梅山水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)

朱彤

（安徽省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院 安徽合肥 230088）

梅山水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)

朱彤

（安徽省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院 安徽合肥 230088）

梅山水庫(kù)是一座以防洪、灌溉為主，結(jié)合發(fā)電、航運(yùn)及水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合利用的大（1）型水利樞紐工程。本文介紹了2008～2010年實(shí)施的梅山水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)。

梅山水庫(kù)；除險(xiǎn)加固；大壩；泄洪洞；溢洪道；發(fā)電引水鋼管

1 基本情況

梅山水庫(kù)位于淮河支流史河上游的安徽省六安市金寨縣境內(nèi)，是20世紀(jì)50年代興建的一座以防洪、灌溉為主，結(jié)合發(fā)電、航運(yùn)及水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合利用的大（1）型水利樞紐。大壩壩址在金寨縣梅山鎮(zhèn)上游約1km處。水庫(kù)總庫(kù)容22.63億m3。現(xiàn)狀樞紐工程由大壩、溢洪道、泄洪隧洞、放水底孔、發(fā)電引水鋼管、廠房和變電開關(guān)站等建筑物組成。工程于1954年3月動(dòng)工，1958年初開始蓄水運(yùn)行。經(jīng)多年運(yùn)行后，為消除工程存在的安全隱患和缺陷，于2008～2010年實(shí)施了梅山水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程。

梅山水庫(kù)工程等別為Ⅰ等，工程規(guī)模為大（1）型，主要建筑物大壩、溢洪道、泄洪隧洞、放水底孔和垛內(nèi)發(fā)電引水鋼管為1級(jí)建筑物。設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為500年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為5000年一遇。水庫(kù)正常蓄水位為128m，汛限水位125.27m，防洪高水位133m，設(shè)計(jì)洪水位137.66m，校核洪水位139.93m。

本工程區(qū)地震基本烈度為Ⅵ度，依據(jù)《水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL203-97）和水利部關(guān)于梅山水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程初設(shè)的批復(fù)，1級(jí)建筑物設(shè)計(jì)烈度在基本烈度上提高1度，為Ⅶ度。

攔河壩為鋼筋混凝土連拱壩，壩軸線近東西向，由15個(gè)垛和16個(gè)拱所組成，兩端各接重力壩和空心重力壩段，壩頂總長(zhǎng)443.5m（其中連拱壩段軸線長(zhǎng)311.5m），壩頂高程140.17m，防浪墻頂高程141.27m，最大壩高88.24m。溢洪道位于右岸，為岸邊開敞式泄洪閘，7孔，單孔凈寬12m，堰頂高程129.87m，設(shè)弧形閘門控制，采用差動(dòng)式齒坎挑流消能。老泄洪洞位于右岸。放水底孔位于9#拱臺(tái)內(nèi)。發(fā)電引水鋼管位于5#～8#垛內(nèi)，直徑2.8m，共4條；電站廠房安裝4臺(tái)單機(jī)容量為10MW的機(jī)組，廠房和升壓站不在本次除險(xiǎn)加固范圍內(nèi)。梅山水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程總布置見圖1。

圖1 梅山水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程布置圖

2 工程存在的主要問題

工程存在的主要問題有：①按汛限水位125.27m、為淮干預(yù)留5億m3蓄洪庫(kù)容（相應(yīng)蓄洪水位133m）進(jìn)行調(diào)洪計(jì)算，水庫(kù)現(xiàn)狀防洪能力不能滿足5000年一遇的校核標(biāo)準(zhǔn)。由于溢洪道布置較高，水庫(kù)在130m水位以下時(shí)泄洪能力低，不能滿足及時(shí)泄洪、為下游錯(cuò)峰的任務(wù)。②連拱壩經(jīng)多年運(yùn)行后壩身裂縫眾多，上游壩面混凝土剝蝕，兩岸壩基帷幕未進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)的壩段仍存在滲漏問題，兩岸坡地下水位較高，右岸重力墩和垛墻部分結(jié)合較差。③泄洪隧洞和放水底孔均存在進(jìn)口斜置事故閘門不能滿足設(shè)計(jì)水位條件下動(dòng)水關(guān)閉的要求、事故門后通氣孔孔徑過小等問題；底孔出口工作門在啟閉過程中，門體震動(dòng)強(qiáng)烈，閘門底緣等處存在空蝕。④溢洪道閘墩高程136.77m以上（除墩頭外）未布置鋼筋，啟閉機(jī)工作橋簡(jiǎn)支擱置在墩頂，支承面無墊板、連接螺栓及承壓鋼筋網(wǎng)，不符合現(xiàn)行規(guī)范的抗震構(gòu)造要求；啟閉機(jī)工作橋?yàn)殇摻罨炷凌旒芙Y(jié)構(gòu)，下弦桿裂縫多，節(jié)點(diǎn)鋼筋不符合抗震要求等。⑤發(fā)電鋼管明敷在垛內(nèi)，銹蝕嚴(yán)重且無事故排水和防沖設(shè)施，不符合現(xiàn)行規(guī)范要求。⑥閘門和埋件銹蝕嚴(yán)重，門體主要部件應(yīng)力超標(biāo)，啟閉機(jī)和機(jī)電設(shè)備老化嚴(yán)重。⑦工程運(yùn)行管理方面存在大壩安全監(jiān)測(cè)設(shè)施和運(yùn)行監(jiān)控手段落后等問題。

3 工程地質(zhì)條件

庫(kù)岸一般為巖質(zhì)邊坡，無順坡向規(guī)模較大的軟弱結(jié)構(gòu)面，穩(wěn)定性良好。庫(kù)周山體雄厚，巖石均為不透水的火成巖和變質(zhì)巖，不構(gòu)成庫(kù)水向庫(kù)外鄰谷的滲漏通道。

壩基為細(xì)粒花崗巖巖體（γ53-3），塊狀結(jié)構(gòu)，無大斷層，結(jié)構(gòu)面發(fā)育～較發(fā)育，壩基巖體質(zhì)量分類如下：左岸（西重力壩～4#垛）為AⅢ1，河床（5#拱～13#拱）為AⅡ，右岸（13#垛～東重力壩）為AⅢ2。

溢洪道出露的巖性為石英板巖（Pt2g-Sb）和細(xì)粒花崗巖（γ53-3）。接觸帶為混熔接觸，膠結(jié)良好。

新建泄洪洞沿線出露巖石均為細(xì)?；◢弾r（γ53-3），洞室圍巖基本新鮮，斷層及裂隙不發(fā)育～較發(fā)育，巖體完整，圍巖絕大部分為Ⅰ～Ⅱ類，洞室整體穩(wěn)定～基本穩(wěn)定。

4 除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)

4.1 大壩加固工程設(shè)計(jì)

4.1.1 大壩拱垛基面、裂縫處理

對(duì)拱垛加固范圍內(nèi)的老混凝土表面進(jìn)行鑿毛處理。拱、垛上裂縫采用賽柏斯修補(bǔ)，對(duì)于滲水裂縫和縫寬≥0.4mm的不滲水裂縫，還進(jìn)行灌漿處理、布置并縫鋼筋和埋設(shè)測(cè)縫計(jì)。

4.1.2 大壩拱垛加固

根據(jù)梅山連拱壩拱、垛裂縫分布情況及大壩動(dòng)力分析和抗震安全復(fù)核成果，擬定大壩拱垛加固方案，主要內(nèi)容為：1#～4#、14#～ 16#拱采用在下游面噴射150mm厚CF30鋼纖維混凝土并配置受力鋼筋網(wǎng)加固；各垛上游面板內(nèi)側(cè)、5#～12#垛墻外側(cè)、4#垛東墻外側(cè)及13#垛西墻外側(cè)均采用現(xiàn)澆600mm厚C30鋼筋混凝土加固；1#～3#、14#～15#垛墻外側(cè)、4#垛西墻外側(cè)、13#垛東墻外側(cè)以及3#垛墻內(nèi)側(cè)下游端現(xiàn)澆400mm厚CF30鋼纖維混凝土并配置受力鋼筋加固；各垛內(nèi)側(cè)上游底端高應(yīng)力區(qū)均采用C20微膨脹混凝土填充加固。

4.1.3 大壩基礎(chǔ)處理

本次大壩基礎(chǔ)處理的主要內(nèi)容為：

（1）在1996～1997年帷幕補(bǔ)強(qiáng)的基礎(chǔ)上，對(duì)未補(bǔ)強(qiáng)區(qū)域的帷幕進(jìn)行檢查，并予以必要的補(bǔ)強(qiáng)和延長(zhǎng)。由于岸坡陡裂隙發(fā)育，補(bǔ)強(qiáng)帷幕孔距均為1.5m。帷幕孔深按深入壩基相對(duì)不透水層（漏水率不大于3.0Lu）以下一個(gè)灌漿段5m控制。

（2）增設(shè)水平排水孔及左壩頭繞滲排水孔，疏通原有排水孔。排水孔設(shè)計(jì)孔徑170mm，鉆孔走向要求避開1963年加固時(shí)布設(shè)的預(yù)應(yīng)力錨索且不能鉆穿壩基防滲帷幕，要求距預(yù)應(yīng)力孔不小于1.0m，距帷幕線不小于2.5m。

（3）右岸重力墩新老混凝土結(jié)合面接縫灌漿4295m2。

4.1.4 上游壩面防護(hù)處理及大壩觀測(cè)

上游壩面防護(hù)處理采用涂刷賽柏斯（XYPEX）。

大壩觀測(cè)是在原有觀測(cè)項(xiàng)目基礎(chǔ)上新增對(duì)壩體裂縫及鋼筋應(yīng)力、壩溫、壩體水平位移、壩基排水孔水位、壩基排水孔滲壓滲流、氣溫、水溫等七個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，并對(duì)梅山水庫(kù)水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造。

4.2 溢洪道加固工程設(shè)計(jì)

溢洪道按維持原規(guī)模不變進(jìn)行抗震加固和缺陷處理，主要加固措施為：更換7扇工作閘門及其埋件和啟閉機(jī)，新工作門按最高擋水位133m設(shè)計(jì)。拆除重建啟閉機(jī)房及排架，新建橋頭堡，改建公路橋；高程136.77m以上閘墩拆除重建；左導(dǎo)水墻向下游接長(zhǎng)54.7m等。

4.3 新建泄洪洞設(shè)計(jì)

根據(jù)本次除險(xiǎn)加固調(diào)洪計(jì)算成果，校核洪水位139.93m時(shí)泄洪洞最大下泄流量為1800m3/s，老泄洪洞最大泄量?jī)H為685m3/s，遠(yuǎn)不能滿足要求。若對(duì)老泄洪洞進(jìn)行擴(kuò)建，則右壩頭需挖開，而右岸壩基曾于1962年發(fā)生基巖錯(cuò)動(dòng)大面積漏水事故，并于1963年放空水庫(kù)進(jìn)行過加固處理。本次加固若在右壩頭實(shí)施大開挖則風(fēng)險(xiǎn)過高，故在左岸新建一條泄洪洞，新洞進(jìn)口距離左壩頭約300m，出口位于廠房下游約70m。

4.3.1 新建泄洪洞結(jié)構(gòu)布置

新建泄洪隧洞為深式有壓短進(jìn)口的明流無壓洞，總長(zhǎng)431.4m，最大下泄流量1800m3/s。工程實(shí)施階段，根據(jù)水工模型試驗(yàn)成果，進(jìn)一步優(yōu)化了隧洞的體型和出口消能設(shè)計(jì)。新洞進(jìn)口底檻高程110.0m，進(jìn)口控制段長(zhǎng)36.733m，設(shè)置12.0m×9.41m平板事故門及12.0m×8.0m弧形工作閘門各一扇。事故閘門前為三向收縮喇叭口。在弧形工作門后，為拋物線段、斜坡段和反弧段連接而成的“龍?zhí)ь^”曲線與下部平洞段相接。洞身標(biāo)準(zhǔn)段斷面為圓拱直墻式城門形，寬9.0m，直墻高度8.0m，拱高2.5m。為避免拆遷電站出口線塔，出口箱涵采用平直（不擴(kuò)散）加挑坎出流。

4.3.2 洞身圍巖處理

進(jìn)口高開挖邊坡局部破碎部位采用C20混凝土噴錨支護(hù)并掛φ8鋼筋網(wǎng)。洞身局部斷層掏挖后回填混凝土處理。

洞身自進(jìn)口～反弧段末端及出口前19m長(zhǎng)平段采用全斷面鋼筋混凝土襯砌，并全斷面布置錨筋，兩邊墻下部各布置2道排水孔（出口段頂拱兩側(cè)各增設(shè)1道排水孔），襯砌全斷面布置固結(jié)灌漿孔，其中頂拱固結(jié)灌漿孔兼作回填灌漿孔。

其余平洞段為直墻及底板三面鋼筋混凝土襯砌，頂拱噴50mm厚素混凝土，底板及邊墻上部均布置錨筋，兩邊墻下部各布置2道排水孔。

4.4 發(fā)電引水鋼管加固設(shè)計(jì)

垛內(nèi)發(fā)電引水鋼管主要采用防爆裂外包0.695m厚鋼筋混凝土加固，使其由壩內(nèi)明管轉(zhuǎn)變?yōu)閴蝺?nèi)埋管；將上平段處原蝶閥及通氣閥等予以更換；進(jìn)口檢修門、啟閉機(jī)和尾水檢修門更新。

發(fā)電鋼管外包鋼筋混凝土后，因新增重量遠(yuǎn)超原搖擺支座承載力，為保證加固后鋼管仍能維持上下自由伸縮滑動(dòng)，拆除原搖擺支座，在原隔墻頂及兩側(cè)新建擴(kuò)大支承，并在擴(kuò)大支承混凝土頂部和鋼管外包混凝土底部分別埋設(shè)鋼板，以減小鋼管伸縮移動(dòng)時(shí)的摩阻力，同時(shí)在鋼管下方120°范圍（伸縮節(jié)段為沿全管周）增設(shè)軟墊層。

4.5 老泄洪洞加固設(shè)計(jì)

老泄洪隧洞不再承擔(dān)泄洪任務(wù)，改建為補(bǔ)充灌溉（發(fā)電）引水洞。進(jìn)口閘門改建為檢修門，更換閘門、啟閉機(jī)和部分埋件；更換出口工作門及埋件。

4.6 放水底孔加固

放水底孔按恢復(fù)其原設(shè)計(jì)的放空水庫(kù)及沖砂功能，不再承擔(dān)補(bǔ)充灌溉放水任務(wù)進(jìn)行缺陷處理，主要加固內(nèi)容為：更新進(jìn)口事故門和尾水檢修門，出口工作門及門槽維修，對(duì)局部混凝土空蝕等缺陷進(jìn)行修復(fù)。

5 結(jié)語

本次梅山水庫(kù)除險(xiǎn)加固消除了工程存在的諸多安全隱患，并使水庫(kù)達(dá)到了為淮干蓄洪5億m3后還能滿足500年一遇洪水設(shè)計(jì)和5000年一遇洪水校核的防洪標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)按汛限水位時(shí)能安全下泄河道安全泄量1200m3/s的要求擴(kuò)大了水庫(kù)的泄洪規(guī)模。除險(xiǎn)加固后工程運(yùn)行良好。

[1]王久晟，等.梅山水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程增加泄洪建筑物對(duì)下游河勢(shì)的影響研究.安徽省·水利部淮委水利科學(xué)研究院，2009，10.

[2]安徽省梅山水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程竣工地質(zhì)報(bào)告.安徽省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，2010，12.

TV697

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1673-0038（2015）35-0335-02

2015-8-12