,損壞長(zhǎng)度為10 m；涵管出口下游約15 m 處至放水明渠出口被淤泥填埋,已無(wú)法繼續(xù)使用。

圖1 淤地壩現(xiàn)狀問(wèn)題圖

進(jìn)一步核實(shí)該淤地壩病險(xiǎn)情況,經(jīng)認(rèn)真分析研究,依據(jù)國(guó)家現(xiàn)行規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn), 對(duì)該水庫(kù)工程采取以下工程方案進(jìn)行除險(xiǎn)加固：

（1）壩體：修復(fù)壩面沖溝,對(duì)壩面沖溝以1:1的邊坡開(kāi)挖后進(jìn)行換填,回填土壓實(shí)度系數(shù)需滿足碾壓土石壩回填土壓實(shí)度要求；壩體上、下游壩面兩岸增設(shè)縱向排水溝,減輕坡面雨水對(duì)上下游壩面的沖刷；下游馬道內(nèi)側(cè)增設(shè)橫向排水溝, 減輕壩面雨水對(duì)馬道的沖刷破壞；對(duì)26 眼壩面陷穴直接采用進(jìn)行人工封填處理。

（2）泄洪建筑物：增設(shè)溢洪道,從而防止出現(xiàn)漫壩的危險(xiǎn),確保下游村莊及道路設(shè)施的安全。

（3）放水建筑物：將進(jìn)口臥管兩側(cè)陡坡分兩部分進(jìn)行削坡,陡坡下部分以1∶0.75 邊坡進(jìn)行削坡后留1 m寬?cǎi)R道,上部分以1∶1邊坡進(jìn)行削坡,掩埋或堵塞的放水孔進(jìn)行人工清理,放水孔進(jìn)行表面沖洗后砂漿抹面,保證臥管放水孔暢通； 拆除已損壞段12.7 m出口明渠及消力池并重新修建,其余明渠進(jìn)行表面沖洗后砂漿抹面。

3 除險(xiǎn)加固措施

3.1 溢洪道設(shè)計(jì)

為不影響已建壩體的整體穩(wěn)定,此次工程選擇岸邊式溢洪道,在現(xiàn)場(chǎng)多次查看地形地貌及方案技術(shù)及經(jīng)濟(jì)比較后,選擇將溢洪道布置于直溝1#骨干壩右岸臺(tái)地至下游側(cè)一處較長(zhǎng)溝道內(nèi),右岸地勢(shì)相對(duì)左岸開(kāi)挖量較小,施工方便,本次設(shè)計(jì)擬在右岸壩肩布置溢洪道。

直溝1#骨干壩溢洪道布置在壩右岸,采用開(kāi)敞式正槽溢洪道,不設(shè)閘門(mén),溢洪道總長(zhǎng)91.60 m,總落差17.3 m,溢洪道由進(jìn)水渠段、控制段、泄槽段、消能段、出水渠組成,全段采用 C25 F200 W4 鋼筋混凝土現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)。溢洪道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下：

（1）進(jìn)水渠段（喇叭口段）

進(jìn)水渠段包括引水喇叭口和進(jìn)水漸變兩部分,溢洪道K0+005.0前為進(jìn)水喇叭口段,長(zhǎng)5.0 m；首端底板高程為2047.9 m,喇叭口首端寬5 m,經(jīng)喇叭口漸變?yōu)檫M(jìn)水渠漸變段,進(jìn)水渠段側(cè)墻高與溢流堰側(cè)墻高相同,進(jìn)水渠段底板厚0.3 m,側(cè)墻高2.6 m,厚0.3 m。

（2）控制段（溢流堰段）

溢流堰采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、施工方便、對(duì)承載能力較差的土基較為適用的寬頂堰, 溢流堰底板與進(jìn)水渠末端底板同高。溢流堰長(zhǎng)4.0 m,堰頂高程為2047.9 m,溢流堰橫斷面采用矩形斷面,溢流堰底寬取3.0 m,底板厚0.3 m,側(cè)墻高2.6 m,厚0.3 m。

（3）泄槽段

泄槽段長(zhǎng)53.6 m,該段為暗渠,蓋板厚0.2 m,設(shè)計(jì)比降i=1/3.0,其中泄槽樁號(hào)K0+024.0～K0+34.0為泄槽邊墻高度漸變段,邊墻由2.6 m高度漸變?yōu)?.7 m。

（4）消力池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

消力池長(zhǎng)9 m,采用底流消能方式,消力池寬度B=3 m,蓋板厚0.2 m,側(cè)墻厚0.50 m,底板厚為0.5 m,側(cè)墻高為2.3 m,混凝土外表層涂瀝青和鋪設(shè)規(guī)格為550 g/m2復(fù)合土工膜。

（5）出水渠

出水渠長(zhǎng)5.0 m,矩形斷面,底寬3.0 m,底板厚0.3 m,側(cè)墻厚0.3 m?；炷镣獗韺油繛r青和鋪設(shè)規(guī)格550 g/m2復(fù)合土工膜。

根據(jù)地勘報(bào)告,溢洪道全段基礎(chǔ)底部鋪設(shè)0.5 m厚灰土墊層,灰土之上鋪設(shè)0.1 m厚 C10 混凝土墊層,方便施工。

3.2 放水建筑物維修

原設(shè)計(jì)放水建筑物主要由臥管、放水涵管、放水明渠和消力池組成,目前臥管和涵管結(jié)構(gòu)完好可繼續(xù)使用,明渠因水力沖刷、腐蝕等原因損毀嚴(yán)重,無(wú)法正常排水。

（1）臥管維修

目狀臥管兩側(cè)邊坡較陡,臥管大部分放水孔已被兩側(cè)陡坡塌陷的泥土堵塞, 本次設(shè)計(jì)將臥管兩側(cè)陡坡上部以1:1邊坡進(jìn)行削坡下部以1∶0.75邊坡削坡,中間設(shè)1 m馬道便于削坡施工,削坡棄土清理到壩上游庫(kù)區(qū),臥管坡度陡,開(kāi)挖困難, 只能采用人工開(kāi)挖削坡,共計(jì)開(kāi)挖土方 50 m3。掩埋或堵塞的放水孔進(jìn)行人工清理,放水孔進(jìn)行表面沖洗后砂漿抹面,保證臥管放水孔暢通。

（2）放水陡槽明渠及消力池維修

原建放水明渠斷面滿足骨干壩汛期排水的需求,本次設(shè)計(jì)對(duì)10 m出口明渠損壞段進(jìn)行拆除重建,結(jié)構(gòu)尺寸亦沿用原設(shè)計(jì),明渠底寬0.8 m,深0.9 m,底厚0.3 m、壁厚0.25 m,采用C25 F200 W4 現(xiàn)澆鋼筋砼結(jié)構(gòu),渠底比降1/3,為防止腐蝕,混凝土外表層涂一層瀝青和鋪設(shè)規(guī)格為550 g/m2復(fù)合土工膜,基礎(chǔ)鋪設(shè)30 cm厚三七灰土墊層,為了方便施工灰土墊層上鋪設(shè)10 cmC10 砼墊層。

原建放水明渠消力池?cái)嗝鏉M足骨干壩汛期排水的需求,本次設(shè)計(jì)對(duì)損壞消力池拆除重建,結(jié)構(gòu)尺寸亦沿用原設(shè)計(jì),消力池長(zhǎng)2.7 m,底寬0.8 m,深0.8 m,底厚0.4 m,壁厚0.3 m,消力池出口寬度0.8 m。采用C25 F200 W4 現(xiàn)澆鋼筋砼結(jié)構(gòu),為防止腐蝕,混凝土外表層涂一層瀝青涂料和鋪設(shè)規(guī)格為550 g/m2復(fù)合土工膜, 基礎(chǔ)鋪設(shè)30 cm厚三七灰土墊層,為了方便施工灰土墊層上鋪設(shè)10 cmC10 砼墊層[1]。

3.3 排水溝設(shè)計(jì)

骨干壩原設(shè)計(jì)上下游坡腳、馬道均無(wú)排水溝,導(dǎo)致現(xiàn)狀上下游壩面及建筑物受坡面雨水沖刷嚴(yán)重。因此本次除險(xiǎn)設(shè)計(jì)在壩面上下游設(shè)置排水溝7 條,總長(zhǎng)566 m,其中橫向壩軸線排水溝3 條,長(zhǎng) 262 m；縱向壩軸線排水溝4 條,長(zhǎng)304 m,通過(guò)7 條排水溝將壩面及兩岸坡面雨水排至壩腳以外,防止坡面雨水繼續(xù)沖毀壩面。橫向岸坡排水溝沿兩岸坡腳布置,縱向排水溝沿上、下游馬道內(nèi)側(cè)布置,排水溝采用矩形斷面,采用C20 混凝土現(xiàn)澆結(jié)構(gòu),底寬30 cm,深30 cm,壁厚 10 cm。

3.4 壩面破損處理

直溝 1#骨干壩建壩11年以來(lái)未經(jīng)任何加固或維修,根據(jù)《直溝 1#骨干壩病險(xiǎn)認(rèn)定報(bào)告》及現(xiàn)場(chǎng)勘查,直溝1#骨干壩壩面沖溝共計(jì)10條,其中上游壩面沖溝6 條,下游壩面沖溝4條。此次加固工程對(duì)壩面表面沖溝及壩頂路面2 條裂縫以1∶1的邊坡開(kāi)挖后進(jìn)行原土換填,回填土壓實(shí)度系數(shù)需滿足碾壓土石壩回填土壓實(shí)度要求。具體處理措施如下：

（1）沖溝及裂縫的開(kāi)挖長(zhǎng)度應(yīng)超過(guò)沖溝兩段各1.0 m,深度超過(guò)沖溝縫隙盡頭1 m,開(kāi)挖溝槽底部的寬度不得小于1 m,邊坡應(yīng)滿足穩(wěn)定及新舊填土接合的要求[1], 此次工程采用1∶1邊坡進(jìn)行開(kāi)挖成梯形斷面。

（2）溝槽開(kāi)挖應(yīng)做好安全防護(hù)工作,防止坑槽進(jìn)水,導(dǎo)致土壤干裂或凍裂,挖出的土料要遠(yuǎn)離坑口堆放。

（3）壩體回填應(yīng)采用原壩體或與其性質(zhì)相近的填料,并控制回填土料的含水量大于最優(yōu)含水量的1%～2%。

（4）溝槽回填時(shí)應(yīng)逐級(jí)削去邊坡臺(tái)階,將槽壁灑水浸濕,分層回填夯實(shí),要特別注意坑槽邊角處的夯實(shí)質(zhì)量,干容重要達(dá)到原壩體設(shè)計(jì)要求,回填土的壓實(shí)系數(shù)不得小于0.97[2]。

（5）沖溝處理一般應(yīng)在低水位時(shí)進(jìn)行,冬季應(yīng)防止填土凍土及土料凍結(jié),夏季應(yīng)防止土壤暴曬干裂,雨季應(yīng)防止雨水流入溝槽。

（6）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘查直溝1#骨干壩壩坡人工植被較好,整體坡面平整穩(wěn)定,偶見(jiàn)陷穴,共計(jì)26 眼,深度不大,洞口直徑在0.3 m以下,對(duì)壩體影響不大。此次加固工程對(duì)陷穴進(jìn)行1∶1的邊坡開(kāi)挖至完整層以下1.0 m后原土換填,回填土壓實(shí)度系數(shù)需滿足碾壓土石壩回填土壓實(shí)度要求,開(kāi)挖和回填方法跟沖溝處理方法相同。

4 結(jié)論及建議

在分析直溝 1#骨干壩目前存在的病險(xiǎn)安全隱患的前提下,對(duì)直溝 1#骨干壩進(jìn)行除險(xiǎn)加固并采取了除險(xiǎn)加固措施。此次除險(xiǎn)加固工程的實(shí)施,有效地保護(hù)壩體下游峰堆鄉(xiāng)王家口村總?cè)丝诩案?以及溝口縣、鄉(xiāng)公路鐵路,保護(hù)了壩體下游人民群眾生命、財(cái)產(chǎn)安全,確保下游地區(qū)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,村民免受直溝 1#洪水的威脅。