柴河水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程攔河壩防護(hù)系統(tǒng)

于厚文

(遼寧省水利廳，沈陽(yáng) 110003)

1 工程概況

柴河水庫(kù)位于遼寧省鐵嶺市境內(nèi)，距鐵嶺市12km，是一座以防洪、灌溉、工業(yè)和城市供水為主，兼顧發(fā)電、養(yǎng)魚(yú)綜合利用的大型水利樞紐工程。水庫(kù)為大(2)型水庫(kù)，工程等別為Ⅱ等，主要建筑物級(jí)別為2級(jí)，水庫(kù)按100年一遇洪水設(shè)計(jì)，10000年一遇洪水校核。水庫(kù)總庫(kù)容6.36億m3。

柴河水庫(kù)工程于1972年10月開(kāi)工，1974年底基本建成，水庫(kù)樞紐工程包括攔河壩、溢洪道、泄洪洞和水電站等。1976年3月～1977年6月進(jìn)行了可能最大洪水保壩和土壩補(bǔ)強(qiáng)施工。2007年進(jìn)行除險(xiǎn)加固，2010年9月除險(xiǎn)加固工程通過(guò)驗(yàn)收。

2 加固前攔河壩防護(hù)狀況

柴河水庫(kù)自建成蓄水后，攔河壩陸續(xù)出現(xiàn)漏水、滑坡等質(zhì)量事故，期間雖然經(jīng)過(guò)9次補(bǔ)強(qiáng)，但始終未徹底解決問(wèn)題。為徹底解決攔河邊坡抗滑穩(wěn)定不滿(mǎn)足要求等問(wèn)題，2003年11月遼寧省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院編制完成了《柴河水庫(kù)安全分析評(píng)價(jià)報(bào)告》，詳細(xì)闡明了水庫(kù)攔河壩等存在的主要問(wèn)題，2005年5月水利部大壩安全管理中心以壩函［2005］989號(hào)批準(zhǔn)了柴河水庫(kù)為三類(lèi)壩，2006年6月，遼寧省發(fā)展與改革委員會(huì)以遼發(fā)改農(nóng)經(jīng)〔2006〕470號(hào)文對(duì)除險(xiǎn)加固工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告進(jìn)行批復(fù)。2007年除險(xiǎn)加固前攔河壩防護(hù)狀況描述如下。

a.上游壩坡:102m高程以上干砌石護(hù)坡石料風(fēng)化、破壞嚴(yán)重;90～102m高程無(wú)壩坡防護(hù)結(jié)構(gòu);90m高程以下部分壩段出現(xiàn)深坑。

b.下游壩坡:碎石護(hù)坡出現(xiàn)不均勻沉陷，右側(cè)局部隆起，東側(cè)局部塌陷，壩體橫向、縱向排水設(shè)施，馬道及81m高程平臺(tái)破損較重。

c.壩頂:防浪墻上游平臺(tái)為磚砌體，表面為水泥砂漿抹面，砂漿抹面出現(xiàn)一定數(shù)量龜裂及表面剝蝕，部分砌體破壞，2004年對(duì)防浪墻墻體剝蝕部位采用水泥砂漿修補(bǔ);壩頂路面多處出現(xiàn)龜裂，有5條貫穿橫縫，且分布比較均勻，路面局部破損，起伏不平。

d.壩端岸坡:僅上游壩坡右側(cè)有漿砌石擋墻，該擋墻用于碼頭平臺(tái)防護(hù)，且破壞嚴(yán)重。上游壩坡左側(cè)、下游壩坡左右側(cè)與山體邊坡連接處均未考慮岸坡防護(hù)，多年來(lái)因沖刷形成多處滑塌，雜草叢生。左右壩端(指壩頂交通路以上)沒(méi)有防護(hù)工程，經(jīng)常發(fā)生巖石脫落、滑坡現(xiàn)象。

3 加固后攔河壩防護(hù)系統(tǒng)

柴河水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程攔河壩防護(hù)系統(tǒng)由攔河壩上游護(hù)坡、下游護(hù)坡、壩頂防護(hù)和與其相關(guān)聯(lián)的左右壩端岸坡防護(hù)組成，目的是確保大壩安全運(yùn)行、經(jīng)濟(jì)、美觀(guān)。本次加固遵照設(shè)計(jì)，多方借鑒，全面考慮，周密決策，最終形成一個(gè)攔河壩防護(hù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)由上游壩坡防護(hù)子系統(tǒng)、下游壩坡防護(hù)子系統(tǒng)、壩端岸坡防護(hù)子系統(tǒng)和壩頂防護(hù)子系統(tǒng)組成，從而在攔河壩區(qū)域形成一個(gè)全封閉系統(tǒng)。

3.1 上游壩坡防護(hù)子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)由90m高程以下、90～102m高程和102m高程以上壩坡三部分組成。90m高程以下壩坡在加固范圍內(nèi)采用水下拋石方法進(jìn)行加固，即拋石固腳，水下拋石采用網(wǎng)格法，加工制造專(zhuān)門(mén)的拋石平臺(tái)和拋石船，石料從右岸碼頭通過(guò)拋石船運(yùn)送到需拋填部位，拋石船定位和測(cè)量通過(guò)拋石平臺(tái)控制，拋石平臺(tái)根據(jù)網(wǎng)格布設(shè)進(jìn)行移動(dòng)(見(jiàn)圖1)。90～102m高程壩坡及平臺(tái)進(jìn)行全斷面干砌石防護(hù)，拆除原來(lái)隨機(jī)堆石和淤泥雜物等，選留可利用石料分段集中堆放，壩坡整平后鋪填砂礫料墊層，分段、分層進(jìn)行干砌石砌筑。102m高程以上干砌石護(hù)坡進(jìn)行局部翻修，對(duì)風(fēng)化嚴(yán)重、長(zhǎng)樹(shù)、草和變形等部位確定處理范圍并標(biāo)識(shí)，砌筑時(shí)要保證與原有砌石接合緊密，石料色澤盡量保持一致。上游壩坡通過(guò)分部位、分階段施工形成一個(gè)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的防護(hù)體系，從而確保上游壩坡穩(wěn)定和安全。

圖1 上游壩坡水下拋石護(hù)腳

3.2 下游壩坡防護(hù)子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)由碎石護(hù)坡、縱橫向排水溝、馬道、81m高程平臺(tái)及排水明渠五部分組成。碎石護(hù)坡分為三道工序，第一道工序?qū)φ麄€(gè)下游壩坡長(zhǎng)草部位進(jìn)行清理，清到原砂礫料為準(zhǔn)。第二道工序?qū)υ瓑纹侣∑鸩糠智宄嘤嘧o(hù)坡碎石，對(duì)塌陷部位回填碎石，不管清除還是回填都要保證碎石厚度不小于10cm。第三道工序?yàn)樗槭佒?，碎石顏色為粉紅色，厚度為20cm，碎石強(qiáng)度、粒徑要滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求(見(jiàn)圖2)。預(yù)制安裝縱橫向排水溝，在粉紅色碎石鋪筑前就要進(jìn)行安裝，為保證壩坡排水順暢，在縱向排水溝上游側(cè)設(shè)置排水孔。馬道拆除重新澆筑混凝土。81m高程平臺(tái)重新整修。增設(shè)一條全長(zhǎng)550m的排水明渠，將壩坡縱橫向排水全部排入排水明渠內(nèi)。通過(guò)本次加固后下游壩坡平整、安全穩(wěn)定、顏色美觀(guān)、排水通暢。

圖2 下游壩坡防護(hù)系統(tǒng)

3.3 壩端岸坡防護(hù)子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)由上游岸坡防護(hù)、下游岸坡防護(hù)、左壩端防護(hù)和右壩端防護(hù)四部分組成。岸坡防護(hù)是指與壩坡相連部分，壩端是指壩頂路面以上大壩端部。上游岸坡防護(hù)右岸在原漿砌石擋墻增設(shè)一層鋼筋混凝土面板，左岸新建重力式混凝土擋土墻(見(jiàn)圖3)。下游岸坡防護(hù)左右兩側(cè)均為混凝土網(wǎng)格草皮護(hù)坡(見(jiàn)圖4)。鑿除左壩端山坡裸露巖面處的活動(dòng)巖石，采用植被綠化錨固技術(shù)對(duì)巖石邊坡進(jìn)行保護(hù)處理。同樣鑿除山右壩端坡裸露巖面處的活動(dòng)巖石，然后采用錨固和塑石及綠化相結(jié)合防護(hù)措施。

圖3 上游壩坡左岸坡和壩端防護(hù)

圖4 下游壩坡右岸坡和壩端防護(hù)

3.4 壩頂防護(hù)子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)由防浪墻上游平臺(tái)、防浪墻和壩頂交通路(包括左右岸廣場(chǎng))三部分組成。拆除防浪墻上游平臺(tái)，新建混凝土平臺(tái)。壩頂交通路先用碎石對(duì)坍塌部位找平，然后鋪筑瀝青混凝土路面，重新修筑路面下游側(cè)路緣石。

4 經(jīng)驗(yàn)與建議

4.1 經(jīng)驗(yàn)

a.前期做好初步設(shè)計(jì)，實(shí)施合理設(shè)計(jì)優(yōu)化。設(shè)計(jì)是攔河壩防護(hù)系統(tǒng)建立的根基，首先要做好初步設(shè)計(jì)階段攔河壩防護(hù)設(shè)計(jì)，《柴河水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告》在2006年5月完成，歷經(jīng)19年的調(diào)研、論證和數(shù)據(jù)分析，該報(bào)告詳細(xì)計(jì)算壩頂高程、上游壩坡穩(wěn)定等，并進(jìn)行相應(yīng)加固設(shè)計(jì)和整修設(shè)計(jì)。其次在實(shí)施過(guò)程中進(jìn)行部分設(shè)計(jì)優(yōu)化，在初設(shè)時(shí)沒(méi)有完全確定新技術(shù)、新材料和方案推出的情況下，在壩端防護(hù)結(jié)構(gòu)、工藝及材料等方面及時(shí)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)優(yōu)化。

b.切實(shí)做好招標(biāo)工作，控制工程造價(jià)不超概算。編制招標(biāo)文件期間，項(xiàng)目法人組織設(shè)計(jì)，監(jiān)理和招標(biāo)代理共同對(duì)包括攔河壩在內(nèi)的工程量清單項(xiàng)目進(jìn)行細(xì)致分析、研究。為了保證清單項(xiàng)目實(shí)施時(shí)具有操作性，技術(shù)具有先進(jìn)性，首先要做好防護(hù)型式的選擇和確定工作，其次在型式確定后詳細(xì)制定分項(xiàng)工程項(xiàng)目等。工程量清單是整個(gè)攔河壩防護(hù)系統(tǒng)構(gòu)成的主要依據(jù)，在確定清單的同時(shí)要嚴(yán)格按照初步設(shè)計(jì)中項(xiàng)目設(shè)置造價(jià)，不能超過(guò)批準(zhǔn)概算。

c.結(jié)合防護(hù)工程性質(zhì)，統(tǒng)籌兼顧內(nèi)外質(zhì)量，使工程與周邊環(huán)境一體化。攔河壩防護(hù)系統(tǒng)在滿(mǎn)足工程運(yùn)行安全前提下更要注重美觀(guān)，做到與周邊自然環(huán)境和諧共存。上游壩坡及其岸坡是攔河壩防護(hù)主體。下游壩坡及其岸坡主要起保護(hù)壩坡穩(wěn)定和排水作用，可以考慮美觀(guān)，因此在碎石粒徑和顏色方面進(jìn)行優(yōu)化。壩端防護(hù)主要是保證山坡穩(wěn)定，因此內(nèi)在和外在結(jié)構(gòu)進(jìn)行統(tǒng)籌設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了生態(tài)防護(hù)和景觀(guān)塑石在水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程上的應(yīng)用。

d.體現(xiàn)防護(hù)系統(tǒng)防護(hù)型式多樣化，改變傳統(tǒng)的單一型式。傳統(tǒng)防護(hù)型式一般為干砌石、漿砌石和混凝土等，而柴河水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程攔河壩防護(hù)采用了干砌石、拋石、混凝土面板、漿砌石、混凝土重力式擋土墻、碎石(彩色碎石和普通碎石)、網(wǎng)格草皮、生態(tài)植被和塑石景觀(guān)等九種型式，構(gòu)建了多樣化的攔河壩防護(hù)系統(tǒng)。

4.2 建議

柴河水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程竣工近四年，攔河壩防護(hù)在遼寧省乃至全國(guó)水利行業(yè)頗具影響力，充分顯示該系統(tǒng)具有安全性高、型式多樣、結(jié)構(gòu)合理、外觀(guān)優(yōu)美等優(yōu)點(diǎn)，特別是在強(qiáng)調(diào)水文化和生態(tài)環(huán)境的形勢(shì)下，不論是水庫(kù)除險(xiǎn)加固還是新建水庫(kù)及所有水利工程，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)有防護(hù)系統(tǒng)的理念，形成常態(tài)化、標(biāo)準(zhǔn)化，在實(shí)施時(shí)結(jié)合實(shí)際條件，認(rèn)真研究，合理設(shè)置，真正實(shí)現(xiàn)水利工程與自然環(huán)境渾然一體。■