寧夏海原縣石峽口水庫除險(xiǎn)加固技術(shù)探討

夏繼龍，潘春玲，李世虎

（寧夏回族自治區(qū)固原市水利勘測設(shè)計(jì)院，756000，固原）

寧夏回族自治區(qū)石峽口水庫除險(xiǎn)加固工程于2009年動工，2010年6月竣工，并通過了自治區(qū)水利廳、發(fā)改委組織的竣工驗(yàn)收。

一、工程概況

石峽口水庫是寧夏回族自治區(qū)壩體最高、庫容最大的水庫，地處清水河一級支流——西河流域出口處，距中衛(wèi)市海原縣城約40 km，流域面積為1910 km2。水庫于1958年動工興建，1959年建成運(yùn)行，分別于1965年、1973年、1976年和 1992年進(jìn)行加固改造。壩頂高程為1458.50 m，總庫容為16679萬m3，現(xiàn)狀淤泥面高程為1452.50 m，淤積庫容11430萬m3，為中型水庫。水庫由土壩、泄洪建筑物和取水建筑物三部分組成。土壩為均質(zhì)土壩，最大壩高69.9 m，壩頂寬6 m，長 286 m，壩前坡比 1∶3.0，后坡比1∶2.5。泄洪建筑物布設(shè)于壩體右岸，由泄洪水塔及泄洪隧洞組成。水塔高16.47 m，塔身為鋼筋混凝土箱形框架結(jié)構(gòu)，外圍尺寸寬×高為9.6 m×5.5 m，水塔底板高程為1442.83 m，泄洪隧洞為城門洞形，寬約5.2m，高約6.57m，長218m。取水建筑物布設(shè)于壩體右岸，由臥管和隧洞組成，臥管坡比1∶2.0，設(shè)計(jì)流量 1.0 m3/s，輸水隧洞為圓形，直徑1.0 m，長10 m，出口接泄洪隧洞。水庫主要以防洪和攔截泥沙為主，水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)不足1000年一遇。

二、工程設(shè)計(jì)

1.土壩加高培厚

土壩加高6 m，加壩后壩頂寬10 m，頂長313 m。加壩采用壩前加高，壩后培厚蓋重及壓腳的方式。新加壩體前壩坡坡比與現(xiàn)狀相同，為1∶3.0；從現(xiàn)狀淤泥面高程1452.50 m至設(shè)計(jì)壩頂高程1464.50m，高為12m。

后壩坡從現(xiàn)壩頂高程1458.50 m至1432.00 m，高為 26.5 m，維持原壩坡 比不變，為 1∶2.5。 在 1432.00～1409.00 m高程處設(shè)置頂寬20m、坡比為 1∶2.75 的蓋重體，在1409.00～1399.00 m高程處設(shè)置頂寬34.25 m的壓腳。

2.泄洪建筑物改造

（1）水塔加高

泄洪水塔布設(shè)在壩右岸山腳處，此次除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)在原塔頂加高5.2 m，加高部分?jǐn)嗝媾c原塔體相同。水塔進(jìn)口底板高程1442.83 m，設(shè)計(jì)塔頂高程1462.80m，總塔高21.67m。水塔基礎(chǔ)坐落在礫巖上，塔身為鋼筋混凝土箱形框架結(jié)構(gòu)，外圍尺寸寬×高為9.6 m×5.5 m。塔頂設(shè)有操作室，面積52.8 m2。水塔和路面間設(shè)有長16 m、寬2 m的工作橋，工作橋兩側(cè)設(shè)有鋼管護(hù)欄，護(hù)欄高1.2 m。

（2）泄洪隧洞改造

隧洞縮短為214 m，隧洞斷面為城門洞形，斷面尺寸基本維持原斷面，對不規(guī)則的洞段進(jìn)行修整。修整后的隧洞斷面尺寸：底寬5.2 m，直段高4 m，圓拱半徑2.6 m。隧洞用C25鋼筋混凝土襯砌，襯砌厚0.5 m，底板和直墻連接處設(shè)0.5 m×0.5 m的抹角。

（3）新建泄洪陡坡

泄洪陡坡與泄洪隧洞之間用圓弧段連接，圓弧半徑13 m，圓心角34°，圓弧段長 7.7 m。 陡坡坡降 1∶1.5，水平長24.7 m，斜長 29.7 m，矩形斷面，底寬5.2 m，邊墻及地板均用C20鋼筋混凝土砌護(hù)，砌護(hù)厚為55 cm。陡坡出口采用挑流消能方式，出口挑射角30°，反弧半徑10 m，挑坎高為1.5 m。

三、除險(xiǎn)加固技術(shù)探討

1.土壩加高

土壩加高是在現(xiàn)狀淤泥面上進(jìn)行的，石峽口水庫淤泥面高已達(dá)63.9 m,考慮庫區(qū)淤積物含水量大，為防止加壩過程產(chǎn)生滑坡現(xiàn)象，必須采取措施進(jìn)行處理。

根據(jù)近年寧南山區(qū)中小型水庫壩前加壩的方式，其主要措施是控制加壩速率，延長施工期，即在淤泥面上土壩加高2～3 m后，暫停施工約1個(gè)月，同時(shí)監(jiān)測加壩壩體的沉降量，待其趨于穩(wěn)定時(shí)再在其上繼續(xù)加高，如此往復(fù)。由于該壩從現(xiàn)泥面至設(shè)計(jì)壩頂高達(dá)12 m，造成施工期太長，影響水庫安全度汛。鑒于此，在此次水庫除險(xiǎn)加固中，首次采用在加壩部位淤泥面上打砂井的技術(shù)進(jìn)行抗滑處理。一是可以提高現(xiàn)狀淤泥面的承載能力，二是加速淤泥固結(jié)排水。

具體技術(shù)措施：在加壩部位淤泥面上打呈梅花狀布設(shè)的孔徑為0.3 m、孔距為5.0 m的砂井，內(nèi)填粒徑為3～5 cm的碎石。孔底距離原壩坡0.5 m為準(zhǔn)，不能穿透原壩坡，孔深布置在2～12 m之間。在砂井頂部鋪筑0.5 m厚碎石墊層，使砂井與碎石墊層連通，然后在碎石墊層上進(jìn)行加壩。當(dāng)加壩覆重后，砂井可起到加速淤泥固結(jié)排水的作用，淤泥內(nèi)的水通過砂井及砂井頂部的碎石墊層排向庫內(nèi)。土壩加高完成后，經(jīng)過半年多的運(yùn)行，壩體沒有出現(xiàn)裂縫和滑坡跡象。

壩體設(shè)計(jì)控制指標(biāo)：由于加壩后土壩為高壩，壓實(shí)度要控制在98%以上，土壤含水率控制在最優(yōu)含水率13.8%的-2%～+3%之間。

2.土壩培厚

后壩坡根據(jù)穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果，從現(xiàn)壩頂高程 1458.50～1432.00 m高為26.5 m，維持原壩坡比1∶2.5不變。在1432.00～1409.00 m高程處設(shè)置頂寬20 m、坡比為 1∶2.75的蓋重體，在高程1409.00～1399.00 m處設(shè)置頂寬34.25m的壓腳，以增加后壩坡穩(wěn)定性。

壩體設(shè)計(jì)控制指標(biāo)：采用兩岸礫巖作為土壩培后砂殼料，用孔隙率作為設(shè)計(jì)控制標(biāo)準(zhǔn)，孔隙率控制在28%左右。

3.泄洪隧洞襯砌

（1）工程地質(zhì)

石峽口泄洪隧洞位于右壩肩。原隧洞斷面為蛋形，寬約5.2 m，高約6.57 m，長218 m，隧洞處于礫巖中。礫巖：土紅色，厚層狀，粒徑 1～10 cm，大者30 cm，呈亞圓形、亞棱角形，成分為灰?guī)r、砂巖，約占70%，泥質(zhì)膠結(jié)，為接角式膠結(jié)，局部夾泥質(zhì)砂巖薄層。強(qiáng)風(fēng)化層厚3.0 m，中等風(fēng)化層厚4.0 m。其物理力學(xué)指標(biāo) （類比）：密度 2.4 g/cm3，內(nèi)摩擦角 45°，濕抗壓 2.0 MPa，軟化系數(shù) 0.4，變形模量 2×103MPa，泊桑比 0.35，與水塔塔基摩擦系數(shù)為0.35。單位彈性抗力系數(shù) 25 kg/cm3，堅(jiān)固系數(shù) 2.0，微風(fēng)化或新鮮（R）為 1000 kPa，邊坡比1∶0.75；中等風(fēng)化（R）為 400 kPa，邊坡比 1∶1；強(qiáng)風(fēng)化（R）為 300 kPa，邊坡比1∶1.25。

隧洞走向約40°，基本與礫巖走向正交，這對成洞較為有利。礫巖呈厚層狀，屬于軟巖類。巖體結(jié)構(gòu)面較發(fā)育，裂隙2～3條/m，延伸長度2～5 m，張開約 3～10 mm，多數(shù)無充填，巖體完整性差。地下水水位在洞室以下，巖體遇水軟化，巖體為次塊狀結(jié)構(gòu)。根據(jù)以上特征，隧洞圍巖類型為Ⅳ類 （不穩(wěn)定）。毛洞圍巖自穩(wěn)能力差，自穩(wěn)時(shí)間短，頂拱常有坍落，邊墻也有失穩(wěn)現(xiàn)象，可能產(chǎn)生較大規(guī)模變形破壞，應(yīng)及時(shí)噴錨加固，進(jìn)行全部襯砌。

（2）襯砌方案

寧夏首次引進(jìn)四川廣漢金達(dá)隧道機(jī)械有限公司生產(chǎn)的一次性成型隧洞混凝土襯砌牽引式臺車，在海原縣石峽口水庫除險(xiǎn)加固工程隧洞混凝土襯砌中運(yùn)用并獲得成功，填補(bǔ)了寧夏在隧洞混凝土襯砌方面的空白。

①主要技術(shù)參數(shù)

臺車類型：液壓外力牽引式

最大外形尺寸：

11148 mm×5240 mm×6620 mm

門架凈空尺寸：2600 mm×3520mm

臺車運(yùn)行速度：300 mm/min

液壓電機(jī)功率：7.5 kW

臺車襯砌長度：9000 mm

②主要技術(shù)要求

a.全部模板總裝完成后,應(yīng)對齊調(diào)平，接縫間隙不大于2 mm,不得有錯(cuò)位現(xiàn)象，全部螺栓不得松動。

b.工作窗開啟靈活，四周間隙不大于2 mm,不得與模板錯(cuò)位。

c.整機(jī)裝配完畢后，應(yīng)在現(xiàn)場組裝試運(yùn)行，各行走支撐運(yùn)行平穩(wěn)。

d.注漿裝置應(yīng)移動靈活，不得有漏漿現(xiàn)象，各鉸接應(yīng)轉(zhuǎn)動靈活，拆卸自如。

e.液壓系統(tǒng)各管路接頭不得有滲漏現(xiàn)象，調(diào)試壓力按液壓系統(tǒng)要求進(jìn)行。

f.臺車襯砌工作時(shí)，軌道必須固定，且軌道中心線與隧洞中心線偏差不大于20 mm。

③效能與質(zhì)量分析

工作效能大幅度提高。同樣規(guī)模的隧洞襯砌，每節(jié)長度為10 m，采用常規(guī)方法施工，從綁扎鋼筋、支模、混凝土澆筑、脫模等工序，一般需要15天左右；而采用一次性成型隧洞混凝土襯砌牽引式臺車施工，3～4天即可完成2節(jié)20 m長的隧洞襯砌施工。

工程質(zhì)量不斷提升。采用新技術(shù)進(jìn)行隧洞混凝土襯砌施工，與之配套的機(jī)械是混凝土壓力輸送泵，減少了隧洞混凝土澆筑過程的中間環(huán)節(jié)，提高了工程質(zhì)量。

[1]白永年，吳士寧，王洪恩.土石壩加固[M].北京：水利電力出版社，1992.

[2]張啟岳.土石壩加固技術(shù) [M].北京：中國水利水電出版社，1999.