嚴寒地區(qū)某水庫應急除險工程方案研究

徐彥峰

嚴寒地區(qū)某水庫應急除險工程方案研究

徐彥峰

（杜爾伯特蒙古族自治縣農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)辦公室，黑龍江杜蒙166200）

某水庫位于杜蒙縣城西北部，總庫容1391×104m3，是一座以灌溉為主，兼顧防洪、養(yǎng)魚的中型水庫。樞紐工程由土壩、溢洪道、輸水洞組成。根據(jù)大壩安全鑒定結(jié)論意見，除險加固設(shè)計將原溢洪道拆除重建，重建的開敞式溢洪道位于右壩肩，堰頂高程為156.70 m，凈寬18 m，分3孔，底流消能。在原輸水洞北側(cè)200m處新建1座灌溉涵洞，為壩下埋管，混凝土方涵。文章闡述了該水庫的工程概況，除險加固及應急除險設(shè)計。

水庫除險加固；應急情況；重建溢洪道；新建灌溉洞；工程方案；審查批復

1 工程概況

某水庫位于縣城西北部，控制流域面積74 km2，總庫容1391×104m3，是一座以灌溉為主，兼顧防洪、養(yǎng)魚的中型水庫，工程等別為Ⅲ等，設(shè)計標準50 a一遇，校核標準為300 a一遇。

樞紐工程由土壩、溢洪道、輸水洞組成。土壩為均質(zhì)壩，壩長900 m，壩頂寬度為6.0 m，上游坡1∶3，下游坡1∶2.5，設(shè)計壩頂高程為160.90 m。土壩上游重建干砌石護坡。下游采用貼坡式排水。下設(shè)排水溝。壩頂采用砂石路面。重建的開敞式溢洪道位于右壩肩，堰頂高程為156.70 m，凈寬18 m，分3孔。底流消能。新建灌溉涵洞由進口護砌段、閘室段、洞身段、消力池段、海漫段及防沖槽組成，洞身為混凝土方涵，1孔1.5m×1.8m。

2 除險加固設(shè)計情況

根據(jù)大壩安全鑒定結(jié)論意見，除險加固設(shè)計將原溢洪道拆除重建，重建的溢洪道位于右壩肩，開敞式，堰頂高程為156.70 m，堰頂總凈寬18 m，分3孔，每孔凈6 m，采取底流消能［1］。

除險加固設(shè)計在原洞北側(cè)200m處新建灌溉涵洞1座，為壩下埋管孔，混凝土方涵，尺寸為1.5 m× 1.8 m。輸水洞由進口護砌段、閘室段、洞身段、消力池段、海漫段及防沖槽組成。

2002年3月，省水利廳對某水庫除險加固工程初步設(shè)計報告進行了審查并批復。

3 溢洪道初期運行情況

3.1 2005年凍害

2002年水庫除險加固完工運行以后，基礎(chǔ)底板產(chǎn)生凍脹變形：溢洪道陡坡段發(fā)生明顯凍脹變位，嚴重時陡坡段與閘室底板的結(jié)構(gòu)縫處，陡坡段頂面比閘室堰頂高出約9～11 cm。隨氣溫轉(zhuǎn)暖，變位開始逐漸恢復，但未恢復至原始位置，仍殘留有部分位移。

3.2 2005年溢洪道陡坡段處理措施

2005年，設(shè)計單位受建設(shè)單位委托做處理方案，經(jīng)過方案比較，提出處理措施為：將底板上再澆筑1.2 m厚的鋼筋混凝土來平衡凍脹力，陡坡段的前端拆除重新澆注鋼筋混凝土，并與閘室底板間用紫銅片做特殊結(jié)構(gòu)止水連接，整個陡坡段重新設(shè)置止水。陡坡段邊墻的結(jié)構(gòu)縫處，由于施工時用鋼筋固定木板，澆筑相鄰混凝土結(jié)構(gòu)時，沒有將固定用鋼筋切斷而澆入其中，使兩塊混凝土體局部有鋼筋直接相連，由于不均勻變位造成局部有混凝土破損掉角，要求一并修補完善。并要求對底板和地基的接觸面用水泥砂漿進行灌漿，保證其充填密實［2］。

經(jīng)過此次處理之后，運行至2013年，陡坡段沒有發(fā)現(xiàn)明顯的凍脹變形。2013年4月滲漏險情發(fā)生后得知，2005年實際施工中只是加厚了陡坡段混凝土，對陡坡段基礎(chǔ)未進行灌漿處理，陡坡段底板下的空隙仍然存在，為這次險情留下了極大的隱患。

4 應急除險設(shè)計

4.1 2013年水庫險情及應急處理情況

4.1.1 溢洪道出險情況

據(jù)水庫管理人員介紹，由于水庫水位超過正常蓄水位并繼續(xù)上漲，于2013年3月27日水位超過引渠前面的堤壩，庫水進到溢洪道前面，通過溢洪道放水，在持續(xù)放水至4月6日早6點，發(fā)現(xiàn)溢洪道進口左側(cè)圓弧墻外側(cè)土壩壩坡塌坑，馬上向上級報告，水利廳領(lǐng)導迅速組織有關(guān)單位進行搶險。

至4月6日下午，溢洪道引渠前段修筑了圍堰，水庫水位基本控制在興利水位以下，溢洪道前與庫區(qū)水基本隔開。通過擋墻后的開挖查找，發(fā)現(xiàn)進口左側(cè)圓弧擋土墻由于滲流淘刷作用基礎(chǔ)已掏空，造成擋土墻傾斜，從左側(cè)進口圓弧墻墻后及底板下、圓弧墻與鋪蓋左邊墻的結(jié)構(gòu)縫、到鋪蓋左邊墻外側(cè)、再到閘室左邊墩外側(cè)下游齒墻處存在較大水流通道。

4.1.2 現(xiàn)場險情勘察情況

為了盡快消除險情保證水庫安全和查明滲漏原因，組織現(xiàn)場查勘，討論研究處理方案。確定搶險應分應急搶險和溢洪道維修兩步進行。首先要進行搶險工作，確保溢洪道閘室安全。并派出地質(zhì)專業(yè)和水工人員多次開展現(xiàn)場查勘和測繪工作，在此基礎(chǔ)上查清某水庫溢洪道破壞的基本情況。通過現(xiàn)場測繪、描述及取樣試驗，基本了解了溢洪道主要部分的破壞情況。

4.1.3 溢洪道應急搶險處理方案

閘室左邊孔底邊下左下角近1／6閘室底板下局部土體缺失，左邊孔下游齒槽有小部分處于懸空狀態(tài)，加之春汛來臨，水庫水位有可能上漲，對整個溢洪道安全存在的威脅，因此必須馬上進行應急搶險處理。4月11日，提出應急搶險方案。對于基礎(chǔ)空洞回填方案，通過方案比較，并報請水利廳審查論證，回填材料采用自密實混凝土和回填灌漿在閘底板鉆孔施工。

具體施工方案確定后，搶險工作有序進行，4月17日—18日對空洞灌注混凝土，閘室左邊墩外側(cè)混凝土灌注面高出閘室底板底面約1 m。預埋的灌漿管出口統(tǒng)一設(shè)在閘室段的左側(cè)開挖面處，待下一步繼續(xù)做回填灌漿。

4.2 應急除險設(shè)計

4.2.1 應急除險方案布置原則

此次溢洪道險情是混凝土與回填土體間接觸滲流逐漸發(fā)展，導致接觸面滲透破壞，加上2005年凍害處理時沒有將通道封閉造成的，針對以上原因采取相應的除險加固方案。由于水庫所在地區(qū)地基土屬于強凍脹土，各方案需要保證不發(fā)生凍脹變形，同時需布置獨立完整的防滲體系來滿足滲透穩(wěn)定要求，確保溢洪道安全運行。

某水庫2002年批復后，開始除險施工，2005年又對陡坡段進行了加固，現(xiàn)狀閘室段及以下結(jié)構(gòu)物基本完好，未發(fā)現(xiàn)變形，現(xiàn)狀維修方案僅是拆除現(xiàn)狀傾斜和破壞的進口段，通過維修新建地下混凝土防滲墻和刺墻，形成完整、獨立的防滲體系，可以解決基礎(chǔ)滲透破壞的問題。通過比較，拆除進口段維修方案投資最低，工期短，在防滲效果上與其他方案基本相當。

4.2.2 應急除險工程總體布置

采用的現(xiàn)狀維修除險方案分成以下8個部分：

4.2.2.1 防滲措施

在進口導墻及平直段間布置一道混凝土截滲墻，底部進入地基土10 m，墻厚40 cm，向兩側(cè)做延伸刺墻至土壩軸線位置，截滲墻與進口兩側(cè)邊墻及護坦連接處加厚至80 cm，并用紫銅片止水連接。溢洪道基礎(chǔ)及兩側(cè)形成一道防滲屏障。

4.2.2.2 閘室、陡坡段、消力池段基礎(chǔ)處理

溢洪道左側(cè)閘室段及陡槽段第一節(jié)下部空洞混凝土回填已完成，在保證閘室及陡槽段穩(wěn)定后，開挖閘室右側(cè)邊墻及陡槽段兩側(cè)回填土，消力池兩側(cè)邊墻及消力坎后部。通過明挖，查明右側(cè)閘室、陡槽段及消力池混凝土底板下部情況后，有空洞部分采用常規(guī)混凝土回填，結(jié)合基礎(chǔ)底板接觸灌漿的方法進行基礎(chǔ)處理，封閉基礎(chǔ)空洞及溢洪道底板與地基土間的空隙。

4.2.2.3 拆除重建進口段

拆除原進口圓弧墻、平直段鋪蓋。重建進口段，引渠段用格賓石籠護砌7 m長，平直段鋪蓋長5 m，鋼筋混凝土鋪蓋厚度1.0 m，鋪蓋頂高程156.70 m。鋪蓋基礎(chǔ)下?lián)Q填1 m厚埋設(shè)混凝土。兩側(cè)為半重力式擋土墻。

4.2.2.4 閘室邊墩改造

閘室后部先布置鋼筋混凝土楔形體，楔形體上窄下寬直角梯形，對原閘室邊墩外側(cè)進行鑿毛，并插入錨筋。在外側(cè)布置鋼筋網(wǎng)與邊墩錨筋連接。楔形體形成后，邊墩背部坡度1∶0.25，頂部寬0.6 m，底部寬2.0 m，高6.7 m。并嚴格按施工規(guī)范要求進行了墻后黏土回填。

4.2.2.5 土料設(shè)計

清除溢洪道兩側(cè)原回填土料?？紤]到方便回填土的碾壓，開挖底寬為2.0 m，兩側(cè)邊坡應大致平順，不得出現(xiàn)臺階狀、反坡或突然邊坡，邊坡不得陡于1∶1.5。

回填黏土前應對混凝土表面涂刷黏土漿?；靥铕ね猎O(shè)計控制壓實度為96%，滲透系數(shù)＜1×10-4cm／s。應通過現(xiàn)場擊實試驗，取得最優(yōu)含水率和最大干密度，而后確定設(shè)計干密度?；靥钔杆牧蠎獫M足設(shè)計要求。

4.2.2.6 陡坡段、消力池兩側(cè)回填及邊坡防護

壩體部分的陡坡段兩側(cè)需回填黏土，回填黏土上采用30 cm厚干砌石護砌。壩腳外陡坡段兩側(cè)（3 m長）及消力池段兩側(cè)回填透水料，頂部采用30 cm厚干砌石護砌。消力池兩側(cè)邊墻按照反濾要求，由上游向下游、由底層至面層分層回填反濾料及塊石護砌。

陡坡段下游1／3段及消力池段的兩側(cè)布置縱向排水帶，排水帶為0.5 m×0.5 m的矩形斷面，內(nèi)部充填透水料外側(cè)包裹無紡布，沿建筑物輪廓外側(cè)延伸至消力池下游翼墻處，通過翼墻排水孔將基底滲水排至下游尾水渠。在排水帶下每隔5 m，布置深1 m，直徑1.0米的豎向排水井。排水井及排水帶外側(cè)均填充砂礫石，外側(cè)包裹一層無紡布。

為防止右側(cè)山體坡積水對溢洪道右側(cè)邊墻后填土的沖刷，在靠近溢洪道的右側(cè)山坡坡腳處設(shè)置排水溝，排水溝底寬0.5 m，邊坡1∶1，縱向順至下游海漫段進入河道。

4.2.2.7 溢洪道各結(jié)構(gòu)間沉降縫清理填充

溢洪道各結(jié)構(gòu)段間，還留有施工臨時支模鋼筋，必須切斷。已經(jīng)腐爛的瀝青木板及填縫板徹底進行清理，重新進行封堵，內(nèi)部充填瀝青油麻氈填縫材料，外部填充遇水膨脹橡膠條。

4.2.2.8 消力池排水孔清理及維修海漫段

拆除重建海漫段前10 m，為增強海漫的穩(wěn)定性和反濾效果，海漫上游10 m段布置為頂層50 cm厚格賓石籠，無紡布延伸至消力坎后塊石位置做卷鋪。

5 結(jié) 語

結(jié)合該水庫除險加固及應急情況，現(xiàn)總結(jié)如下：

1）設(shè)計單位要加強執(zhí)業(yè)資格管理，落實責任制，各級人員各有各的權(quán)限，向上向下都不能越級包辦，各負其責，設(shè)計變更及優(yōu)化設(shè)計必須履行必要的審批程序。

2）前期勘測工作要嚴格按規(guī)程、規(guī)范設(shè)計，細部結(jié)構(gòu)設(shè)計不能忽視，特別中小型水庫的建筑物兩側(cè)連接設(shè)計。

3）重視設(shè)計交底工作，設(shè)計單位就設(shè)計文件向施工單位作詳細的交底，這對于施工人員正確貫徹設(shè)計意圖，確保工程質(zhì)量很重要。

4）加強施工過程中的設(shè)代服務(wù)工作，水利工程項目的建設(shè)過程是不可逆的，設(shè)計人員應跟蹤工程的施工進度，到關(guān)鍵部位或有特殊地質(zhì)情況時，應建議項目法人及時組織參建各方共同研究解決方案，并掌握工程關(guān)鍵部位的施工是否滿足設(shè)計要求，避免出現(xiàn)質(zhì)量問題。

5）應提出水庫調(diào)度運用計劃，使管理單位正確認識工程安全和蓄水的問題，并制定水庫日常檢查觀測、維修養(yǎng)護、水庫度汛方案、搶險應急預案、防汛值班、安全檢查等制度，禁止超標準蓄水。

6）應向管理單位提出建議，加強水庫早期的維護和監(jiān)測工作，新建水庫或除險加固后的水庫，蓄水運行初期應密切觀察水庫工程各部位情況，在第一次高水位運行時最容易出現(xiàn)滲透破壞，應加強巡視，特別是建筑物與土壩連接處有無滲流，及早預防，避免滲流破壞。

7）險情發(fā)生時，要積極組織有效的搶險，做好調(diào)查分析及全面的現(xiàn)場勘查工作，掌握詳實的現(xiàn)場資料；漏水險情教訓慘痛，當引以為戒，按照規(guī)章制度行事。

［1］黃河水利委員會勘測規(guī)劃設(shè)計研究院.SL274—2001碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范［S］.北京：中國水利水電出版社，2001.

［2］水利部天津水利水電勘測設(shè)計研究院.SL253—2000溢洪道設(shè)計規(guī)范［S］.北京：中國水利水電出版社，2000.

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1007-7596（2015）07-0068-03

2015-06-28

徐彥峰（1957-），男，吉林鎮(zhèn)賚人，技術(shù)員，從事技術(shù)管理工作。