骨干壩除險(xiǎn)加固工程問題及措施

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［摘要］根據(jù)某骨干壩水庫工程的工程現(xiàn)狀,分析現(xiàn)階段水庫存在的工程隱患,提出除險(xiǎn)加固的方案,進(jìn)一步對(duì)新建溢洪道、放水管維修以及壩面破損處理等措施進(jìn)行詳細(xì)的闡述,旨在為骨干壩除險(xiǎn)加固工程建設(shè)提供相關(guān)設(shè)計(jì)施工依據(jù)和方法,也為同類型工程建設(shè)提供參考和經(jīng)驗(yàn)借鑒。

［關(guān)鍵詞］骨干壩；存在的問題；除險(xiǎn)加固措施；溢洪道設(shè)計(jì)；探究

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國家高速及國道109線公路從直溝1#骨干壩溝口北部穿行而過,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3.58km2,主溝長6.6km,比降4.9%,可淤地面積為3.27hm2,總庫容為50.49萬m3,其中淤積庫容為36.25萬m3,防洪庫容為14.24萬m3。目前該壩已運(yùn)行至今11年,其已淤積庫容為25.19萬m3,攔沙量為25.19萬m3,剩余庫容為25.30萬m3,已淤地面積為2.27hm2。目前直溝1#骨干壩由放水建筑物和壩體“兩大件”組成,無溢洪道,該壩自建成至今運(yùn)行多年從未進(jìn)行過除險(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國家高速及國道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存在的問題及處理方案

通過進(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,并無增設(shè)溢洪道設(shè)施,已淤積庫容達(dá)原工程設(shè)計(jì)淤積庫容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20m被沖刷掏蝕為2m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5m,深1.5m,寬0.3m和長4m,深0.6m,寬0.2m,陷穴共4處,直徑0.3m深0.3m的3處,直徑0.3m深0.5m的1處；3）上游壩面右岸沖溝4條,分別長2m寬0.2m深0.7m,長5m寬0.3m深0.3m,長10m寬0.2m深0.5m和長12m寬0.5m深0.2m。陷穴共11處,直徑0.7m深2m的5處,直徑0.5m深2m的2處,直徑0.3m深0.6m的3處,直徑1.2m深1m的1處；4）壩頂路面橫向裂縫2條,分別為長16m,寬15cm,深1.5m和長5m,寬10cm,深1.0m。陷穴共6處,直徑0.7m,深1.5m的4處,深2.5m的2處；5）下游壩面左岸橫向沖溝3條,分別為長1m,寬0.2m,深0.2m和長9m,寬0.2m,深1.5m另一條長5m,寬0.1m,深1m；下游壩面右岸與壩肩交界處沖溝1條,長6m,寬0.3m,深0.6m。陷穴共5處,直徑0.3m深1m的2處,直徑0.5m深1m的2處,直徑0.2m深0.8m的1處；6）壩面上下游兩岸均無排水設(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)無溢洪道,本骨干壩淤積庫容已超過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,損壞長度為10m；涵管出口下游約15m處至放水明渠出口被淤泥填埋,已無法繼續(xù)使用。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)國家現(xiàn)行規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn),對(duì)該水庫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1m寬馬道,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12.7m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)一處較長溝道內(nèi),右岸地勢相對(duì)左岸開挖量較小,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,采用開敞式正槽溢洪道,不設(shè)閘門,溢洪道總長91.60m,總落差17.3m,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C25F200W4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5.0m；首端底板高程為2047.9m,喇叭口首端寬5m,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0.3m,側(cè)墻高2.6m,厚0.3m。（2）控制段（溢流堰段）溢流堰采用結(jié)構(gòu)簡單、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4.0m,堰頂高程為2047.9m,溢流堰橫斷面采用矩形斷面,溢流堰底寬取3.0m,底板厚0.3m,側(cè)墻高2.6m,厚0.3m。（3）泄槽段泄槽段長53.6m,該段為暗渠,蓋板厚0.2m,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2.6m高度漸變?yōu)?.7m。（4）消力池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)消力池長9m,采用底流消能方式,消力池寬度B=3m,蓋板厚0.2m,側(cè)墻厚0.50m,底板厚為0.5m,側(cè)墻高為2.3m,混凝土外表層涂瀝青和鋪設(shè)規(guī)格為550g/m2復(fù)合土工膜。（5）出水渠出水渠長5.0m,矩形斷面,底寬3.0m,底板厚0.3m,側(cè)墻厚0.3m。混凝土外表層涂瀝青和鋪設(shè)規(guī)格550g/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)0.5m厚灰土墊層,灰土之上鋪設(shè)0.1m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)1m馬道便于削坡施工,削坡棄土清理到壩上游庫區(qū),臥管坡度陡,開挖困難,只能采用人工開挖削坡,共計(jì)開挖土方50m3。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)10m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0.8m,深0.9m,底厚0.3m、壁厚0.25m,采用C25F200W4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550g/m2復(fù)合土工膜,基礎(chǔ)鋪設(shè)30cm厚三七灰土墊層,為了方便施工灰土墊層上鋪設(shè)10cmC10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2.7m,底寬0.8m,深0.8m,底厚0.4m,壁厚0.3m,消力池出口寬度0.8m。采用C25F200W4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550g/m2復(fù)合土工膜,基礎(chǔ)鋪設(shè)30cm厚三七灰土墊層,為了方便施工灰土墊層上鋪設(shè)10cmC10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566m,其中橫向壩軸線排水溝3條,長262m；縱向壩軸線排水溝4條,長304m,通過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30cm,深30cm,壁厚10cm。3.4壩面破損處理直溝1#骨干壩建壩11年以來未經(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)場勘查,直溝1#骨圖1淤地壩現(xiàn)狀問題圖（1）壩坡面陷穴（2）上游壩面沖溝（3）臥管及兩側(cè)邊坡干壩壩面沖溝共計(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）沖溝及裂縫的開挖長度應(yīng)超過沖溝兩段各1.0m,深度超過沖溝縫隙盡頭1m,開挖溝槽底部的寬度不得小于1m,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)行開挖成梯形斷面。（2）溝槽開挖應(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,偶見陷穴,共計(jì)26眼,深度不大,洞口直徑在0.3m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的邊坡開挖至完整層以下1.0m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。

參考文獻(xiàn)

[1]張連平.西河水庫除險(xiǎn)加固措施[J].山西水利科技,2012.11.

[2]唐清華.黃栗樹水庫溢洪道工程地質(zhì)分析探討[J].治淮,2017.9.

作者：劉鵬程 朱健 王緒彬 單位：徐州市南水北調(diào)工程管理中心 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