湖北省綠水堰水庫東輸水管加固和壩下泉水處理

彭道洲，李建平（天門市水利水電勘測設(shè)計院，湖北 天門 431700）

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湖北省綠水堰水庫東輸水管加固和壩下泉水處理

彭道洲，李建平（天門市水利水電勘測設(shè)計院，湖北 天門 431700）

本文介紹了采用植筋、粘剛技術(shù)對水工結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固，廊道減壓導(dǎo)滲法處理壩下泉水隱患。

水庫；輸水管加固；壩下泉水處理

1　工程概況

綠水堰水庫位于天門市漢北河支流柳河上游綠水堰河段，屬漢北河水系，工程以灌溉為主，兼有防洪、水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合效益。

水庫主要特征參數(shù)：大壩控制柳河干流上游流域面積28.6km2，正常蓄水位72.20m，設(shè)計洪水位74.10m，校核洪水位74.78m，死水位58m，水庫總庫容2046萬m3，其中調(diào)洪庫容572萬m3，興利庫容1474萬m3，死庫容30萬m3。

水庫樞紐由主壩、副壩、溢洪道、東輸水管和西輸水管等組成。

大壩為均質(zhì)土壩，壩頂高程76.00m，最大壩高24.35m，壩軸線長483m，壩頂寬5.0m，上、下游壩坡均為1：3。

溢洪道位于主壩西50m的山凹處，為無閘門控制的寬頂堰型式，堰頂高程72.20m，設(shè)計孔口凈寬27.6m，最大溢洪流量為161m3/s。

副壩位于主壩西約2km的山埡處，為均質(zhì)土壩，設(shè)計壩頂高程76.0m，最大壩高10.5m，壩軸長40m。壩頂寬5.0m，上、下游壩坡均為1：3。

東輸水管建于主壩東部山頭，為鋼筋混凝土箱涵，bh=2× 2.8m，進(jìn)口高程58.00m，管長85.0m，設(shè)計引水流量6m3/s。西輸水管建于副壩下，為鋼筋混凝土方涵，bh=0.6×1.0m，管底高程66.0m，管長56.0m，設(shè)計引水流量1.5m3/s。

綠水堰水庫保護(hù)著京山縣錢場鎮(zhèn)、天門市皂市鎮(zhèn)、九真鎮(zhèn)的13萬人，9萬畝耕地以及漢宜公路的防洪安全。

2　工程等級及防洪標(biāo)準(zhǔn)

水庫工程等別為Ⅲ等，大壩、溢洪道和輸水管等主要建筑物級別為3級，次要建筑物級別為4級，臨時建筑物級別為5級。

大壩、溢洪道和輸水管等主要建筑物設(shè)計防洪標(biāo)準(zhǔn)按百年一遇設(shè)計，千年一遇校核。溢洪道消能防沖設(shè)施按30年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，施工圍堰等臨時性建筑物按5年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計。

3　東輸水管加固

3.1加固目的

東輸水管管身及豎井年久失修，管壁混凝土破損、漏水嚴(yán)重，混凝土強(qiáng)度明顯降低。通過對管身、管壁和豎井的加固補強(qiáng)，防碳化處理，提高結(jié)構(gòu)承載力，滿足工程的正常使用功能。

3.2加固設(shè)計依據(jù)

（1）綠水堰水庫除險加固工程地質(zhì)勘察報告和混凝土結(jié)構(gòu)檢測文件；

（2）《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范》（GB50367-2006）。

3.3加固補強(qiáng)設(shè)計

（1）東輸水管及閘門豎井內(nèi)壁進(jìn)行環(huán)向粘貼鋼板加固。輸水管內(nèi)壁粘鋼為——250×8mm@600mm；閘門豎井內(nèi)壁粘鋼為——200×8mm@600mm。

（2）為增強(qiáng)粘鋼與原混凝土結(jié)構(gòu)的整體性，確保粘鋼部分與原結(jié)構(gòu)達(dá)到整體共同受力的目的，所粘鋼板通過植筋錨固技術(shù)植入螺栓，加強(qiáng)鋼板與基面混凝土結(jié)構(gòu)的連接，植筋沿所粘鋼板縱向梅花形交錯布置；植筋規(guī)格為：M14×210mm@250mm。

（3）采用高強(qiáng)無機(jī)材料修補混凝土蜂窩、麻面、孔洞等缺陷。

（4）采用高強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)膠對裂縫進(jìn)行修復(fù)處理。

（5）管身伸縮縫部位基面處理后，安裝橡膠板，伸縮、止水。

（6）加固處理后的管壁及豎井壁采用1：2聚丙烯纖維砂漿找平，然后再抹2cm的防護(hù)層。

3.4材料要求

（1）加固所用鋼材均選用Q235鋼；

（2）焊接鋼板時選用“碳鋼焊條”GB/T5117-1995規(guī)定的E42型焊條；

（3）粘鋼和植筋分別選用與其相對應(yīng)的專用高強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)膠作為粘結(jié)劑，輸水管內(nèi)潮濕部位施工，要求結(jié)構(gòu)膠同時具備潮濕環(huán)境固化特性；

（4）混凝土蜂窩、麻面、孔洞等缺陷修補接合面采用高強(qiáng)無機(jī)修補材料，要求施工快速、高強(qiáng)度、與基面粘結(jié)牢靠；

（5）裂縫采用高強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)膠修補（灌注）；

（6）伸縮縫選用：300×8mm橡膠板。

3.5施工要求

（1）混凝土加固、修補基面應(yīng)鑿除松散、破損部分，漏出新鮮堅實混凝土面，并將粉塵、雜物清除干凈。

（2）粘鋼：鋼板粘貼面應(yīng)打磨（或噴砂）粗糙，以增強(qiáng)鋼板粘結(jié)效果。粘鋼平段采用干粘法施工工藝，利用植入螺栓加壓；四角焊接部位采用濕式包鋼灌注法施工。拐角鋼板干粘板長預(yù)留不少于150mm，并且在鋼板焊接時應(yīng)有有效的降溫護(hù)膠措施。粘鋼完成后，鋼板面涂刷環(huán)氧類膠作防腐處理，并粘小豆石增加防護(hù)層的結(jié)合力。

（3）植筋：

根據(jù)螺栓規(guī)格，鉆孔成孔孔徑為18mm，孔深210mm，孔內(nèi)粉塵雜物必須清除干凈；待植入的螺栓需用脫脂棉清除油污；嚴(yán)格按照結(jié)構(gòu)膠的使用說明調(diào)制植筋膠；采用旋壓法植筋，垂直頂面方向植筋，必須有簡易可靠固定措施，防止結(jié)構(gòu)膠固化前由于螺栓自重滑落。

（7）安裝身縮縫止水：

止水橡膠板沿伸縮縫騎縫安裝，止水橡膠兩側(cè)通過高強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)膠粘結(jié)在混凝土面，橡膠粘結(jié)面應(yīng)進(jìn)行糙處理。

（8）混凝土缺陷修補應(yīng)控制好修補基面的處理質(zhì)量和界面劑施工工藝，裂縫修補前必須解決其滲水問題。

（9）加固工程施工氣溫在5℃以下時，應(yīng)采取有效的升溫加熱措施進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，保障加固工程施工質(zhì)量。

3.6豎井外壁防碳化處理

修補豎井外壁混凝土缺陷；用金剛磨片磨去混凝土面碳化層，露出新鮮堅實混凝土基面層，并用清水將其表面粉塵沖洗干凈，使顏色均勻如新；待打磨清洗后的豎井外壁干燥后，再均勻涂刷一層無色透明的混凝土防碳化膠。此方法能使豎井外表面潔凈如新，并能有效地阻止處理過后的混凝土面進(jìn)一步碳化。

4　1#泉眼處理

4.1基本情況

在主河泓最大斷面，有一孔泉眼（1#泉，在《天門市水利志》以及《湖北省溫泉志》上有關(guān)于此溫泉的描述），1#泉建壩前在壩柳河主河泓出露，建壩時用砂石反濾層將該泉水導(dǎo)出壩外，泉水為石炭系灰?guī)r中溶巖水，沿石炭系灰?guī)r與泥盆系石英砂巖接觸面經(jīng)深部徑流，在覆蓋層（Q2粘土）遭侵蝕后在溝中出露，泉流量864m3/d，水溫50℃。建庫后泉流量達(dá)1500m3/d，水溫僅22℃，且水質(zhì)略顯渾濁，每臨高庫水位時（庫水位在68～72m），泉流量達(dá)2000m3/d，表明該泉眼與庫水位相通，存在相互補給關(guān)系。1#泉出露點在ZK6附近稍微偏下游，已成為壩基主要的滲漏部位。

4.2設(shè)計處理方案比選

綠水堰水庫大壩已建成約50年，原1#泉眼導(dǎo)滲措施反濾料已經(jīng)堵塞失效，直接造成下游壩坡浸潤線偏高，危及大壩安全，必須進(jìn)行處理。對此泉眼的處理，因為其出露在下游壩坡，不能采取截滲的辦法，最合理的措施是導(dǎo)滲。選擇三種處理方案進(jìn)行比較。

方案（一）：從下游坡起開挖至泉眼處，清除原反濾料，在泉眼上方鋪設(shè)土工布，重新?lián)Q填反濾料，形成局部褥墊式排水。

方案（二）：在1#泉眼下游設(shè)置減壓井，定時抽取井水或者采取措施將井內(nèi)水導(dǎo)出。新建的減壓井井管，為直徑200mm無縫鋼管。底部用鋼板封死，管身鉆有直徑10～15mm的小孔，外包50目的銅絲網(wǎng)布以及棕片反濾。濾管段深入中風(fēng)化層，穿過強(qiáng)透水帶。在減壓井井口設(shè)置潛水泵抽除井水。

方案（三）：在1#泉出口設(shè)置廊道，在壩體集中出水點處設(shè)置豎井，采用頂管設(shè)置管道連接豎井和廊道，將泉水導(dǎo)出壩體。

方案（一）的優(yōu)點是：處理較徹底，質(zhì)量易控制；缺點是：基坑支護(hù)工作量很大，土方量偏大，在施工期對主壩安全不利，開槽最大深度19m，開槽段長約35m，施工過程中對主壩傷害大，難以修復(fù)到原狀態(tài)，改造后依然存在反濾料被堵塞的可能。

方案（二）的優(yōu)點是：工程量小，對主壩影響小；缺點是：管井易淤塞、堵死；因為管井內(nèi)水量無法自流溢出，需要設(shè)置抽水設(shè)備，管理較煩瑣，后期經(jīng)費增加。

方案（三）的優(yōu)點是：處理較徹底，效果明顯，質(zhì)量易控制，滲流觀測方便，可以直接從廊道進(jìn)入進(jìn)行維修，后期管理方便；缺點：施工技術(shù)要求高，工期慢。

為了徹底根治1#泉眼險情，減輕水庫的防洪壓力，同時考慮到經(jīng)濟(jì)等方面因素，考慮到為主壩永久管理提供觀測條件和給將來再次進(jìn)行維修留有余地，采用廊道導(dǎo)出泉水更為徹底，因此推薦采用方案（三）。

4.3處理工程設(shè)計

4.3.1滲流出口

在1#泉出口設(shè)置廊道，底板上設(shè)φ5排水孔，通過廊道把下部滲水導(dǎo)出來。出口段廊道的末端安設(shè)三角堰，便于對泉水出水流量進(jìn)行觀測。

4.3.2豎井（倒掛井）

通過設(shè)置地質(zhì)鉆孔，找準(zhǔn)1#泉集中出水點。以確定的1#泉出露點2#孔為圓心，布設(shè)內(nèi)徑為3m的豎井。從壩面開挖豎井至基巖面（一級平臺BK2附近），找到1#泉主出水點及原建壩時的排水反濾材料。利用混凝土井壁封閉切斷出露點與周邊的聯(lián)系，使泉水全部從豎井內(nèi)涌出。采用人工挖孔，現(xiàn)澆混凝土護(hù)壁。

豎井底部開挖至基巖后回填濾料形成厚90cm三級反濾層。反濾層由上至下分別為30cm厚級配碎石層 （D=20～40mm），30cm厚級配碎石層 （D=10～20mm），30cm厚中粗砂層。豎井底部泉水通過排水孔導(dǎo)出，反濾層上部設(shè)置鋼筋混凝土底板。底板上間距1m設(shè)置φ8排水孔，管材為PVC管材，管身鉆直徑5mm濾水孔，孔隙率10%，土工布包裹后插入濾料，管內(nèi)填滿級配碎石。為便于施工排水，在底板上設(shè)置50×50× 50集水井，其下設(shè)置反濾措施。底板澆筑和頂管施工完成后采用級配良好的碎石回填集水井。先利用倒掛井抽排泉水，降低浸潤線，減小土體含水量。

豎井兼做頂管施工工作井，斷面采用上圓下方中間漸變連接。豎井頂部高程69.0m，底板高程50.90m，總高度19.5m，上部采用15m采用壁厚30～40cm內(nèi)徑3m鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，為便于施工，每米分節(jié)，隨挖隨澆筑，每節(jié)之間設(shè)置止水。底部2.5m采用3m×4m矩形斷面，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，頂管后座墻厚80cm，其他墻厚60cm。漸變段長2m，平面上由內(nèi)徑3m圓形漸變?yōu)?m×4m矩形斷面，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

豎井頂部設(shè)置鋼筋混凝土預(yù)制蓋板，板厚15cm?？烤趥?cè)結(jié)合現(xiàn)澆頂板設(shè)置80cm×80cm檢修孔。

4.3.3連接管道

采取頂管法設(shè)置直徑80cm排水管連接豎井和已建廊道，將豎井內(nèi)泉水導(dǎo)出壩體。頂管段管長34m，由豎井內(nèi)向廊道方向頂進(jìn)。管身材料采用預(yù)制成品承插管，混凝土強(qiáng)度C50，管身內(nèi)徑80cm，管接頭鋼板焊接，管身接頭采用橡膠止水圈止水。

4.3.4已建廊道封頭

對已建廊道設(shè)置鋼筋混凝土堵頭，采用厚40cm鋼筋混凝土直墻，直墻與原廊道連接處設(shè)置橡膠止水帶止水。

4.3.5運行管護(hù)

加強(qiáng)壩后排水，啟用壩后二級平臺下縱向廊道減壓排水孔，同時做好壩后反濾保護(hù)。加強(qiáng)觀測，著重做好“泉水”的流量、水質(zhì)、水溫的長期監(jiān)測與分析工作。

［1］天門市水利水電勘測設(shè)計院.綠水堰水庫除險加固初步設(shè)計報告，2007.

［2］長江水利委員會長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究院.水利水電工程安全評價與加固，長江出版社，2004.

彭道洲（1979-），男，湖北天門人，工程師，本科，任副院長，主管水利工程規(guī)劃、設(shè)計工作。

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2016-5-20