水庫除險加固設計探索

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紅旗水庫于1971年冬動工興建，1973年至1975年大壩繼續(xù)加高加固和其它工程的續(xù)建配套，1976年開始發(fā)揮效益，工程達到現(xiàn)有規(guī)模。至今，水庫樞紐各建筑物均已出現(xiàn)不同程度的質(zhì)量安全隱患，在大壩安全鑒定中被評為三類工程。為了能針對大壩工程存在問題進行除險加固，需要盡快地消除安全隱患，確保工程正常安全運行，充分發(fā)揮效益。

1工程概況

紅旗水庫屬重點小(1)型水庫，位于瑞昌市西部花園鄉(xiāng)茅竹村，距瑞昌市城區(qū)約50km，座落在長河支流烏石河上，屬賽湖水系，地理坐標為E115°31'52″，N29°35'57″。該壩址以上集雨面積4.82km2，主河道長2.76km，河道比降4.7%，總庫容366.6萬方，設計灌溉面積533.3hm2，目前實際灌溉面積166.7hm2，發(fā)電裝機55kW。大壩保護水庫下游花園鄉(xiāng)所在地及12個村莊，人口達1.1萬余人，耕地600hm2及武九鐵路、九江至修水公路和瑞昌至陽新公路的安全。是一座以灌溉為主兼顧防洪、養(yǎng)殖等綜合效益的重點小(1)型水庫工程。

2水庫存在問題

紅旗水庫運行幾十年來，發(fā)現(xiàn)大壩滲漏等險情不斷惡化，大壩無排水反濾設施，危及到大壩的安全;溢洪道底板混凝土開裂、裂縫多，混凝土強度低，施工質(zhì)量差，出水渠道兩側(cè)漿砌石邊墻單薄，砌護塊石風化、松動;灌溉涵管斷裂、管壁滲水嚴重，閘門啟閉機銹蝕、拉桿彎曲，啟閉不靈，無法正常啟閉;放空涵管管身斷裂，管壁存在漏水，現(xiàn)已封堵，但封堵不嚴;無管理設施等，水庫不能安全運行，必須進行除險加固［1］。

3水庫除險加固設計

3.1樞紐布置及除險加固設計要點依據(jù)水庫樞紐工程運行現(xiàn)狀及存在的主要問題，結(jié)合地形地質(zhì)條件，確定本次水庫工程樞紐布置及除險加固設計要點為:1)大壩現(xiàn)狀軸線向下游偏移7.72m，對大壩進行除險加固。2)保持溢洪道位置、過流能力及過流形式不變，對其進行除險加固。3)加固壩下灌溉涵管。4)封堵原壩下放空涵管。5)對上壩公路進行維修，配置必要的水庫運行觀測設施和管理設施，設置專職管理機構(gòu)，加強工程管理，確保水庫安全運行，充分發(fā)揮效益［2］。3.2大壩除險加固設計1)壩坡加固設計:根據(jù)大壩壩坡穩(wěn)定計算結(jié)果，大壩下游坡的抗滑穩(wěn)定系數(shù)不能滿足規(guī)范要求。在水位降落期，大壩上游坡的抗滑穩(wěn)定系數(shù)能滿足規(guī)范要求。為保證壩坡穩(wěn)定，除對大壩進行防滲處理降低浸潤線外，還應放緩下游邊坡。考慮到采用下游削坡放緩，上游補坡方案，工作量大，且上游補坡需要圍堰，因此考慮將原壩軸線向下游偏移1.5m，采用上游削坡，下游補坡方案。上游壩坡:考慮到本工程壩下放空涵管無法放空水庫，在高程195.0m處預留1.0m平臺，平臺以上削坡邊坡至1∶2.5，平臺以下維持原壩坡現(xiàn)狀。下游壩坡:在高程200.0m新修馬道，寬分別為2.0m，馬道以上坡比1∶2.5，以下1∶2.5。然后采用草皮護砌，減小坡面雨水的沖刷。為了方便管理，在下游壩坡修建漿砌石便民踏步兩條，寬1.2m。2)護坡設計:上游壩坡原混凝土預制塊損壞嚴重，必須重新護坡，原混凝土預制塊拆除后，可采用混凝土預制塊護坡和干砌石護坡，根據(jù)本工程的實際情況，干砌石料資源缺乏，需到70KM外購運，施工運輸不便，考慮到混凝土預制塊護坡施工速度快、美觀、耐久性好特點，因此選用預制塊護坡。下游草皮護坡。3)壩頂構(gòu)造設計:為改善大壩防汛交通條件，結(jié)合壩頂加高和水庫運行管理要求，壩頂設置20cm厚混凝土路面，路面向下游側(cè)設2%的橫向坡面排水，壩頂路面兩側(cè)埋設50cm×60cm的M7.5漿砌石路肩石。現(xiàn)狀壩頂高程210.0m，按防洪安全復核后，大壩現(xiàn)狀壩頂高程不滿足設計洪水、校核洪水及近期非常運用洪水的安全需要。本次壩頂高程設計為210.5m，壩頂寬度取5.0m。4)坡面排水設計為避免雨水漫流沖刷壩坡，在下游壩坡兩岸交線各設置一條橫向排水溝，斷面尺寸為0.4m×0.3m，在馬道、貼坡排水頂部內(nèi)側(cè)和壩腳處各設置縱排水溝一條，斷面尺寸為0.3m×0.3m，縱橫排水溝相連通。5)排水設施設計:由于對大壩壩體采用了防滲處理，有效的降低了浸潤線，壩坡也穩(wěn)定，沒有必要采用棱體排水再次降低浸潤線，且棱體排水要深入壩體，對壩體開挖比較大，對壩體整體穩(wěn)定不利，棱體施工費用也高，考慮到滲流出逸點仍在下游坡上，因此本次設計采用貼坡排水。貼坡排水分為3層，從里向外分別為30cm砂卵石、30cm碎石、40cm塊石，其中砂卵石及碎石的粒徑及級配根據(jù)充填砂的粒徑按有關規(guī)范通過計算確定，排水設施高度超出浸潤線1.5m，頂高程為182.4m。3.3大壩防滲加固設計1)防滲加固設計條件:根據(jù)安全鑒定結(jié)論，壩體未徹底清基，壩基存在接觸滲漏問題;壩基下部為強風化細砂巖，具中等透水;兩壩肩巖體均具中等透水性，左右壩肩存在繞壩和接觸滲漏;大壩填筑質(zhì)量差，心墻滲透系數(shù)＞1×10－4cm/s，心墻頂高偏低;計算的浸潤線位置偏高，壩體和壩基及壩坡出逸坡降均大于允許滲透坡降，存在滲透破壞的隱患。壩體存在滲漏問題。因此完善大壩的防滲體系是大壩除險加固處理的主要任務之一。2)大壩白蟻誘殺設計:為搞好大壩白蟻防治，達到滅殺白蟻目的，建議請專業(yè)隊伍采取工程措施和藥物誘捕滅殺方式對壩體白蟻進行專門處理。本壩滅殺范圍:上游坡寬4.0m的634m2面積和下游坡整個坡面6522.62m2的面積，合計面積7156.62m2。根據(jù)其它工程白蟻誘殺經(jīng)驗，本工程白蟻防治需要主要材料和工程量有:開挖土方320m3，回填土方320m3，滅蟻靈藥粉1.5kg，毒餌條1.90kg，引誘料176kg，蓋板及地膜158套，施藥器械1套，其它竹木若干。3.4溢洪道除險加固設計1)進口段加固設計:原溢洪道進口段長5.42m，進口寬8m，坡降為0.046，底板出現(xiàn)裂縫，兩側(cè)邊墻漿砌石砂漿老化脫落，沖蝕現(xiàn)象嚴重，頂部高程不足，影響行洪。為了保證進口運行安全和水流順暢，本設計根據(jù)該段存在問題，擬拆除原漿砌石邊墻，保持原過水斷面不變，采用厚0.3m的M7.5漿砌石重砌導墻，并按過流要求加高邊墻高度至209.7m。2)控制段加固設計:現(xiàn)狀溢洪道堰頂高程為206.6m，控制段長14.6m，進口有兩個40cm厚的中墩和40cm厚的邊墩，進口凈寬為6.4m，矩形斷面，底板出現(xiàn)裂縫，兩側(cè)邊墻漿砌石砂漿老化脫落，沖蝕現(xiàn)象嚴重，頂部高程不足，兩側(cè)邊墻高程不滿足運行要求。根據(jù)該段存在問題，設計保持原過水斷面和控制段長不變，采用厚0.3m的M7.5漿砌石重砌右邊墻，與大壩接觸部位左側(cè)邊墻采用扶壁式混凝土邊墻，同時修補開裂的混凝土底板，并按過流要求加高邊墻高度至209.7m。3)陡槽設計:現(xiàn)狀溢洪道控制段后接長14.5m矩形漸變槽，寬由8m變至5m，坡降為0.034;漸變槽接矩形陡槽，槽長30.8m，坡降為0.687，寬5m;陡槽下為長11.4m矩形平段，寬5m;平段下接矩形擴散段長9.5m，坡降為0.566，首端寬5m，末端寬7m。修補原控制段后開裂的混凝土底板和兩側(cè)邊墻，根據(jù)復核，陡槽需墻高0.93－1.91m，設計取邊墻高1.5－2.0m。。4)消力池設計:修補溢洪道出口消能池，采用底流消能形式。池長23.0m，深1.6m，寬7m，出口設海幔與下游渠道平順連接。消力池底板厚0.4m。。5)出水渠設計:保持原溢洪道出口出水渠矩形斷面不變，寬7m，清除出水渠底的雜草，出水渠底坡取0.025。3.5灌溉涵管加固設計1)加固設計方案:根據(jù)涵管結(jié)構(gòu)存在的問題，必須對涵管進行加固處理。因涵管管徑小，且已經(jīng)采用套鋼管法對管身進行加固，同時內(nèi)襯鋼管也難以解決管壁接觸漏水問題。采用開挖重建方案:開挖壩體，拆除老涵管，原址新建壩下涵管。此方案施工技術簡單，但施工要求嚴，且大壩壩高較高，開挖壩體對大壩擾動極大，對大壩安全不利，所以本次設計不推薦采用此種方案。因此考慮采用原壩下灌溉涵管進口加固改建方案。2)改建灌溉涵管進口設計:在壩前坡沿原灌溉涵管進口段開挖基坑長5m，開挖寬度:涵管外壁寬B+3m(即涵管每邊開挖寬度1.5m)，對開挖基坑后的灌溉涵管管壁、底板灌水泥漿;再在灌溉涵管頭(基坑下游面)澆筑混凝土截水環(huán)，混凝土截水環(huán)厚度1m左右，寬度每邊超出涵管外壁1.0m，高度超管頂1.0m，基坑回填純黃黏土，并分層夯實。拆除原斜拉啟閉設施，隧洞進口采用平板鑄鐵閘門控制，為檢修閘門，啟閉力為20T，手電兩用螺桿式啟閉，進水口底板高程采用原灌溉涵管進水口高程185.22m，進口建筑物采用正向進水，垂直啟閉，啟閉形式為塔式結(jié)構(gòu)，順水流方向依次布置漿砌石進水導墻及底板、鋼筋混凝土閘室及其上的啟閉框架、啟閉室、交通橋等，其尺寸均按經(jīng)驗擬定，可滿足整體穩(wěn)定要求，啟閉室結(jié)構(gòu)也采用了框架式結(jié)構(gòu)。3.6放空涵管加固設計本次設計對壩下放空涵管進行封堵，對壩下埋置進口段6m段進行拆除，再進行回填黏土，并設截水環(huán)封堵管周接觸滲漏，延長滲徑。混凝土截水環(huán)厚度1m左右，寬度每邊超出涵管外壁1.0m，高度超管頂1.0m。管身采用C20混凝土封堵，管壁采用M5水泥砂漿進行充填灌漿。灌漿壓力≤0.2MPa。

4結(jié)論

紅旗水庫除險加固工程實施后，可以改善當?shù)厝罕娚a(chǎn)、生活環(huán)境，更好地保護和改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境，避免洪水泛濫可能造成原瘟疫流行、水源惡化所帶來的嚴重危害，使當?shù)厝罕姲簿訕窐I(yè)，促進了各行各業(yè)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，為人們提供良好的生產(chǎn)和生活環(huán)境，具有較好的社會效益和經(jīng)濟效益。

參考文獻:

［1］宋桂玲，邢俊英.盤錦市紅旗水庫除險加固設計［J］.吉林水利，2005(02):7－8.

［2］李國齊.小型水庫除險加固設計水利水電工程設計［J］.2008(03):17－19.

作者:黃強 單位:九江市水利科學研究所