五峰南河水庫除險病害特征及除險加固措施

蔡宜洲 陳傳林

(三峽大學，湖北 宜昌 443000)

五峰南河水庫除險病害特征及除險加固措施

蔡宜洲 陳傳林

(三峽大學，湖北 宜昌 443000)

南河水庫始建1976年，于1986年完成大壩主體工程，受當時施工技術條件限制，水庫運行近20年后，水庫存在諸多不安全隱患。本文以南河水庫為例，闡述了水庫存在的病害問題，提出了相應的處理措施，基本能夠滿足水庫樞紐的正常運行，為水庫發(fā)揮社會經濟效益具有重要意義。

南河水庫;滲漏;灌漿;除險加固

引言

我國目前已建成各類水庫大壩8.8萬余座［1］，由于年久失修或者設計不合理及自然災害的影響，其中有4.7萬余座為病險水庫，約占水庫大壩總數(shù)的53%左右［2］。針對這些病險水庫大壩，我國開展了有計劃分步實施的除險加固工作，并取得了一定的成果，但是也存在一些問題，其中較典型的就是除險加固方案的優(yōu)選。大部分水庫屬于病險水庫，對社會經濟環(huán)境的破壞和致災風險逐年增大，嚴重威脅社會穩(wěn)定和經濟發(fā)展［3］，我國水庫病害主要包括水庫防洪不安全、抗震不安全、大壩結構不安全、大壩滲流不安全、輸水及泄洪建筑不安全、金屬結構和機電設備不安全、管理設備不安全等七個方面［4］。本文以五峰南河水庫為例，分析水庫現(xiàn)狀存在病害特征，針對水庫病害提出相應的處理措施。

1.工程概況

南河水庫位于湖北省宜昌市五峰土家族自治縣漁陽關鎮(zhèn)田家坪村，攔截長江一級支流洈水流域的南河水系。壩址以上承雨面積44.0km2，主河道長9.0km，河道坡降156.0‰?？値烊?93萬m3，水庫發(fā)電裝機320KW。南河水庫是一座以灌溉為主，兼有防洪、水產養(yǎng)殖等綜合效益的小 (1)型水庫。水庫樞紐主要由攔河大壩、壩頂溢洪道、左壩下輸水管、廠房等建筑物組成，大壩、溢洪道、廠房為4級建筑物，其他建筑物為5級。

2.水庫病害特征

該水庫原由五峰水電局設計，宜昌水電局批準興建，是建國后五峰土家族自治縣第一座小 (1)型水庫。水庫1978年10月動工興建，1986年因資金短缺停工，1999年工程開始進入水庫續(xù)建加固設計。在整個建設過程中，未作地勘工作，僅進行了庫區(qū)地形圖測繪就倉促上馬，其設計工作不能滿足現(xiàn)行設計規(guī)范。根據現(xiàn)場勘測調查，南河水庫存在的問題主要有:(1)防洪能力不足。經校核，溢流堰流量系數(shù)小，過流能力低，通過設計洪水 (重現(xiàn)期為30年一遇)時，洪水流量為518.99m3/s，堰頂水位586.32m，當通過重現(xiàn)期200年一遇洪水時，流量為1131.73m3/s，堰頂水位為588.41m，超過非溢流壩高程，在運行期間已發(fā)生洪水漫頂現(xiàn)象;(2)溢洪道挑流鼻坎較短，挑距亦較短，小流量的下泄水流完全跌落壩身，沖刷壩體;下泄大流量洪水時，由于水流的向心影響，造成壩后沖坑深度較大，目前實測沖坑度已達8.4m，且壩址處被淘刷，近壩處淘深約1.0～1.5m，已危及壩體安全;(3)壩滲漏水嚴重;(4)壩址基巖裂隙構造較為發(fā)育。在作壩肩已發(fā)現(xiàn)有一條沿裂隙發(fā)育的滲漏通道，造成左壩肩漏水，右岸有一滲漏點。(5)灌溉輸水鋼管與襯砌混凝土未進行防滲處理，漏水嚴重;(6)閘門銹蝕嚴重，啟閉設施老化;(7)安全監(jiān)測設施不完善，管理設施落后，放汛道路標準低。

3.水庫加固措施

3.1 大壩加固設計

大壩為單曲拱壩，主要的除險加固項目有:①加高壩頂部分非溢流壩段壩體、改造溢洪道溢流堰、壩體防滲灌漿、壩基帷幕灌漿和增設壩頂交通橋等。非溢流壩壩頂采用C20砼澆筑至壩頂高程589.30m，寬度為現(xiàn)有壩頂寬度3.30m。壩頂上下游均設置1.20m高的不銹鋼欄桿。②對于拱壩滲漏問題，采用“上阻下排”的原則。壩體灌漿布孔，在漏水壩段沿壩頂中心線，單排布置，以孔距2m，孔深鉆至漏水部分以下1-2m。壩體與基巖接觸部分和壩基灌漿，采用在上游壩腳打斜孔灌漿堵漏。

3.2 壩基加固設計

壩基帷幕灌漿防滲采用自壩頂鉆孔進行基礎帷幕灌漿。由于壩體采用帷幕灌漿防滲，因此，基礎帷幕灌漿軸線與壩體灌漿軸線重合，利用壩體鉆孔灌漿平臺進行帷幕灌漿施工，將基礎防滲和壩體防滲結合，形成封閉防滲系統(tǒng)。帷幕灌漿軸線基本平行拱壩軸線布置，兩岸布置灌漿平洞，左右岸平洞各長40m。帷幕單排布置孔距2m。大壩防滲帷幕下限550.00m，孔深12.05～40.00m，壩體、壩基帷幕灌漿總進尺3506m。

3.3 溢洪道加固設計

南河拱壩溢洪道為壩頂無閘控制泄洪表孔，水庫溢洪道位于大壩中間，型式為開敞式溢洪道，進口高程為582.80m，寬度35.60m，采用挑流式消能結構，最大下泄流量801.00m3/s。由于原溢洪道挑流鼻坎過短，挑距過近，造成大壩泄洪時，對壩體、下游河床和岸坡的沖刷破壞較大。針對溢洪道存在的問題，溢洪道采用保持溢洪道堰頂高程不變，拆除原溢流堰堰面，重建溢洪道溢流堰，改善泄流條件，根據防洪復核結果增加壩頂高程至589.30m。堰面曲線采用WES冪曲線，堰面曲線下接反弧段，采用挑流鼻坎挑流消能，改善對下游壩腳的沖刷，反弧段半徑為2.5m，鼻坎頂高程為579.98m，挑射角度為25°。根據壩頂交通橋要求，溢洪道頂部橋墩水平長度為3.0m，橋墩厚度為0.5m，采用等厚型式，進口為半圓型，出口為矩形。橋墩采用C25鋼筋混凝土澆筑，人行橋路面采用C20鋼筋混凝土澆筑，厚0.2m，堰體采用C25混凝土澆筑。

3.4 下游消能防沖設計

南河大壩采用挑流消能，下游河床表部為5.50m厚的碎塊石，抗沖刷極差，其下部及近壩處為大冶組下段灰?guī)r夾頁巖，巖層產狀90°＜24～26°，其間夾頁巖性軟，為軟弱結構面，且裂隙發(fā)育有可能被沖刷剪斷，危機大壩。為解決下游的抗沖刷問題，采用先清楚塘內淤積的泥沙和雜物，開挖表層覆蓋物至基巖面，清洗基巖面，采用漿砌石覆蓋，覆蓋厚度為下游河床面高程一下1.0m，漿砌石上至河床面采用1.0m厚C20混凝土保護，采用錨桿將護坦的混凝土與漿砌石錨固于基巖。護坦長度按消能防沖洪水標準20年一遇時下泄挑距加安全距離確定，護坦確定長度為11.0m。

3.5 輸水設施加固設計

輸水鋼管布置在左岸壩體內，輸水鋼管為圓形斷面，直徑為0.88m，長13.0m，進口高程為555.0m，在壩后采用蝶閥控制。輸水管運行20多年，現(xiàn)在已經銹蝕，由于混凝土澆筑質量和鋼材的繼續(xù)銹蝕問題，造成輸水管滲漏嚴重。根據實際情況和節(jié)約投資，采用將壩體埋管出口部分鑿挖，鑿挖厚度為10cm，重新埋設輸水管與原管焊接，在輸水鋼管出口采用閘閥控制，更換閘閥并增設一道檢修閘閥和閘閥室。出口段鋼管外包0.5m厚C20混凝土，鋼管末端接渠道，出口流速較大，增設消力坎。

3.6 防汛道路加固設計

水庫現(xiàn)有防汛公路起點為大壩左岸壩肩處，為村級公路，長度為2km，路基寬4.5m，無路面結構，結合水庫樞紐主體工程除險加固，按鄉(xiāng)級公路標準整修路基，泥結石路面，以利于防洪搶險。本次路面結構自路基以上依次為15cm厚碾壓碎石墊層、15cm厚C10水泥穩(wěn)定層、20cm厚混凝土路面，混凝土強度等級為C25。路面混凝土設橫向伸縮縫，間距為5cm，采用瀝青灌縫，全線路肩寬度0.5m，采用漿砌石砌筑。

3.7 工程觀測設計

南河水庫為Ⅳ等工程，大壩為4級建筑物，大壩安全監(jiān)測采用人工觀測和巡視檢查，工程監(jiān)測只對水位觀測和滲流量觀測。水位觀測在上游壩面高程設置水尺進行觀測;滲流量為壩體滲流量，在壩下游壩腳集水溝的出口處設三角堰觀測總滲流量，觀測壩體和壩基滲漏量。

4.結論

南河水庫是一座灌溉為主，兼有發(fā)電、防洪、養(yǎng)殖等綜合利用效益的小 (1)型水庫。水庫自1978年開始興建，1986年完成壩體主要工程，水庫樞紐建筑物存在質量問題，致使水庫不能充分發(fā)揮灌溉、防洪、發(fā)電等方面的社會經濟效益。經過除險加固處理后，南河水庫能夠消除安全隱患，發(fā)揮應有的設計效益。南河水庫運行多年，促進漁洋關鎮(zhèn)工農業(yè)生產的發(fā)展，緩解水庫下游地區(qū)地區(qū)防洪壓力，增加了9000畝耕地的灌溉用水水源，使得水庫灌區(qū)農田保證穩(wěn)產、高產，保障了水庫蓄水發(fā)電效益，獲得了豐碩的社會經濟效益。

［1］孫繼昌.中國的水庫大壩安全管理 ［J］.中國水利，2008，20:10-14.

［2］陳雷.加大工作力度 強化建管責任 著力做好小 (2)型病險水庫除險加固工作 ［J］.中國水利，2011，08:1-4.

［3］嚴祖文，魏迎奇，張國棟.病險水庫除險加固現(xiàn)狀分析及對策［J］.水利水電技術，2010，10:76-79.

［4］鈕新強.水庫病害特點及除險加固技術［J］.巖土工程學報，2010，01:153-157.

蔡宜洲 (1968—)，男，漢族，湖北省荊州市，副教授，單位:三峽大學，研究方向:水利工程施工技術。陳傳林 (1990—)，男，漢族，湖北省麻城市，在讀研究生，單位:三峽大學，研究方向:流體力學(水利工程)。