冶源水庫放水洞病害檢測及除險(xiǎn)加固

林立廷，呂燕亭，宋會良

（臨朐縣冶源水庫管理局，山東 臨朐 262605）

1 工程概述

1.1 工程概況

冶源水庫位于臨朐縣境內(nèi)沂山北麓彌河干流的上游，控制流域面積786 km2，總庫容2.03億m3，是一座以防洪為主，兼顧灌溉、城市供水、發(fā)電、養(yǎng)魚、旅游開發(fā)等綜合運(yùn)用的大（2）型山谷水庫。水庫于1958年5月動工興建，1959年9月建成蓄水。樞紐工程由主壩、副壩、溢洪道（閘）、東西兩座放水洞、東西兩座水電站等建筑物組成。

東放水洞位于副壩樁號1+043處。原結(jié)構(gòu)型式采用砌石拱內(nèi)襯鋼筋混凝土壓力涵管式，進(jìn)口采用漸變的喇叭式，在上游壩肩處設(shè)有砌石豎井式啟閉機(jī)房，安裝15 t手搖、電動兩用啟閉機(jī)。放水洞內(nèi)徑Φ2.0 m，平板后止水鋼閘門，進(jìn)口底高程126.0 m，設(shè)計(jì)輸水流量30.9 m3/s。

1.2 地質(zhì)條件

地層巖性為白堊系火山碎屑巖，放水洞基礎(chǔ)坐于強(qiáng)風(fēng)化火山集塊巖上，火山集塊結(jié)構(gòu)，主要由火山巖的集塊、火山角礫等火山碎屑物組成。該巖石力學(xué)強(qiáng)度滿足建筑物設(shè)計(jì)要求。

1.3 運(yùn)行中曾出現(xiàn)的問題

1）閘門破損，漏水相當(dāng)嚴(yán)重，根據(jù)下游水量估計(jì)流量達(dá)0.3 m3/s左右，主要是閘門破損、止水缺失造成。2）在提閘放水時(shí)，廊道出口外的一片平地受漏水漫浸而沼澤化，停止供水時(shí)漏水逐漸減少。3)在閘門后第1節(jié)與第2節(jié)、廊道中部第19與20節(jié)、第27與28節(jié)混凝土涵管連接處各發(fā)現(xiàn)環(huán)形裂縫，長2.5 m左右，寬0.5～1 mm。原因是廊道基礎(chǔ)在上部不均勻荷重作用下發(fā)生不均勻沉陷造成的。

2 東放水洞病害檢測分析

依據(jù) 《回彈法檢測砼抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》JGJ/T23—1992、《貫入法檢測砌筑砂漿抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程 》Q/JY11—1998、 《 砌 石 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 規(guī) 范 》GBJ3—1983、《混凝土強(qiáng)度檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)》GBJ107—1987等相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，對東放水洞進(jìn)行全面檢測分析。

2.1 豎井段

1）砂漿強(qiáng)度。在豎井內(nèi)抽取30個(gè)測區(qū)檢測了漿砌石砂漿強(qiáng)度。經(jīng)檢測，豎井內(nèi)壁砂漿強(qiáng)度平均值為7.6 MPa，離散系數(shù)為0.15，砂漿強(qiáng)度推定值為7.6 MPa，砂漿強(qiáng)度偏低。2）砂漿剝蝕。洞內(nèi)壁有輕微剝蝕，相對剝蝕面積12%，剝蝕深度6 mm，剝蝕損壞等級為B級。

2.2 廊道段

檢測前東放水洞廊道出口一直處于半封閉狀態(tài)。為檢測廊道，查明廊道內(nèi)壁的滲漏情況和外側(cè)壩體填土的質(zhì)量，鑿開廊道出口進(jìn)行了檢測。

1）砌石擋土墻砂漿強(qiáng)度。經(jīng)檢測，擋土墻砂漿強(qiáng)度平均值為6.8 MPa，離散系數(shù)為0.16，砂漿強(qiáng)度推定值為6.8 MPa，砂漿強(qiáng)度偏低，其等級評定為C級。2）廊道砂漿強(qiáng)度。經(jīng)檢測，廊道段砂漿強(qiáng)度平均值為9.2 MPa，離散系數(shù)為0.15，砂漿強(qiáng)度推定值為9.2 MPa，砂漿強(qiáng)度偏低。3）裂縫。廊道內(nèi)壁有若干處滲水、滴水現(xiàn)象，個(gè)別出現(xiàn)射流，滲水點(diǎn)處多伴有裂縫。其裂縫等級評定為B級。4）滲流溶蝕。廊道檢測表明：廊道內(nèi)壁兩側(cè)及拱頂滲漏較嚴(yán)重，溶蝕出逸點(diǎn)20余處，滲漏帶多伴有砂漿勾縫脫落，白色鈣化層結(jié)晶析出；廊道頂部多處白色結(jié)晶析出后形成鐘乳石狀，伴有滲漏水明流或滴水?，F(xiàn)場檢測表明：輸水管在提閘放水時(shí)因承壓和管身破裂而出現(xiàn)噴射水流，說明輸水管已不能安全運(yùn)行；高壓射流噴射在廊道內(nèi)壁上，長期積累將降低砂漿強(qiáng)度，淘刷砂漿，威脅其安全運(yùn)行。其滲漏溶蝕等級評定為D級。5）砂漿剝蝕。廊道內(nèi)壁勾縫砂漿質(zhì)量較好，但在滲流溶蝕嚴(yán)重處伴有砂漿剝蝕脫落，其等級評定為B級。

2.3 東放水洞安全狀態(tài)評價(jià)

從以上檢測結(jié)果可以看出，東放水洞豎井和廊道砂漿強(qiáng)度偏低，廊道滲漏、溶蝕較嚴(yán)重，鋼筋混凝土涵管損壞，輸水時(shí)射流嚴(yán)重，對廊道形成威脅。根據(jù)規(guī)范要求，鑒定東放水洞屬三類洞，必須進(jìn)行除險(xiǎn)加固處理。

3 東放水洞除險(xiǎn)加固方案比選

3.1 東放水洞拆除重建（方案一）

現(xiàn)有建筑物全部拆除重建，新建涵洞及豎井采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。新建穿壩涵洞過水?dāng)嗝婷娣e原則上與原放水洞過流斷面面積相當(dāng)，同時(shí)兼顧施工要求，故設(shè)計(jì)選用洞身斷面為1.8 m×1.8 m，放水洞長度88.8 m，與原洞相同，豎井處設(shè)攔污柵、檢修閘門和工作閘門，將攔污柵與檢修閘門共槽布置。上游引水渠兩岸擋土墻拆除重建，采用漿砌石結(jié)構(gòu)。

3.2 東放水洞加固（方案二）

將原放水洞漿砌石豎井及其上游廊道、引水渠拆除重建，豎井下游洞身加固。新建上游涵洞及豎井采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，豎井內(nèi)設(shè)工作閘門和檢修閘門，涵洞進(jìn)口設(shè)攔污柵，其下游設(shè)漸變段與原放水洞連接，上游引水渠兩岸采用漿砌石結(jié)構(gòu)；保留不動的涵管采用加固措施，利用高壓混凝土泵將原混凝土涵管與漿砌石廊道之間的空隙灌注細(xì)石混凝土，以防止涵管漏水，危及大壩安全。

3.3 方案比選

1）投資比較。根據(jù)工程量，經(jīng)計(jì)算：方案一總投資191.67萬元，方案二總投資141.58萬元。

2）優(yōu)、缺點(diǎn)比較。方案一的優(yōu)點(diǎn)是將原結(jié)構(gòu)全部拆除重建，徹底消除了安全隱患，工程質(zhì)量容易保證，便于今后的運(yùn)行管理；缺點(diǎn)是投資較大。方案二的優(yōu)點(diǎn)是投資較省；缺點(diǎn)是因保留了部分涵管，壩體挖除及重新填筑難度較大，新老結(jié)構(gòu)結(jié)合施工措施較復(fù)雜，不能解決保留涵管漿砌石廊道與壩體接觸部位可能出現(xiàn)的接觸沖刷和不均勻沉陷問題，給以后的運(yùn)行管理帶來不便。

綜合經(jīng)濟(jì)、技術(shù)和運(yùn)行管理等方面的科學(xué)論證分析，選定方案一，即將原放水洞拆除重建。

4 除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)

4.1 引水渠段

上游引水渠段兩側(cè)邊墻為漿砌石八字直墻，引水渠底寬由3.0 m漸變?yōu)?.0 m，底高程126.0 m，邊墻頂高程由126.5 m漸變?yōu)?29.5 m。

引水渠與豎井間為鋼筋混凝土涵洞共2節(jié)，長16.8 m，洞身斷面尺寸為1.8×1.8 m。

4.2 豎井段

豎井段位于上游壩坡上，為C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，孔口尺寸為1.8 m×1.8 m，豎井內(nèi)設(shè)檢修閘門和工作閘門各一道，兩閘門均采用平板后止水鋼閘門，工作閘門啟閉采用固定卷揚(yáng)式啟閉機(jī)，檢修閘門啟閉采用電動葫蘆，攔污柵與檢修閘門共槽布置。

豎井地板及邊墩厚0.8 m，前墻、后墻厚0.5 m，胸墻厚0.4 m。豎井頂部設(shè)檢修平臺，頂高程138.30 m，檢修平臺以上設(shè)排架、機(jī)架橋，機(jī)架橋上設(shè)啟閉機(jī)房。啟閉機(jī)房通過人行便橋與壩頂相連。

4.3 井后涵洞與出口連接段

井后涵洞段洞身斷面尺寸為1.8 m×1.8 m，洞身底坡比為1/200，洞身每隔8 m與壩體間設(shè)鋼筋混凝土截滲環(huán)一道。涵洞出口通過漸變段與原水電站壓力管道連接。

4.4 防滲與止水設(shè)計(jì)

永久縫止水既要滿足防滲要求，又要考慮適應(yīng)變形的能力，因此，在每節(jié)涵洞之間、涵洞與豎井閘室之間設(shè)橡膠止水帶和紫銅止水片各一道，在縫表面設(shè)一道雙組分聚硫密封膠嵌縫，填縫板采用閉孔泡沫板。

5 過流能力核算

放水洞放水時(shí)，隨著庫水位的變化，放水洞內(nèi)流態(tài)是變化的，主要有有壓流、半有壓流和無壓流3種流態(tài)。當(dāng)洞口水頭與洞口高比大于1.5時(shí)為有壓流，根據(jù)有壓流泄流量公式計(jì)算，當(dāng)庫水位達(dá)到興利水位137.72 m時(shí)，東放水洞泄流量為31.26 m3/s，比原設(shè)計(jì)流量多0.36 m3/s，因此，東放水洞拆除重建后的泄流量能力滿足原設(shè)計(jì)要求。