躍進(jìn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)綜述

劉 婷

(新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院一分院，新疆石河子832000)

1 工程概況

躍進(jìn)水庫(kù)是一座引蓄瑪納斯河水的大(2)型注入式平原水庫(kù)，地處瑪納斯河沖積扇邊緣泉水溢出帶上，位于新疆瑪納斯縣縣城以北18 km處的仲莊，年調(diào)節(jié)水量2.5億m3～2.8億m3，規(guī)劃灌溉面積7.33萬(wàn) hm2，實(shí)際灌溉面積6.44萬(wàn) hm2。

2007年對(duì)躍進(jìn)水庫(kù)進(jìn)行了大壩安全鑒定，發(fā)現(xiàn)水庫(kù)調(diào)節(jié)庫(kù)容滿足不了灌區(qū)用水需要、部分壩段壩基滲透不穩(wěn)定、壩頂超高不足、部分護(hù)坡破壞嚴(yán)重、放水涵洞存在裂縫、大壩觀測(cè)設(shè)施不全及壩后排水渠不暢等問(wèn)題，水庫(kù)大壩被鑒定為Ⅲ類壩［1］。

2008年9月對(duì)該水庫(kù)進(jìn)行了除險(xiǎn)加固，加固后總庫(kù)容1.018億m3，壩線總長(zhǎng)15.9 km，最大壩高15.89 m，水庫(kù)主要采用壩體加高及塑性混凝土防滲墻等工程措施。除險(xiǎn)加固于2010年5月完成。經(jīng)過(guò)3 a的運(yùn)行檢驗(yàn)，證明工程處理措施合理，達(dá)到了除險(xiǎn)加固目的。

2 除險(xiǎn)加固主要工程措施

躍進(jìn)水庫(kù)工程主要由引水渠、大壩、放水涵洞、放水渠、壩后排水系統(tǒng)、防洪搶險(xiǎn)道路等部分組成。除險(xiǎn)加固工程總體布置主要依托原水庫(kù)的布局，主體布置基本沒(méi)有變動(dòng)。

2.1 壩體加高培厚

按照《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》SL274—2001對(duì)大壩壩頂安全超高按:①正常蓄水位加正常運(yùn)用情況的壩頂超高;②正常蓄水位加非正常運(yùn)用情況的壩頂超高再加地震安全加高。兩種工況進(jìn)行復(fù)核計(jì)算，取其大值，根據(jù)計(jì)算結(jié)果水庫(kù)的現(xiàn)狀壩頂高程不滿足規(guī)范的要求，需進(jìn)行加高。加固后壩頂高程415.3～417.8 m，壩頂高程變化的地方，壩頂路面以10%的坡度相連［2］。

-0+1100～0+500、12+400～15+790壩段壩頂設(shè)計(jì)寬度為5.0m，0+500～12+400壩段的壩頂設(shè)計(jì)寬度為6.0 m，行車道寬度為5.5 m。路面材料為泥結(jié)碎石，厚度為20 cm。設(shè)有向下游排水的2%橫坡。壩頂下游50 cm處設(shè)路緣石，上游壩肩設(shè)有路緣石，大壩上游壩坡為1∶2.0;下游壩坡也為1:2.0。1+500～5+150、5+300～7+500原有排水管予以保留。壩體填筑黏性土的壓實(shí)度取98%，料場(chǎng)土料的設(shè)計(jì)干容重按1.75 g/cm3控制。

2.2 大壩基礎(chǔ)防滲處理

根據(jù)地質(zhì)報(bào)告提供的砂層分布情況、滲流穩(wěn)定計(jì)算和水庫(kù)運(yùn)行中壩后坡腳的滲水表現(xiàn)，0+000～3+100壩段大壩基礎(chǔ)滲流相對(duì)穩(wěn)定，不需要專門的基礎(chǔ)處理，3+100以東壩段，大壩基礎(chǔ)滲流不穩(wěn)定，需要進(jìn)行基礎(chǔ)處理［3］。

本次除險(xiǎn)加固對(duì)水庫(kù)高壩段3+100～10+000壩段基礎(chǔ)進(jìn)行垂直防滲處理，采用塑性混凝土防滲墻方案，防滲墻厚度為0.30 m。防滲墻頂高程414.10 m～414.70 m，為原壩頂高程。防滲墻底高程深入壩基相對(duì)不透水層1.0 m左右。見(jiàn)圖1。

圖1 大壩除險(xiǎn)加固典型橫斷面

塑性混凝土防滲墻墻體要求滲透系數(shù)＜10-6cm/s，混凝土強(qiáng)度采用90 d齡期為C5，抗?jié)B指標(biāo)達(dá)到W6，混凝土配合比采用一級(jí)配，混凝土彈性模量控制在300～1000 MPa。

2.3 上游護(hù)坡改造

本次加固對(duì)1+400～7+700壩段高程408 m以上護(hù)坡進(jìn)行改造，改建面積13.16萬(wàn)m2;新增護(hù)坡范圍為現(xiàn)狀沒(méi)有護(hù)坡段和延長(zhǎng)壩段，樁號(hào)-0+110～0+500、9+500～15+790，新增護(hù)坡面積6.44 萬(wàn) m2。

1+400～7+700壩段采用現(xiàn)澆混凝土板的型式，技施設(shè)計(jì)方案為在現(xiàn)有護(hù)坡基礎(chǔ)上直接澆筑加厚混凝土面板，板厚10 cm;加高壩體新增混凝土護(hù)坡，護(hù)坡板寬4.0 m，長(zhǎng)3.0 m，錯(cuò)縫布置，板厚0.15 m，為保護(hù)砂礫石墊層，混凝土板縫間鋪設(shè)無(wú)紡布一層，無(wú)紡布規(guī)格為400 g/m2。砂礫石墊層厚0.3 m，砂礫石墊層要求粒徑＜0.075 mm的土粒含量＜10%。混凝土等級(jí)宜為C30，W6，F(xiàn)300。

施工過(guò)程中，此段護(hù)坡設(shè)計(jì)進(jìn)行了局部變更，主要內(nèi)容如下:

1)在4+200～6+200壩段上游護(hù)坡411.50～415.10 m高程范圍內(nèi)新增鋼筋網(wǎng) +15 cm混凝土護(hù)面。

2)對(duì)1+700～4+200、6+200～7+700壩段上游護(hù)坡411.50～415.10 m高程范圍內(nèi)的原混凝土護(hù)面進(jìn)行涂刷聚氨酯防水黏結(jié)涂料處理，處理面積32 199 m2。

-0+110～0+500、9+500～15+790，新增護(hù)坡采用現(xiàn)澆混凝土板的型式，護(hù)坡板寬4.0 m，長(zhǎng)3.0 m，厚0.15 m，錯(cuò)縫布置，混凝土板縫鋪設(shè)無(wú)紡布1層，無(wú)紡布規(guī)格為400 g/m2。砂礫石墊層厚0.3 m，混凝土等級(jí)宜為 C30，W6，F(xiàn)300。

2.4 放水涵洞加固修補(bǔ)

1)涵洞裂縫化學(xué)灌漿處理:對(duì)涵洞洞身出現(xiàn)的裂縫進(jìn)行化學(xué)灌漿處理，灌漿材料為聚氨酯，封孔材料為丙乳砂漿處理長(zhǎng)度16.09 m。

2)涵洞伸縮縫修補(bǔ)處理:對(duì)涵洞原有伸縮縫使用聚氨酯密封膏、丙乳砂漿進(jìn)行修補(bǔ)。

3)涵洞洞身修補(bǔ)處理:對(duì)涵洞底板和邊墻進(jìn)行丙乳砂漿修復(fù)處理［4］。

4)涵洞洞身充填灌漿:對(duì)放水涵洞洞身約20 m的混凝土外側(cè)采用水泥砂漿進(jìn)行充填灌漿，灌漿壓力0.3 MPa左右，材料為普通硅酸鹽水泥。

5)壩體灌漿處理:對(duì)放水涵洞壩段進(jìn)行帷幕灌漿處理，在老壩頂布設(shè)兩排灌漿孔，灌漿壓力0.2 MPa。

6)由于壩體加高，啟閉平臺(tái)高程由現(xiàn)狀414.80 m加高到417.20 m，豎井加高2.4 m，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，啟閉平臺(tái)至壩頂由長(zhǎng)2.0 m，寬7 m的棧橋連接［5］。

2.5 大壩安全監(jiān)測(cè)設(shè)施

水庫(kù)原來(lái)僅有庫(kù)水位和放水流量觀測(cè)，除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)增設(shè)表面變形監(jiān)測(cè)，壩體、壩基滲流壓力觀測(cè)設(shè)施等監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，具體布設(shè)如下:

2.5.1 表面位移觀測(cè)

在大壩 3+250、3+750、4+250、4+750、6+250、6+750、7+250和11+500斷面設(shè)8個(gè)觀測(cè)橫斷面。

2.5.2 壩體浸潤(rùn)線觀測(cè)和壩基滲透壓力觀測(cè)

在大壩 1+950、3+500、4+800、5+300、6+400、8+150、8+800、11+000 和 12+000 樁號(hào)設(shè)壩體浸潤(rùn)線觀測(cè)和壩基滲透壓力觀測(cè)管，每個(gè)橫斷面設(shè)4排孔，分別布于上下游壩肩、下游壩坡和下游坡腳。

2.5.3 庫(kù)水位及冰情觀測(cè)

1+200、3+000、7+520樁號(hào)處上游護(hù)坡面上的活性漆標(biāo)注的紅、白水尺進(jìn)行觀測(cè)。

2.5.4 滲透流量、滲透水透明度和水質(zhì)觀測(cè)

在縱向排水渠匯入橫向排水渠的位置設(shè)20 m長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)流斷面。

2.6 其他工程措施

1)清淤疏通水庫(kù)縱、橫向排水渠14.58 km。

2)改造水庫(kù)現(xiàn)有防洪搶險(xiǎn)及對(duì)外交通道路11.14 km。

3)對(duì)水庫(kù)大壩0+500～10+200段增設(shè)壩頂照明設(shè)施。

3 有關(guān)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

本次水庫(kù)除險(xiǎn)加固采用后壩坡加高培厚結(jié)合塑性混凝土防滲墻的方式。新加壩體填筑土為低液限黏土，壓實(shí)后滲透系數(shù)n×10-8～n×10-6cm/s，填筑壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)取98%，設(shè)計(jì)干容重取1.75 g/cm3，經(jīng)過(guò)3 a運(yùn)行檢驗(yàn)，防滲效果良好。

采用了防滲墻形式，其后壩體理論上可不承擔(dān)截滲任務(wù)，其主要作用是滿足層間反濾關(guān)系，維持壩體輪廓及壩坡穩(wěn)定。

平原區(qū)水庫(kù)周圍防滲土料比較豐富，其壓實(shí)后滲透系數(shù)一般較小，而較小滲透系數(shù)的土料培在壩后坡，對(duì)滲流控制作用不大，反而有可能抬高壩體浸潤(rùn)線。

因此建議對(duì)于此類筑壩土料要求可適當(dāng)放寬限制，黏性土、砂礫料及庫(kù)盤淤積料均可選用，以經(jīng)濟(jì)實(shí)用為主。

目前，我國(guó)的混凝土防滲墻技術(shù)正朝著兩個(gè)方向發(fā)展:河床覆蓋層級(jí)配均勻、粒徑較小的低水頭防滲工程向著薄型發(fā)展;河床覆蓋層分布厚、水頭較高的防滲工程朝著深厚型發(fā)展。薄型抓斗混凝土防滲墻對(duì)于中、低水頭大壩壩基和壩身的防滲處理更為經(jīng)濟(jì)適用。

當(dāng)前國(guó)際上采用抓斗法施工建造的地下連續(xù)墻的最大開(kāi)挖深度為140 m，最薄的地下連續(xù)墻厚度為20 cm。目前我國(guó)施工的塑性混凝土防滲墻最小厚度為30 cm。因此，考慮到防滲墻對(duì)地層變化的適應(yīng)能力較強(qiáng)，以及防滲的徹底性，隨著防滲墻施工機(jī)械及施工方法的不斷改進(jìn)，其造價(jià)會(huì)進(jìn)一步降低，發(fā)展前景應(yīng)十分廣闊。

北方地區(qū)平原區(qū)水庫(kù)，冬、春季是蓄水期，水庫(kù)維持在高水位運(yùn)行。壩體護(hù)坡需承受凍融及冰推冰拔的破壞，受損護(hù)坡若不加修復(fù)，其損壞程度會(huì)越發(fā)嚴(yán)重。

原施工方案為護(hù)坡上澆筑10 cm厚混凝土，經(jīng)試運(yùn)行后發(fā)現(xiàn)，水下部分凍脹破壞很容易使新老混凝土脫開(kāi)，冰推水壓易折斷。因此施工中將部分護(hù)坡修復(fù)方案改為在原護(hù)坡上涂抹聚氨酯涂層。

聚氨酯涂層具有造價(jià)低、施工便捷及能有效封閉混凝土表層，避免因水滲入新生或加劇病害等特點(diǎn)。并且，其與冰層不易黏連，冰推冰拔對(duì)護(hù)坡的破壞減輕。從運(yùn)行效果來(lái)看，聚氨酯涂層對(duì)護(hù)坡保護(hù)作用明顯。

4 結(jié)語(yǔ)

躍進(jìn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固總投資為17895.8萬(wàn)元，水庫(kù)除險(xiǎn)加固后，可提高下游灌區(qū)的灌溉保證率并減少灌區(qū)地下水開(kāi)采，具有顯著的節(jié)水、生態(tài)及社會(huì)效益。

在水資源時(shí)空分布不均的地區(qū)，水庫(kù)對(duì)于當(dāng)?shù)貒?guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展至關(guān)重要，其作用是不可替代的。水庫(kù)一般投資較大，使用周期較長(zhǎng)，如何更好的發(fā)揮水庫(kù)功能，使其在生命周期內(nèi)健康運(yùn)行，是我們每一個(gè)水利工作者應(yīng)當(dāng)思考的問(wèn)題。

設(shè)計(jì)方案要精益求精，施工方法要不斷改進(jìn)，管理維護(hù)要與時(shí)俱進(jìn)，充分吸收當(dāng)代科技成果，注重新材料、新工藝及新理念應(yīng)用，設(shè)計(jì)施工與建設(shè)管理并重。

［1］黃河水利委員會(huì)勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院.SL274-2001碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2001.

［2］吳德緒.抓斗法［M］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2006:27-31.

［3］趙家成，王從鋒，姜利漢.中、小型病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固的研究［J］.三峽大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2005，27(02):119-122.

［4］李德志.基于水庫(kù)出險(xiǎn)加固大壩穩(wěn)定及滲流計(jì)算［J］.黑龍江水利科技，2011，39(02):66-68.

［5］杜雷功.全國(guó)病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固專項(xiàng)規(guī)劃綜述［J］.水利水電工程設(shè)計(jì)，2003，22(03):1-5.