除險文溪水庫大壩安全評價及加固方案分析

梁江河

（南安市文溪水庫管理處，福建南安 362300）

1 工程概況

福建省南安市文溪水庫于1965年10月興建，是一座具有灌溉、防洪、發(fā)電和養(yǎng)殖等綜合功能的中型水庫。水庫壩址以上流域面積20.7 km2，總庫容1 159萬m3。水庫按50 a一遇洪水設(shè)計，1000 a一遇洪水校核，正常蓄水位195.56 m，設(shè)計洪水位195.86 m，校核洪水位197.46 m，地震基本烈度為7°。工程由大壩、溢洪道、輸水隧洞和電站等組成。

大壩為均質(zhì)土壩，壩頂高程為198.66 m，最大壩高48.4 m，壩長210 m，寬6.5 m。上游壩坡坡比自上而下分別為 1∶2.75、1∶3.25、1∶3.75，壩坡為干砌石護坡;下游壩坡坡比自上而下分別為 1∶2.0、1∶2.5、1∶2.5，壩坡為草皮護坡，壩腳設(shè)堆石棱體。

由于文溪水庫存在下游壩坡出現(xiàn)散浸現(xiàn)象，壩坡穩(wěn)定安全系數(shù)不能滿足規(guī)范要求，溢洪道砌體勾縫老化脫落等諸多病險問題，被鑒定為“三類壩”，并進行除險加固。

2 大壩安全評價

2.1 工程質(zhì)量評價

水庫大壩工程質(zhì)量評價的方法主要從現(xiàn)有資料和現(xiàn)場檢查上來看，大壩施工時上壩土料基本符合有關(guān)規(guī)定，大壩施工質(zhì)量基本達到規(guī)范要求。1972年下游壩坡高程174.56～180.06 m發(fā)現(xiàn)滲水現(xiàn)象，1974年進行了加固處理，但至今仍未完全解決下游壩坡滲漏問題，大壩左端下游壩坡高程184.06～189.06 m處存在較大面積的散浸現(xiàn)象;溢洪道陡坡段被水沖毀后，經(jīng)修復(fù)仍然發(fā)現(xiàn)局部砌體勾縫脫落。工程經(jīng)過多次維修加固，處于安全運行狀態(tài)。綜上所述，工程質(zhì)量評價為基本合格。

2.2 大壩運行管理評價

大壩運行管理評價的內(nèi)容包括大壩運行、維修和安全監(jiān)測;為安全鑒定提供大壩的運行管理等基礎(chǔ)資料，作為大壩安全綜合評價及分類的依據(jù)之一。根據(jù)《中華人民共和國水法》、《水庫大壩安全管理條例》、《水庫工程管理通則》等管理法規(guī)，結(jié)合本水庫具體實際情況，制定了“文溪水庫樞紐工程運行管理制度”和其它規(guī)章制度，貫徹執(zhí)行情況較好。大壩經(jīng)過多次維修加固，但不夠徹底。大壩安全監(jiān)測工作較為薄弱，未能按規(guī)范要求全面開展，必測項目不完善，觀測設(shè)施損壞嚴(yán)重，設(shè)備落后，儀器精度差。

2.3 防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核

文溪水庫屬中型水庫，大壩屬3級水工建筑物，洪水復(fù)核采用50 a一遇標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，1000 a一遇標(biāo)準(zhǔn)校核，符合《防洪標(biāo)準(zhǔn)》（GB50201-94）的規(guī)定。本次復(fù)核利用48 a降雨實測資料，采用推理公式法推求設(shè)計洪水，采用華東特小流域法推求的洪峰流量作為設(shè)計洪水。調(diào)洪演算原則為：當(dāng)庫水位達到195.56 m并開始上漲后，開啟閘門，先按來多少，泄多少，盡量保持庫水位不變，直到閘門全開泄洪，由此計算各頻率洪水位，根據(jù)洪水位推求壩頂高程，經(jīng)復(fù)核，現(xiàn)有壩頂高程能滿足規(guī)范要求，但在實際運行中，溢洪道下游河道淤積較嚴(yán)重，影響了溢洪道正常的泄洪能力，大壩防洪安全性評定為B級。

2.4 大壩結(jié)構(gòu)安全評價

大壩結(jié)構(gòu)安全評價的內(nèi)容包括變形和穩(wěn)定分析。土石壩的重點是變形和穩(wěn)定分析。大壩變形分析首先應(yīng)作監(jiān)測資料分析，文溪水庫曾進行過簡易的沉陷位移觀測，而后中斷觀測，觀測資料不齊全，且文溪水庫大壩沒有發(fā)生異常變形和開裂，也沒有沿壩軸線地形和地質(zhì)各種變化較大有開裂疑慮的，故可不進行變形計算分析。大壩邊坡穩(wěn)定計算采用北京理正軟件設(shè)計研究院《土石壩邊坡穩(wěn)定分析程序》。根據(jù)復(fù)核計算成果，下游壩坡的最小安全系數(shù)不能滿足規(guī)范要求。且從現(xiàn)場檢查情況看，大壩上游壩坡塊石護坡縫隙較大，小石子被淘空，護坡存在塌陷隱患;溢洪道啟閉房基礎(chǔ)砌石有較大裂縫，溢洪道局部砌體勾縫脫落。因此大壩結(jié)構(gòu)安全等級可評為C級。

2.5 大壩滲流安全評價

大壩滲流安全評價的主要任務(wù)是復(fù)核原設(shè)計施工的滲流控制措施和當(dāng)前的實際滲流狀態(tài)能否保證大壩按設(shè)計條件安全進行。根據(jù)文溪水庫的結(jié)構(gòu)特點，大壩滲流安全評價主要依據(jù)本次勘察及試驗資料，大壩為黏土均質(zhì)壩，計算斷面選用土壩最大斷面進行計算，計算方法采用水力學(xué)方法達西定律進行計算，分析大壩各種工況的滲流狀態(tài)，從而判斷大壩滲流安全性。滲流分析成果顯示：根據(jù)大壩滲流分析，在各種工況下，最大水力坡降為0.58，理論上大壩的滲流量較小。通過壩后量水堰對壩體滲流量的觀測，最大滲流量為0.3 L/S。綜上所述，大壩壩體的防滲性態(tài)滿足規(guī)范要求，通過對堵口段導(dǎo)滲壓載處理后，背水坡的濕坡范圍有所減少，但壩左端背水坡高水位時存在滲流穩(wěn)定薄弱環(huán)節(jié)。大壩經(jīng)過30多年的運行，情況尚屬正常，可以認(rèn)為水庫滲流性態(tài)基本安全，但仍然存在局部異常的滲漏，滲流安全性評定為B級。

2.6 大壩抗震安全評價

文溪水庫的區(qū)域地震基本烈度為7度，需進行抗震復(fù)核。水庫大壩抗震安全屬結(jié)構(gòu)安全范疇，主要復(fù)核計算大壩現(xiàn)狀在地震動荷載條件下的穩(wěn)定、變形及強度。文溪水庫大壩為均質(zhì)土壩，主要復(fù)核計算壩坡遇地震荷載作用的穩(wěn)定性，經(jīng)計算分析，大壩在正常荷載下遇地震的非常運用II工況下，下游壩坡的最小穩(wěn)定安全系數(shù)為1.118，小于規(guī)范要求的1.15。不能滿足規(guī)范要求。大壩抗震安全評定為C級。

2.7 綜合評價

根據(jù)文溪水庫工程質(zhì)量大壩被評定為基本合格，水庫大壩運行管理方面較好，防洪能力為B級，結(jié)構(gòu)安全為C級，滲流安全為B級，抗震安全為C級的各分項評價結(jié)果，大壩綜合評價為“三類壩”，應(yīng)盡快采取除險加固措施。

3 大壩加固設(shè)計思路與方案

3.1 大壩加固設(shè)計

3.1.1 大壩防滲加固設(shè)計

大壩防滲加固，壩體上部滲漏通道防滲采用振動沉模防滲墻，兩岸壩肩采用三管高壓旋噴截滲墻進行防滲，背水坡加密導(dǎo)滲溝。振動沉模防滲墻厚度為0.20 m，墻體材料為水泥、細河砂、黏性土、膨潤土、高效緩凝減水劑，砂漿配合以根據(jù)現(xiàn)場材料供應(yīng)，由試驗室確定;防滲墻沿壩軸線上游2 m位置，從左岸延伸至右岸，樁號0+005～0+185。墻頂高程197.7 m，壩內(nèi)墻底高程178.0 m，壩肩段深入強風(fēng)化基巖0.5 m，最大的防滲墻高度為19.7 m，防滲面積3 603 m2。兩岸壩肩強風(fēng)化層處理，兩岸壩肩強風(fēng)化透水層，布置三管高壓旋噴灌漿形成截滲墻，三管高壓旋噴灌漿，采用單排布置，樁徑1.2 m，孔距1 m，排距0.9 m，其下部進入相對隔水層0.5 m，上部伸入全風(fēng)化層1 m。三管高壓旋噴灌漿布置于左壩肩樁號0+025.0～0+035.2 m，右壩肩樁號壩0+154.2～0+210.0 m，最大鉆孔深度27 m，水泥漿相對密度1.5～1.7 g/cm3。

3.1.2 壩頂、壩坡加固設(shè)計

壩頂防浪墻底部位置布置振動沉模防滲墻，施工完成后進行修復(fù)，壩頂右岸雨水匯流、沖刷地帶，結(jié)合下游坡排水設(shè)施進行加固。大壩下游壩坡173.9 m高程以下，原為干砌石護坡，未設(shè)置反濾層，擬拆除排水棱體頂160.0～179.90 m高程的草皮護坡及砌石護坡，改建為貼坡式排水，壩坡平整后，依次鋪設(shè)土工布（300 g）、0.2 m砂墊層、0.2 m碎石墊層及0.3 m干砌塊石，坡比不變，高程179.9 m平臺寬度為2.2 m，排水棱體頂寬度為1.5 m。壩頂附近、壩下游兩側(cè)及壩腳排水溝進行修整、改造，排水溝邊及底板均采用漿砌塊石。

3.1.3 大壩觀測設(shè)計

沉陷位移觀測。為配合自動化監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)，擬新建設(shè)置沉陷位移自動監(jiān)測系統(tǒng)。在大壩共設(shè)置15個自動觀測沉陷位移測點，沉陷位移觀測點在迎水坡197.0 m一排5點，壩頂靠下游側(cè)198.0 m高程一排5點，背水坡179.90 m和160.00 m高程各布置一排分別設(shè)3點和2點，總共15點，分別位于大壩縱向樁號0+035 m、0+065 m、0+095 m、0+125 m和0+150 m處。并在沉陷位移標(biāo)點上安裝感應(yīng)遙測系統(tǒng)，同時設(shè)置人工觀測所需的視準(zhǔn)線、工作點、后視基點等，在系統(tǒng)發(fā)生故障時，進行人工補測，以保證數(shù)據(jù)的連續(xù)性。

人工觀測水平位移觀測采用視準(zhǔn)線法，共布置4條視準(zhǔn)線，8個工作基點，8個后視基點，15個自動觀測沉陷位移觀測點。

人工觀測垂直位移觀測采用水準(zhǔn)法，建立三級水準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)，水準(zhǔn)基點設(shè)在大壩承壓區(qū)外巖石（或?qū)嵉兀┥稀?/p>

3.1.4 量水堰加固

壩后量水堰周邊排水設(shè)施被山溝水沖毀，山坡水流入堰內(nèi)，造成碎石、泥沙堆積，無法正常觀測，要進行重新修整，挖除堰內(nèi)堆積的碎石、泥沙，量水堰底部尺寸為長 ×寬 =13 m×2 m，邊墻采用C15混凝土結(jié)構(gòu)，堰口和排水溝設(shè)于左岸，M7.5漿砌石排水溝總長122 m。

3.2 溢洪道加固設(shè)計

溢洪道位于大壩右岸，為掛閘實用堰，堰頂高程191.06 m，凈寬12.0 m，設(shè)兩扇6 m×4.8 m弧形鋼閘門，閘門使用水封橡皮止水，鋼閘門主梁、縱梁和斜支撐等均采用鋼板焊制。采用底流式消能，最大泄洪流量305 m3/s。啟閉設(shè)備為手電兩用2×10 t卷揚機。啟閉房為磚混結(jié)構(gòu)。溢流堰閘室后依次為平底段、第一陡坡段、第二陡坡段、一級消力池、消能坎、第三陡坡段、二級消力池、平底過渡段、第四陡坡段及第三消力池。

3.2.1 溢洪道加固設(shè)計方案選擇

根據(jù)目前現(xiàn)狀存在的問題是：平底段及第一陡坡段底板有滲水現(xiàn)象，第一陡坡段末端曾遭沖毀，第二、三陡坡段末端漿砌條石底板被掀掉（面積約300 m2），第三消力池底部淘刷嚴(yán)重，下游河道淤積嚴(yán)重，高速公路下左側(cè)墻邊坡堆積層厚。

本次加固設(shè)計擬定原溢洪道加固、溢洪道改線及泄洪洞3個方案進行方案比較，原溢洪道加固最經(jīng)濟，雖然采取一些加固措施，但第一消力池，第四陡坡彎段水流紊亂的問題得不到徹底解決，溢洪道改線方案比泄洪洞方案節(jié)省300多萬投資，故推薦溢洪道改線方案，改線方案海漫段為避開高速公路橋橋墩，平面上在消能坎首端設(shè)一折線轉(zhuǎn)彎。改線后的溢洪道由進水渠、溢流堰閘室、平底段、第一陡坡段、第二陡坡段、第一消力池、消能坎、第三陡坡段、二級消力池、水平過渡段、海漫、防沖槽組成，總長462.63 m。加固設(shè)計包括啟閉房翻建成框架結(jié)構(gòu)，閘室基礎(chǔ)進行三管高壓噴射灌漿處理，溢洪道底板澆筑C25混凝土，底板基礎(chǔ)面上開挖縱橫向排水溝，并埋設(shè)排水系統(tǒng)。溢洪道兩側(cè)采用C20埋石混凝土加固，側(cè)墻后設(shè)漿砌塊石排水溝。

3.2.2 溢洪道進口鋼閘門和啟閉設(shè)備改造

溢洪道閘門經(jīng)過40多年運行后銹蝕比較嚴(yán)重，已達到使用年限，底側(cè)止水橡皮老化、磨損嚴(yán)重。進口閘門啟閉設(shè)備老化，啟閉機及其鋼絲繩銹蝕嚴(yán)重，運行不靈活，為保證安全運行，需重新更換2扇弧形鋼閘門，埋件不進行更換，更換啟閉機及其鋼絲繩。

3.3 輸水隧洞加固改造

輸水隧洞位于大壩右側(cè)，為鋼筋混凝土襯砌有壓洞，圓形斷面，內(nèi)徑2.0 m，總長度214.0 m，進口高程172.56 m，最大輸水流量7.2 m3/s，閘門型式為鋼筋混凝土閘門，孔口尺寸為1.6 m×1.2 m（高×寬），采用20 t手搖電動兩用螺桿啟閉機。

3.3.1 閘門及啟閉設(shè)備更新

目前輸水隧洞建筑物運行正常，閘門及啟閉設(shè)備運行40多年，存在進口鋼筋混凝土閘門嚴(yán)重老化、變形、啟閉設(shè)備銹蝕等現(xiàn)象。加固設(shè)計針對鋼筋混凝土閘門嚴(yán)重老化，無法啟閉的問題，更換為鋼閘門，主要材質(zhì)為Q235鋼，噴砂除銹達2.5級后，噴鋅200 μm，再噴涂淺灰色氯化橡膠鋁粉防銹添二道，干膜厚120 μm，鋼閘門尺寸不變，為1.6 m×1.2 m。

3.3.2 輸水隧洞出口放水設(shè)備更新

輸水隧洞出口放水閘閥運行時間久，現(xiàn)已失效，加固設(shè)計擬對出口放水閘閥進行更換，更換后的閘閥尺寸與原來的一致，為φ1000圓形閥。

4 結(jié)語

文溪水庫大壩防滲加固采用振動沉模防滲墻和三管高壓旋噴截滲墻進行防滲，能夠徹底解決了大壩長期以來存在的滲漏問題，溢洪道改線方案通過水工模型試驗，確保了溢洪道的泄洪能力，而且流態(tài)也得到進一步改善。

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