河南南陽二郎山水庫除險(xiǎn)加固工程措施

陳梅枝，周 曄

(河南省桐柏縣水利局，河南 桐柏 474750）

0 引言

二郎山水庫位于河南省南陽市桐柏縣城西北35 km 的大河鎮(zhèn)李溝村三夾河支流鴻鴨河上， 屬長江流域唐白河水系。 水庫控制流域面積61 km2，總庫容4 019 萬m3，是一座以防洪、灌溉為主，兼有水產(chǎn)養(yǎng)殖、供水等綜合效益的中型水庫。 其主要建筑物有大壩、溢洪道、輸水洞等，大壩為均質(zhì)土壩，壩頂長630 m，最大壩高24 m，壩頂寬4.6 m。水庫原設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)為50 年一遇，校核標(biāo)準(zhǔn)為1 000 年一遇。工程于1958 年動(dòng)工，后因多種原因施工，多次中斷（先后經(jīng)歷了4 次施工過程），1979 年6 月竣工。

水庫自運(yùn)行以來，發(fā)揮了較大的社會效益，但同時(shí)存在許多工程隱患。 而水庫一旦失事，將給下游重要基礎(chǔ)設(shè)施和沿河人民群眾帶來嚴(yán)重災(zāi)害。

1 水庫安全鑒定及存在的問題

1.1 水庫安全鑒定

2007 年3 月，桐柏縣組織技術(shù)力量對水庫大壩和溢洪道等進(jìn)行工程地質(zhì)調(diào)查。 按照《水庫大壩安全評價(jià)導(dǎo)則》（SL258-2000），結(jié)合水庫現(xiàn)狀，提出了《大壩安全鑒定報(bào)告書》。 安全鑒定結(jié)論為：（1）二郎山水庫位于唐白河水系三夾河支流上，下游有南陽油田、安棚堿礦及安棚、埠江等7 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)和寧西鐵路、312 國道等重要設(shè)施，地理位置重要。 （2）經(jīng)復(fù)核，水庫防洪能力滿足國家《防洪標(biāo)準(zhǔn)》GB50201-94規(guī)定要求。 （3）壩體填筑質(zhì)量較差，防浪墻裂縫多；迎水面護(hù)坡石局部風(fēng)化、脫落、凹陷，墊層淘空；輸水洞多處裂縫漏水，工程質(zhì)量不合格。 （4）經(jīng)復(fù)核，大壩壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)滿足規(guī)范要求，但上游局部無襯砌。 溢洪道位于強(qiáng)風(fēng)化基巖上，構(gòu)造面傾向與邊坡一致，岸坡不穩(wěn)，局部坍塌，未襯砌，無消能設(shè)施，底部沖刷下切嚴(yán)重，輸水洞進(jìn)口的翼墻局部坍塌，洞身多處出現(xiàn)裂縫、射水。 結(jié)構(gòu)安全性為C級。 （5）河槽段壩基為強(qiáng)透水的中粗沙層，截水槽不完整，防滲體系不完善；左右壩肩位于強(qiáng)風(fēng)化基巖上，裂隙發(fā)育，存在接觸滲漏，下游沼澤化嚴(yán)重；壩體大面積散浸。 滲流安全性為C 級。 （6）根據(jù)《中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》，該區(qū)動(dòng)峰加速度小于0.05g，相應(yīng)地震烈度為Ⅵ度，不需進(jìn)行抗震安全復(fù)核。 （7）輸水洞進(jìn)口鋼閘門銹蝕、變形、漏水，出口鋼筋混凝土閘門碳化、剝蝕、漏水，啟閉機(jī)設(shè)備老化失修，絲桿彎曲， 電動(dòng)啟閉設(shè)施損壞。 金屬結(jié)構(gòu)安全性為C級。 （8）監(jiān)測和管理設(shè)施不完善。

綜上所述，水庫病險(xiǎn)嚴(yán)重，為三類壩。

1.2 水庫工程存在的問題

根據(jù)水庫鑒定結(jié)果，水庫存在的主要問題有以下幾點(diǎn)：（1）大壩上游護(hù)坡石局部松動(dòng)、塌陷、墊層掏空，無襯砌護(hù)坡處淘刷嚴(yán)重。 （2）河槽段壩基為強(qiáng)透水的中粗沙層，截水槽不完整，防滲體系不完善。（3）右壩段及左壩肩座于強(qiáng)風(fēng)化基巖上，裂隙發(fā)育，下游壩腳沼澤化，壩體大面積散浸[1]。 （4）溢洪道在全強(qiáng)風(fēng)化巖體中開挖，邊坡不穩(wěn)定，局部塌滑，底部沖蝕嚴(yán)重，出口有村莊，溢洪道無工程措施。 （5）輸水洞進(jìn)口翼墻局部坍塌， 洞身混凝土裂縫、 滲漏。（6）輸水洞進(jìn)口閘門銹蝕、變形，出口混凝土閘門碳化、剝蝕。 （7）大壩安全監(jiān)測設(shè)施不完善，管理設(shè)施陳舊落后。

2 除險(xiǎn)加固工程措施

針對二郎山水庫工程中存在的問題，對水庫的大壩、溢洪道、輸水洞等建筑物進(jìn)行除險(xiǎn)加固。

2.1 大壩主體工程的除險(xiǎn)加固

2.1.1 壩基防滲加固

二郎山水庫0+050～0+630 段壩基巖石存在滲漏問題，加固處理措施采取帷幕灌漿方案。 對河槽段寬150 m（0+017～0+167）段采用高壓旋噴灌漿。

2.1.2 壩基灌漿工程

水庫0+050～0+630 段壩基巖石存在滲漏問題，對這一段采用帷幕灌漿，在壩頂沿壩軸線方向布置一排孔，孔距2 m，下部進(jìn)入弱風(fēng)化巖石5 m，上部進(jìn)入壩體2 m。 大壩河槽段0+017～0+167 壩基采用高壓旋噴灌漿，沿壩軸線方向布置灌漿孔一排，孔距1m，下部進(jìn)入弱風(fēng)化巖石1 m，上部進(jìn)入壩體5 m[2]。

2.1.3 壩頂工程

壩頂0+060～0+110 段混凝土防浪墻拆除重建，0+616～0+630 段新建防浪墻，設(shè)計(jì)防浪墻寬50 cm、高180 cm，下部埋深80 cm，路面以上高100 cm。 設(shè)計(jì)壩頂路面凈寬4.3 m， 為18cm 厚的C20 現(xiàn)澆混凝土，下設(shè)15 cm 厚的沙礫層。 防浪墻和路面每隔5 m設(shè)一道伸縮縫，縫內(nèi)填聚乙烯閉孔泡沫板。 壩頂下游側(cè)設(shè)厚20 cm、高60 cm 的C15 混凝土路沿石，埋深40 cm，并在壩坡橫向排水溝對應(yīng)位置預(yù)留20 cm×20 cm的缺口。在壩頂上游側(cè)設(shè)置照明設(shè)備，每隔50 m設(shè)路燈一盞，并敷設(shè)配套的照明線路。壩頂照明采用41XY-DN308 電燈桿、JTY-23 燈具。

2.1.4 上游壩坡工程

迎水坡樁號0+000～0+100 段，興利水位以下護(hù)坡粒徑小，局部風(fēng)化；樁號0+005～0+430 段，高程198.5 m 以下護(hù)坡墊層掏空、塊徑小、松動(dòng)、脫落；其余段護(hù)坡基本平整，但局部長草、凹陷。 設(shè)計(jì)對樁號0+000～0+100 段進(jìn)行全部翻新，對其他破壞部位局部翻修。 翻新時(shí)，采用塊石（塊徑大于30 cm）砌筑，厚度為40 cm，下面設(shè)厚度均為15 cm 的碎石和粗沙墊層在高程198.00m 設(shè)2m 戧臺一道，護(hù)坡坡腳設(shè)齒墻，采用Mu60M7.5 漿砌石砌筑。

2.1.5 下游壩坡整修工程

背水坡樁號0+270～0+375、高程191.0～198.0 m間有凹陷、隆起現(xiàn)象；樁號0+010～0+180、0+270～0+390、0+560～0+590 段壩坡有大面積散浸、漫浸現(xiàn)象。當(dāng)庫水位達(dá)到200.0m 時(shí)，右壩段壩腳發(fā)現(xiàn)明流。 背水坡上壩踏步局部傾斜、斷裂。 下游坡經(jīng)培厚加固后，進(jìn)行草皮護(hù)坡處理，修理時(shí)按照準(zhǔn)備草皮、整理壩坡、鋪植草皮和灑水養(yǎng)護(hù)的工藝流程進(jìn)行施工。

2.1.6 排水體修復(fù)高程

大壩樁號0+050～0+180、0+240～0+358 段原棱體坡式排水體施工質(zhì)量較差， 坡面護(hù)坡石松動(dòng)，且風(fēng)化石多，其中樁號0+050～0+150 大部分淤塞失效。設(shè)計(jì)對樁號0+050～0+180 原排水棱體拆除翻修，0+240～0+358 段在現(xiàn)棱體排水體基礎(chǔ)上加設(shè)帖坡式排水體，使壩體浸潤線在排水體以下溢出，滿足規(guī)范要求。 貼坡排水體上部設(shè)40 cm 厚的干砌塊石，下部分別為2～4 cm 的碎石墊層、直徑為0.5～2 cm 的碎石和粗沙各一層，厚20 cm。

2.1.7 壩坡排水溝翻修

原排水溝為素混凝土，橫向排水溝向內(nèi)傾斜，局部斷裂、脫落；縱向排水溝扭曲斷裂、淤塞，基本報(bào)廢。 本次除險(xiǎn)加固工程對壩坡排水溝全部拆除重做，共建橫向排水溝14 條，總長292 m；縱向排水溝3 條，總長366 m；岸坡排水溝6 條，總長528 m。 排水溝采用MU60M7.5 漿砌石，縱向排水溝凈斷面尺寸（寬×深）為40 cm×40 cm，設(shè)在高程198.00 m 臺地處；橫向排水溝凈斷面尺寸（寬×深）為30 cm×30 cm。排水溝外護(hù)砌塊石，每隔10 m 設(shè)伸縮縫一道，填縫材料為聚乙烯閉孔泡沫板。 岸坡排水溝采用1∶0.3的梯形斷面，底寬70 cm，深100 cm。

2.1.8 上壩踏步

上壩踏步傾斜、斷裂。 為便于高程管理，本次設(shè)計(jì)將樁號0+270、0+410 處原C15 混凝土上壩踏步拆除重建。 新建踏步為C15 混凝土結(jié)構(gòu)，總寬2.5 m，凈寬2.0 m。

2.1.9 白蟻防治

在壩體樁號0+390～0+510 段發(fā)現(xiàn)有蟻穴。 本次除險(xiǎn)加固工程采用藥物灌漿法，對壩體白蟻進(jìn)行治理。 該方法在本地有成功經(jīng)驗(yàn)，又經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，可以起到良好的效果。 具體做法為：在背水坡樁號0+390～0+510、高程198.00～189.00m 范圍內(nèi)，進(jìn)行鉆孔投藥，孔距1.5 m，排距1.5 m，孔深2.5 m。藥劑采用五氯酚鈉或敵百蟲，水土比為1∶2，藥劑在水中的含量為0.1%～0.2%。

2.2 溢洪道工程的除險(xiǎn)加固

由于溢洪道無工程措施，設(shè)計(jì)整修溢洪道進(jìn)水渠，新建溢洪道泄槽段、消能防沖段及溢洪道兩側(cè)邊墻。 溢洪道為開敞式，全長393.8 m，其中進(jìn)水渠長200 m，為梯形斷面，C20 混凝土護(hù)坡，坡比1∶2。后20 m 為漸變段，底寬由90 m 漸變至70 m。 控制段為開敞式寬頂堰，堰坎厚15 m，寬70 m。 泄槽段水平長度133.8 m，首端底部高程為201.00 m，末端底部高程為186.00 m。 樁號0+215～0+265 為漸變段，兩側(cè)對稱漸變至寬50 m。該段底坡為1∶20，矩形斷面。樁號0+265～0+270 為拋物線連接段。 樁號0+270～0+348.8 為彎道段，轉(zhuǎn)彎半徑為6 倍泄槽寬，即300 m，其縱坡為1∶7。 樁號0+348.8～0+373.8 為消力池段，池深2.5 m。 樁號0+373.8～0+393.8 為海漫段，其后為河床。

2.3 輸水洞工程的除險(xiǎn)加固

2.3.1 輸水洞閘室維修

針對輸水洞存在的問題，對輸水洞進(jìn)口閘室屋面板、啟閉機(jī)梁及以上結(jié)構(gòu)拆除重建，啟閉機(jī)梁及以下結(jié)構(gòu)利用。 拆除了重建輸水洞工作橋。 工作橋長33 m，共3 跨，每跨11 m；橋臺為重力式U 型橋臺，高3.5 m，與道路和大壩壩頂連接。

2.3.2 洞身加固

為防止原輸水洞洞身漏水在周圍產(chǎn)生空洞，洞身與壩體之間形成接觸滲漏通道，輸水洞洞內(nèi)采用灌漿加鋼絲網(wǎng)噴護(hù)方案加固。 對原輸水洞洞身進(jìn)行洞內(nèi)固結(jié)灌漿加固，灌漿材料采用純水泥漿，灌漿范圍為原輸水洞洞身段。

2.3.3 輸水洞進(jìn)口維修

輸水洞進(jìn)口八字翼墻老化、局部坍塌，本工程對其翼墻和底板拆除重建。

2.3.4 出口消能防沖設(shè)施

輸水洞出口消力池底板斷裂，左側(cè)墻傾斜。 對輸水洞出口消力池拆除重建，消力池墻采用漿砌石結(jié)構(gòu)，底板采用C20 混凝土。

2.3.5 輸水洞下游泄洪、灌溉閘重建工程：

輸水洞下游泄洪、灌溉閘混凝土閘門碳化、鋼筋外露，啟閉機(jī)老化，啟閉塔排架有裂縫，漏筋，混凝土崩裂。 對輸水洞下游泄洪、灌溉閘閘室拆除重建。 重建泄洪閘順?biāo)鞣较虻妮S線與泄洪渠道軸線一致，由閘前防滲鋪蓋、閘室、閘后連接段及消能防沖段組成。 灌溉閘順?biāo)鞣较虻妮S線與泄洪渠道軸線呈25°夾角，由閘前防滲鋪蓋、閘室、閘后連接導(dǎo)墻組成。

2.4 機(jī)電、金屬結(jié)構(gòu)更新

2.4.1 機(jī)電設(shè)備及金屬結(jié)構(gòu)的選型、布置

輸水洞進(jìn)口工作閘門和檢修閘門均為一扇平面鋼閘門， 尺寸為2.2m×2.0m， 啟閉設(shè)備為1 臺20 t手電兩用螺桿式啟閉機(jī)。 泄洪閘門為兩孔鑄鐵閘門，尺寸均為2.6 m×2.8 m，啟閉設(shè)備為2 臺8 t 手電兩用螺桿式啟閉機(jī)。 灌溉閘門為一孔鑄鐵閘門，尺寸為2.2 m×2.8 m， 啟閉設(shè)備為1 臺8 t 手電兩用螺桿式啟閉機(jī)。

2.4.2 電氣主接線方案

外接電線接入配電箱， 配電箱引出線接照明、風(fēng)扇、插座及20 t 手電兩用螺桿式啟閉機(jī)。

2.5 壩體觀測設(shè)計(jì)

2.5.1 大壩變形監(jiān)測設(shè)施

本次除險(xiǎn)加固工程重新設(shè)置大壩變形檢測點(diǎn)。表面豎向位移和水平位移觀測公用一個(gè)測點(diǎn)。 位移觀測點(diǎn)擬在0+045、0+250、0+550 斷面的迎水坡壩前8 m、壩頂、背水坡壩后15m 處各布置觀測標(biāo)點(diǎn)一個(gè)，并在兩端布置相對固定的校核基點(diǎn)3 個(gè)。 起測基點(diǎn)和校核基點(diǎn)各3 處，共6 處。

2.5.2 大壩水流觀測工程

根據(jù)《土石壩安全檢測技術(shù)規(guī)范》SL60-94 中滲流觀測布置及埋設(shè)要求，二郎山水庫大壩滲流觀測設(shè)施有壩體浸潤線管、壩基測壓管、滲流流量觀測堰3 種[3]。其具體布置為：（1）壩體浸潤線管。共布置3 排10 孔，其中主河槽0+095 斷面設(shè)4 孔，臺地段0+335 以及副壩段0+555 斷面各設(shè)3 孔。（2）壩基滲流壓力觀測管。 共布置3 排10 孔， 其中主河槽0+105 斷面設(shè)4 孔， 臺地段0+340 以及副壩段0+560斷面各設(shè)3 孔。（3）滲流流量觀測堰。在大壩背水坡下游樁號0+100 處設(shè)三角量水堰一座。

3 結(jié)語

采用以上的除險(xiǎn)加固工程措施，工程完成后，加固了大壩壩體，完善了溢洪道的泄流條件，改善了水庫的周邊環(huán)境，使防洪、灌溉、旅游、養(yǎng)魚等效益大大提高。 同時(shí)，也保障了水庫下游沿岸抵御洪水能力，使下游免受洪澇災(zāi)害，保證了人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全，促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)社會的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。

[1]SL55-2000，中小型水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范[S].

[2] 白永年.土壩壩體和堤防灌漿[M].北京：中國水利水電出版 社，1985.

[3] SL60-94，《土石壩安全檢測技術(shù)規(guī)范》[S].