鬧德海水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程施工措施研究

摘 要：通過(guò)安全鑒定，確定大壩、輸水涵洞存在許多安全隱患，采取除險(xiǎn)加固工程措施，消除了工程隱患，改善了大壩的安全水平。

關(guān)鍵詞：鬧德海水庫(kù) 除險(xiǎn)加固 工程措施 工程質(zhì)量 運(yùn)行效果

中圖分類號(hào)：TV697 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）04（b）-0055-02

1 工程概況及存在的主要問(wèn)題

1.1 工程概況

鬧德海水庫(kù)位于遼河支流柳河上游，遼寧省彰武縣境內(nèi)，是一座以防洪滯沙、工業(yè)供水、農(nóng)業(yè)灌溉等綜合利用的大（二）型水庫(kù)。工程始建于1938年，建成于1942年建庫(kù)后經(jīng)過(guò)1965年加固，1970年改建以及1991年至1994年的消險(xiǎn)加固工程。水庫(kù)主體工程由擋水壩、溢流壩及泄洪排沙孔組成。大壩高44.5 m，壩長(zhǎng)167 m。大壩按百年一遇洪水設(shè)計(jì)，千年一遇洪水校核。設(shè)計(jì)洪水位為189.56 m，相應(yīng)庫(kù)容為1.368億m3，洪峰流量7630m3/s；校核洪水位為193.11 m，相應(yīng)庫(kù)容2.227億m3，洪峰流量12900 m3/s；興利水位為181.50 m，相應(yīng)庫(kù)容0.5億m3。

1.2 存在的主要問(wèn)題

大壩安全鑒定結(jié)論為：（1）工程質(zhì)量評(píng)價(jià)：本工程系偽滿時(shí)期建成，由于年代久遠(yuǎn)，加上政府更迭，已無(wú)處查找當(dāng)時(shí)大壩施工建設(shè)資料。（2）防洪標(biāo)準(zhǔn)校核：在水庫(kù)現(xiàn)有運(yùn)行方式下，水庫(kù)實(shí)際防御洪水能力不能滿足要求，現(xiàn)狀壩頂高程低于計(jì)算壩頂高程，不滿足規(guī)范要求；在現(xiàn)有運(yùn)行方式情況下，鬧得海水庫(kù)防洪安全性分級(jí)為C級(jí)。（3）滲流安全評(píng)價(jià)：1999年至2002年繞壩滲流觀測(cè)資料表明，兩岸岸坡沿垂直壩軸線方向的水力坡降小；防滲帷幕作用不大，繞壩滲漏嚴(yán)重?，F(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)大壩下游左右岸岸坡滲流嚴(yán)重，滲流點(diǎn)密布，部分岸坡因滲流沖刷形成孔洞。由于岸坡壩段滲流和繞壩滲流嚴(yán)重，大壩滲流部分評(píng)價(jià)為C級(jí)。（4）結(jié)構(gòu)安全評(píng)價(jià)：受高速水流沖刷及凍融剝蝕嚴(yán)重破壞，溢流堰面混凝土已出現(xiàn)嚴(yán)重剝蝕現(xiàn)象，普遍出現(xiàn)麻面，骨料裸露，平整度不夠。溢流壩護(hù)坦長(zhǎng)度不足20 m，且無(wú)其它效能設(shè)施，其下游沖坑經(jīng)過(guò)洪水沖刷，沖坑深度近10 m，深坑面積達(dá)1200 m2，且呈不斷加深、加大趨勢(shì)，已對(duì)大壩的安全構(gòu)成威脅。大壩表面及廊道內(nèi)裂縫嚴(yán)重，4#、5#、6#橋墩產(chǎn)生貫穿性裂縫，大壩上游岸坡巖體風(fēng)化凍融嚴(yán)重，已出現(xiàn)坍塌、滑坡趨勢(shì)。由于以上諸多問(wèn)題，大壩主體結(jié)構(gòu)安全評(píng)價(jià)為C級(jí)。（5）金屬結(jié)構(gòu)分析評(píng)價(jià)：排沙孔1#、2#、4#、6#、7#啟閉機(jī)的啟閉容量不足及超過(guò)使用年限等，不能滿足閘門啟閉的正常運(yùn)行，存在重大安全隱患；輸水洞閘門因腐蝕條件需要更換的構(gòu)件數(shù)不滿足規(guī)范要求，啟閉機(jī)容量不足，不能滿足閘門正常運(yùn)行，存在重大安全隱患。金屬結(jié)構(gòu)安全性評(píng)價(jià)為C。水利部大壩安全管理中心壩函[2005] 989號(hào)文《關(guān)于柴河等六座水庫(kù)三類壩安全鑒定成果的核查意見》，確定鬧德海水庫(kù)為Ⅲ類壩，應(yīng)及時(shí)對(duì)大壩進(jìn)行除險(xiǎn)加固。鬧德海水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程主要項(xiàng)目有：壩下消能工程、帷幕灌漿工程、不穩(wěn)定岸坡噴錨工程、增設(shè)排沙底孔和中孔檢修閘門配套工程、輸水洞改造工程、壩體缺陷裂縫處理工程、工程觀測(cè)系統(tǒng)。工程設(shè)計(jì)總投資6328.02萬(wàn)元。

2 除險(xiǎn)加固工程措施

2.1 壩下消能工程

2.1.1 工程現(xiàn)狀

鬧德海水庫(kù)溢流壩施工到護(hù)坦時(shí)，處于日偽投降，工程沒(méi)有按照預(yù)定的圖紙施工，壩下消能施工擱淺?，F(xiàn)有的水庫(kù)溢流壩下護(hù)坦長(zhǎng)不足20 m，沒(méi)有任何消能工程。本次初設(shè)實(shí)測(cè)壩前沖坑最深處高程145.2 m，沖坑深度近6 m，面積達(dá)1200 m2，上述問(wèn)題直接威脅大壩的安全。

2.1.2 工程措施

本次設(shè)計(jì)壩下消能方式采用底流消能中的消力池方案，由于溢流壩下護(hù)坦已經(jīng)斷裂，先拆除此護(hù)坦，在新設(shè)計(jì)10 m長(zhǎng)、2 m厚護(hù)坦后接消力池，消力池斜坡段長(zhǎng)13 m，坡比1∶4.0，池長(zhǎng)37 m，池寬45 m，池深3.5 m，池底高程147.7 m，底板厚度2.0 m。消力池接原天然河道。消力池混凝土采用C25、F200，為了防止高速水流對(duì)消力池混凝土的沖刷破壞，在底板表層采用0.65 m厚的聚丙烯纖維二級(jí)配抗沖耐磨混凝土，聚丙烯纖維摻量1 kg/m3。底板下設(shè)直徑25 mm錨筋，錨筋間距2.0 m，面層配直徑16 mm、間距0.2 m的鋼筋網(wǎng)，錨筋下部插入新鮮巖石2.0 m，上部與鋼筋網(wǎng)焊接。對(duì)于壩后沖坑和底板下超挖部分，采用C10混凝土回填。消力池底板設(shè)直徑0.1 m的排水孔，呈梅花形布置，間距3.0 m。

底板向兩岸護(hù)砌至153 m高程。對(duì)消力池范圍內(nèi)的兩岸岸坡，清除表層強(qiáng)風(fēng)化巖并敲掉活動(dòng)巖石，確保岸坡穩(wěn)定。

2.2 帷幕灌漿工程

2.2.1工程現(xiàn)狀

鬧德海大壩每年蓄水后，兩岸繞滲現(xiàn)象很嚴(yán)重，兩岸繞壩滲流出露點(diǎn)較多，主要分布于壩下游150 m范圍內(nèi)，左岸多于右岸，出露高程一般在155.0 m以下。產(chǎn)生繞壩滲漏的原因主要還是壩基巖體完整性差，庫(kù)水沿裂隙滲漏，滲漏量加劇不利于大壩的安全與穩(wěn)定。雖然1994年對(duì)壩基和岸坡進(jìn)行了灌漿處理，但岸坡布孔為單排，效果較差。

2.2.2 工程措施

由于繞壩滲漏現(xiàn)象比較嚴(yán)重，所以帷幕灌漿孔布置成雙排孔，排距1.7 m，孔距2 m，其中，下游排灌漿起止高程從巖面線向下至150 m高程，下游排孔深40～50 m，上游排孔深為設(shè)計(jì)深度的1/2。設(shè)計(jì)防滲標(biāo)準(zhǔn)：ω≤3Lu。

2.3 不穩(wěn)定岸坡處理

2.3.1 工程現(xiàn)狀

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)繪調(diào)查，壩址區(qū)可能存在的不穩(wěn)定岸坡主要有兩處。

（1）右壩端至輸水洞進(jìn)口不穩(wěn)定巖體。

主要為近直立的岸坡，頂部為第四系松散堆積物黃色粉土，較厚，一般厚約2～5 m；巖體主要巖性為紅褐色火山集塊巖及灰色安山巖，節(jié)理較發(fā)育，個(gè)別節(jié)理已張開，寬度超過(guò)1 cm，且有泥質(zhì)沖填。目前岸坡穩(wěn)定，存在不穩(wěn)定因素。

（2）右岸下游不穩(wěn)定巖體。

該處山體較陡，主要巖性為紅褐色安山巖。已有垂向裂隙張開，寬度約2～3 cm。為不穩(wěn)定巖體。目前岸坡較陡，近直立，庫(kù)水位以上坡面以強(qiáng)風(fēng)化為主，局部為弱風(fēng)化，該部位岸坡受河水沖刷力較大，巖質(zhì)脆，抗沖能力弱。

2.3.2工程措施

（1）上游右壩頭至輸水洞進(jìn)口間岸坡處理。

此段不穩(wěn)定岸坡采用削坡處理，由現(xiàn)近直立的坡放至1∶0.75。岸坡石方開挖采用梯段爆破開挖，邊坡采用預(yù)裂爆破。處理范圍分為以下兩部分施工。其中山體開挖面190.0 m高程以下全部進(jìn)行鉆孔、打錨桿、掛鋼筋網(wǎng)、噴混凝土處理。錨桿為二級(jí)Ф28鋼筋，錨桿長(zhǎng)度5 m，孔距、排距均為2.5 m，噴15 cm厚C20混凝土。噴射混凝土范圍內(nèi)均布設(shè)排水孔，排水孔布置在153.5 m、159.5 m、165.5 m高程，水平間距8 m，孔深3 m，直徑為Ф10 cm。

（2）下游左岸150 m處岸坡處理。

此段不穩(wěn)定岸坡采用削坡處理，岸坡石方開挖采用梯段爆破開挖，邊坡采用預(yù)裂爆破。開挖隨著覆蓋層開挖的階段性進(jìn)行，由現(xiàn)近直立的坡放至1∶0.6，處理長(zhǎng)度約40 m，高度50 m左右。

2.4 增設(shè)排沙底孔和中孔檢修閘門配套工程

2.4.1 工程現(xiàn)狀

鬧德海水庫(kù)運(yùn)用從1942年至1969年為滯洪運(yùn)用階段，底孔、中孔均不設(shè)閘門，全年敞泄，無(wú)興利效益。從1970年又對(duì)大壩進(jìn)行改建，5個(gè)底孔和2個(gè)中孔安裝了平板鋼閘門，5個(gè)底孔（1、2、3、4、5號(hào)）和2個(gè)中孔（6、7號(hào)）閘門尺寸相同，均為1.7 m×2.35 m，5個(gè)底孔閘門門槽的底坎高程為151.02 m，2個(gè)中孔閘門門槽的底坎高程為163.50 m?，F(xiàn)有工作橋高度不夠，工作閘門吊起的最大高度低于設(shè)計(jì)洪水水位線。

2.4.2 工程措施

根據(jù)工作閘門起吊要求，并且為了方便工作門槽檢修，本次除險(xiǎn)加固增加所有底孔和中孔檢修閘門及配套工程。將現(xiàn)有傾斜式工作門槽拆除，改為直立式，同時(shí)原有工作橋和啟閉機(jī)房也一并拆除，在閘墩上布置排架結(jié)構(gòu)，排架上設(shè)工作橋，工作橋上設(shè)啟閉機(jī)室，啟閉機(jī)室頂端設(shè)工字鋼軌道，起吊檢修門。

2.5 輸水洞改造

2.5.1 工程現(xiàn)狀

水庫(kù)自2000年經(jīng)批準(zhǔn)增加供水功能，水庫(kù)改為蓄水運(yùn)行后，需要增加攔污柵啟閉設(shè)備。輸水洞檢修閘門原設(shè)計(jì)是靜水啟閉，水庫(kù)改為蓄水運(yùn)行后，原檢修閘門改為事故檢修閘門，要求動(dòng)水啟閉。配合金屬結(jié)構(gòu)閘門、攔污柵改造，水工建筑物也需要進(jìn)行相應(yīng)改造。鬧德海水庫(kù)1974年增建直徑3 m、長(zhǎng)450 m的輸水洞。洞內(nèi)壁只做了厚30 cm的混凝土襯砌，未做回填灌漿和固結(jié)灌漿，輸水洞運(yùn)行時(shí)，大壩下游右岸滲流明顯，右岸壩頭下部的巖石已產(chǎn)生了凍融破壞，有坍塌、滑坡趨勢(shì)，嚴(yán)重影響右壩頭的安全穩(wěn)定。輸水洞進(jìn)口處為大面積的風(fēng)化巖石，汛期經(jīng)常有巖石滑落現(xiàn)象，淤積庫(kù)區(qū)和淤堵輸水。

2.5.2工程措施

拆除原閘門槽混凝土、進(jìn)口擴(kuò)散段、檢修層和啟閉機(jī)室。啟閉機(jī)室重修，面積25 m2。由于平臺(tái)低于校核水位，須將頂面平臺(tái)抬高至193.5 m。引水隧洞進(jìn)口攔污柵槽坡度為1∶0.6，進(jìn)口采用三面擴(kuò)散，均為橢圓曲線，以原進(jìn)口頂點(diǎn)位置不變，布置新的進(jìn)口。輸水洞全線做回填灌漿，部位在頂拱120范圍內(nèi)，排距4 m，每排3孔，穿越混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)入巖石10 cm。輸水洞全洞做固結(jié)灌漿，灌漿孔孔深由襯砌內(nèi)表面算起為5 m，排距3 m，每排8孔，全洞線對(duì)稱布置。

2.6 壩體缺陷、裂縫處理

2.6.1 工程現(xiàn)狀

根據(jù)遼寧省水利水電質(zhì)量檢測(cè)中心提供的《遼寧省鬧德海水庫(kù)工程安全檢測(cè)報(bào)告》可知，鬧德海水庫(kù)大壩下游壩面混凝土出現(xiàn)多處豎向或近似豎向的裂縫，總數(shù)量近百條。下游側(cè)溢流壩面混凝土表面沖刷和凍融剝蝕嚴(yán)重，混凝土表面普遍出現(xiàn)麻面，骨料裸露，表面凸凹不平。左右擋水壩段、溢流壩段混凝土碳化深度均較深，達(dá)到43.0～45.0 mm。觀測(cè)廊道內(nèi)在頂拱上有一條與廊道平行的連續(xù)裂縫，側(cè)墻有100余條垂直裂縫，一般縫寬0.2～0.5 mm，最大達(dá)到0.7 mm，局部沿縫有大量的鈣質(zhì)析出，形成寬10 cm、厚5～8 cm的鈣質(zhì)晶體。

2.6.2 工程措施

大壩下游表面裂縫對(duì)于縫寬<0.2 mm的裂縫，在裂縫表面采用PCS-3柔性抗沖磨涂料進(jìn)行表面封閉處理；對(duì)于縫寬0.2 mm<δ<0.4 mm的裂縫，在裂縫部位進(jìn)行鑿槽，嵌填GBW遇水膨脹橡膠，用柔性聚合物水泥砂漿回填。大壩下游面表面剝蝕的混凝土全部進(jìn)行“鑿舊補(bǔ)新”法進(jìn)行修補(bǔ)，采用在裂縫部位開槽嵌填柔性止水密封材料，用聚合物水泥砂漿表面覆蓋，內(nèi)部進(jìn)行化學(xué)灌漿處理的方法。對(duì)溢流壩段工作橋橋墩與堰頂面連接處裂縫損壞混凝土鑿除、鋼筋除銹、填充混凝土，橋墩裂縫采用SK-E改性環(huán)氧樹脂灌漿的處理方法。

2.7 工程觀測(cè)及水情自動(dòng)化系統(tǒng)

2.7.1工程現(xiàn)狀

目前水庫(kù)開展的大壩表面位移觀測(cè)采用的是視準(zhǔn)線法及水準(zhǔn)測(cè)量法、繞壩滲流及揚(yáng)壓力觀測(cè)采用的是測(cè)深鐘法、這種傳統(tǒng)的人工觀測(cè)方法，其觀測(cè)強(qiáng)度大，精度低，而且有些觀測(cè)設(shè)施已老化破壞，溢流壩段未設(shè)表面位移觀測(cè)點(diǎn)。水庫(kù)現(xiàn)有雨量站的儀器設(shè)備已不能正常工作，觀測(cè)水位需通過(guò)水尺進(jìn)行庫(kù)觀測(cè)。

2.7.2 工程措施

按照《混凝土大壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范（試行）》SDJ336-89的要求，對(duì)觀測(cè)設(shè)施進(jìn)行更新改造，實(shí)現(xiàn)觀測(cè)自動(dòng)化。本工程壩頂水平、垂直位移觀測(cè)采用真空激光準(zhǔn)直法。真空激光測(cè)點(diǎn)在溢流壩段，布置在每個(gè)閘墩上，位置在新建交通橋上游側(cè)。共計(jì)6個(gè)壩段，6個(gè)閘墩，12個(gè)測(cè)點(diǎn)。揚(yáng)壓力觀測(cè)斷面設(shè)于壩基灌漿廊道內(nèi)，共計(jì)14個(gè)測(cè)點(diǎn)。采用弦式滲壓計(jì)進(jìn)行觀測(cè)，廊道內(nèi)，將全壩段劃分為兩個(gè)區(qū)，每個(gè)分區(qū)設(shè)量水堰，采用量水堰測(cè)量?jī)x進(jìn)行觀測(cè)壩基、壩體的滲漏量。在兩岸壩頭的10個(gè)繞壩滲流觀測(cè)孔內(nèi)放入壓阻式滲壓計(jì)測(cè)頭，測(cè)頭引出電纜接入DAU測(cè)控單元，通過(guò)光纜與設(shè)置在觀測(cè)房?jī)?nèi)的電子計(jì)算機(jī)組成自動(dòng)化觀測(cè)系統(tǒng)觀測(cè)繞壩滲流量。對(duì)雨量站的儀器設(shè)備進(jìn)行更新，建成遙測(cè)雨量站，自動(dòng)采集后的數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線通訊等方式傳向大壩監(jiān)測(cè)控制中心。在右側(cè)擋水壩段上游側(cè)設(shè)一個(gè)超聲波水位計(jì)，精確測(cè)量壩前及壩后水位。

3 工程質(zhì)量

鬧德海水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程嚴(yán)格按照SDJ249-88《水利水電基本建設(shè)工程單元工程質(zhì)量等級(jí)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)（一）》和SL176-1996《水利水電工程施工質(zhì)量評(píng)定規(guī)程》的規(guī)定，對(duì)每個(gè)分部工程中的每個(gè)單元工程質(zhì)量進(jìn)行單元工程、分部工程和單位工程檢查驗(yàn)收。4個(gè)單位工程全部?jī)?yōu)良，303個(gè)單元工程全部合格，單元優(yōu)良率為81.5%。

4 工程運(yùn)行效果

鬧德海水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程竣工后，隨著消能工程投入使用，大大減小了行洪水流對(duì)河道及兩岸山體的沖刷；兩岸繞壩滲漏現(xiàn)象得到較大改善，兩岸繞壩滲流出露點(diǎn)基本消失；排沙底孔和中孔檢修閘門配套工程完工后7臺(tái)啟閉機(jī)均可以在任何水位下進(jìn)行啟閉操作，工作橋高度提高后，工作閘門吊起的最大高度滿足了設(shè)計(jì)洪水水位線。上下游不穩(wěn)定岸坡經(jīng)過(guò)噴錨處理后不穩(wěn)定隱患已經(jīng)消除；輸水洞改建并進(jìn)行回填灌漿、固結(jié)灌漿后，輸水洞閘門滿足動(dòng)水啟閉的條件，灌漿效果良好，運(yùn)行期間對(duì)繞壩滲的影響基本消失；工程觀測(cè)和水情自動(dòng)化系統(tǒng)改照后實(shí)現(xiàn)了觀測(cè)自動(dòng)化。

5 結(jié)語(yǔ)

鬧德海水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程完工后，徹底解決了大壩的滲漏和穩(wěn)定等諸多問(wèn)題，通過(guò)水庫(kù)不同運(yùn)行階段的觀察和觀測(cè)，未出現(xiàn)任何異?，F(xiàn)象，各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，達(dá)到了除險(xiǎn)加固的目的。

參考文獻(xiàn)

[1]遼寧省鬧德海水庫(kù)安全鑒定報(bào)告[R].

[2]遼寧省鬧德海水庫(kù)初設(shè)報(bào)告[R].

[3]遼寧省鬧德海水庫(kù)工程安全檢測(cè)報(bào)告[R].

[4]遼寧省鬧德海水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程竣工驗(yàn)收鑒定書.