汾河水庫除險加固施工技術(shù)研究

梁錦陶

（山西省水利水電勘測設計研究院，山西太原 030024）

汾河水庫除險加固施工技術(shù)研究

梁錦陶

（山西省水利水電勘測設計研究院，山西太原 030024）

汾河水庫建設較早，運行至今大壩存在一定程度的壩基滲漏、混凝土剝蝕開裂及工作閘門銹蝕老化等問題。本文簡要介紹了汾河水庫的工程概況及除險加固的任務，分別從主壩、溢洪道、輸水發(fā)電洞及泄洪隧洞入手，針對其存在的問題選擇合理的施工技術(shù)，為病險水庫的除險加固方案設計提供了參考依據(jù)。

汾河水庫；除險加固；壩基滲漏；施工技術(shù)

1 工程簡介

汾河水庫坐落于山西省太原市婁煩縣杜交曲鎮(zhèn)下石家莊村北約1km的汾河上，距太原市83km，屬黃河流域，水庫總庫容7.33億m3，是一座以防洪、灌溉、工業(yè)和城市供水為主，兼顧發(fā)電和養(yǎng)魚等綜合利用的大（2）型水利樞紐工程。

水庫大壩于1958年始建，1959年攔洪蓄水，1961年5月竣工運行，主壩壩型為均質(zhì)土壩，由于水庫興建于“大躍進”時期，屬于“三邊工程”，加之受限于當時的條件，質(zhì)量難以保證，因此水庫建成運行以來，雖然經(jīng)過多次后期處理［1］，但仍存在水庫防洪標準不足、壩基滲漏、壩頂開裂、溢洪道邊坡巖體破碎、輸水發(fā)電洞工作門銹蝕關(guān)閉不嚴等問題［2-4］。為防御洪水災害，保護下游人民生命財產(chǎn)安全，保證下游各縣、區(qū)、市經(jīng)濟高速發(fā)展，使汾河水庫充分發(fā)揮其應有的作用，對汾河水庫及早進行加固是十分必要的。

2 工程條件及工程任務

2.1 自然條件

2.1.1 水文氣象條件

汾河水庫控制流域內(nèi)屬亞熱帶大陸性氣候，四季變化明顯，雨量分布極不均勻，旱洪災害嚴重。水庫所在婁煩縣多年平均降水量426.2mm，其中汛期降雨量為全年降雨量的75%，7月、8月最大，占全年降水量的48.3%；多年平均蒸發(fā)量1734.5mm；多年平均氣溫7.9℃，極端最高氣溫36.7℃，極端最低氣溫-26.8℃；最大凍土深110cm；水庫封凍期70～100d，冰厚40～80cm；無霜期183d左右［5］。

2.1.2 地形地貌及地質(zhì)條件

該區(qū)地處山西省太原地區(qū)西北側(cè)呂梁山脈西北的中部，屬黃河流域汾河干流上游。地勢總體西北高東南低，沖溝發(fā)育。區(qū)內(nèi)地貌單元主要包括剝蝕低中山區(qū)、黃土丘陵區(qū)及沖積河谷區(qū)。剝蝕低中山區(qū)位于工程區(qū)東西兩側(cè)，西側(cè)為呂梁山脈西北的中部，東側(cè)為云中山南麓。沖積河谷區(qū)主要為汾河河谷及其支流河谷，大壩所在汾河河谷海拔約1060m。在剝蝕低中山區(qū)和沖積河谷區(qū)之間廣泛分布著黃土丘陵區(qū)，主要為各縣城和村鎮(zhèn)所在地。

區(qū)內(nèi)地層由老至新依次出露：太古界呂梁山群；古生界寒武系、奧陶系、石炭系、二疊系；中生界三疊系、侏羅系；新生界上第三系、第四系。另外，該區(qū)變質(zhì)巖中還有元古代呂梁期侵入巖，主要為：?花崗巖（γ2）；?輝綠巖和輝綠玢巖（β2）等。

該區(qū)所屬大地構(gòu)造單元為呂梁-太行斷塊呂梁塊隆之關(guān)帝山穹狀隆起帶，現(xiàn)地殼處于相對穩(wěn)定時期。工程區(qū)地震動反應譜特征周期為0.45s，地震動峰值加速度值為0.10g，相應地震基本烈度為Ⅶ度。根據(jù)區(qū)內(nèi)含水層巖性和地下水賦存特征，區(qū)內(nèi)地下水可劃分為碳酸鹽巖類裂隙巖溶水、變質(zhì)巖類裂隙水、碎屑巖類裂隙水和松散巖類孔隙水四類。

2.2 工程條件

施工區(qū)對外交通方便，有南同蒲鐵路、大運高速公路、108國道等重要的交通樞紐從下游經(jīng)過，縣鄉(xiāng)之間的三級公路、鄉(xiāng)村之間的四級公路等構(gòu)成了交通網(wǎng)絡，沿線建筑物距離已有交通道路較近，使得整個施工區(qū)交通極為方便，外購材料和設備都可經(jīng)此線運至工地。除與永久道路結(jié)合外，場內(nèi)需修多條臨時施工道路。臨時施工道路總長500m，采用砂石路面，路面寬6m。

汾河水庫加固工程所需當?shù)亟ú闹饕獮榉礊V料、石料、混凝土粗細骨料及土料等，可從羅家曲石料場、婁煩縣杜交曲塊石料場、大泉溝土料場或就近料場購買；所需鋼材、水泥及油料等可在婁煩縣購買。

施工所采用的石料、砂料等的質(zhì)量均應符合《水利水電工程天然建筑材料勘察規(guī)程》（SL 251—2000）的要求。水泥采用國家質(zhì)量認證的水泥，建筑水泥應符合《水工混凝土施工規(guī)范》（SDJ 207—82）的規(guī)定，以保證工程質(zhì)量。

工程區(qū)河水及地下水豐沛，可供生產(chǎn)用水；工程施工期利用原管理局供水系統(tǒng)滿足生活用水的要求。工程施工用電可從原管理局供電系統(tǒng)接線，并配備柴油發(fā)電機作為輔助或備用電源。

在婁煩縣有較大規(guī)模的機械修配廠，杜交曲鎮(zhèn)也有一定規(guī)模的機械修配能力，可以滿足施工期機械設備的大修和中修需要。

2.3 工程任務

針對汾河水庫存在的問題，此次加固的主要任務如下：

a.大壩。對左副壩及右壩壩基滲漏問題進行處理，防止?jié)B透破壞，風化巖石層采用帷幕灌漿，卵石混合土層采用高噴防滲灌漿；對壩頂裂縫進行黏土灌漿［6-7］，壩頂破損路面進行拆除重建。

b.溢洪道。出口右側(cè)巖石邊坡掛網(wǎng)噴護。

c.輸水發(fā)電洞。門槽二期混凝土進行鑿除更新；更換出口工作閘門、維修啟閉設備。

d.泄洪隧洞。進水塔表面剝蝕部分進行補強加固。

該工程為已建工程，且已運行幾十年，對外交通、水、電、通信等基礎設施較完善；加固工程的施工點較多，可同時多處施工，有利于加快施工進度。

3 主體工程施工

3.1 大壩加固工程

3.1.1 土石方工程

漿砌石及水泥磚拆除采用人工撬解拆除、搬運，拆除料由1m3裝載機裝料，8t自卸汽車運輸5km至棄渣場?；炷良奥访鎵|層拆除采用液壓錘鑿除，拆除料由1m3裝載機裝料，8t自卸汽車運至約5km處棄渣場內(nèi)。1m3挖掘機挖裝8t自卸汽車自料場運輸上壩，74kW推土機推平，振動碾壓實。小型卷揚機牽引斗車壩面運輸，74kW推土機推平，小型碾壓機械壓實或蛙式打夯機夯實。購買石料運至壩頂，膠輪車運輸，0.4m3攪拌機拌制砂漿，人工砌筑、勾縫。混凝土預制塊自料場購買，8t自卸汽車運料至壩頂或壩腳，膠輪車運輸或人工壩面搬運砌筑。

原電池是電化學部分的主要內(nèi)容之一，是高中化學的重點，也是高考的難點，因此在這一部分的備課過程中，教師要明確教學的核心內(nèi)容，理清楚章節(jié)安排與設置，有重點地編排教學內(nèi)容，引導學生掌握好這一部分的內(nèi)容.初步可設定如下兩個目標：①掌握原電池概念；②通過對化學能向電能轉(zhuǎn)化過程的學習，養(yǎng)成科學探究的思維能力.

土方槽挖采用1m3挖掘機，開挖土料就近堆放于一邊以用于回填。

壩體土方回填采用1m3挖掘機，8t自卸汽車運輸約1.5km上壩，小型碾壓機械壓實。黏土填筑工藝流程為：結(jié)合層面灑水→刨毛→卸料→鋪料→灑水→壓實→抽樣檢查。

土料鋪筑采用進占法沿壩軸線方向進行，用8t自卸汽車卸料，推土機平料，平地機進行平整，對于土料與原壩交界處輔以人工平整。土料壓實采用小型碾壓機械沿壩軸線方向應用進退錯距法碾壓土料，碾壓遍數(shù)一般為4～8遍，碾壓行駛速度2～3km／h，由現(xiàn)場試驗后確定。當土料含水率與施工控制含水率相差較大時，在土料場加水或翻曬處理；當上壩土料的平均含水率與碾壓施工含水率相差不大，僅需增加1%～2%左右時，采用汽車噴霧灑水，加水后的土料用圓盤耙摻和均勻；當土料含水率大于施工控制含水率且在上限的1%以內(nèi)時，碾壓前用圓盤耙在填筑面進行翻松晾曬；當氣候干燥或氣溫較高時，需噴霧加水對土料進行養(yǎng)護［8］。

3.1.2 壩頂混凝土路面工程

對破損的壩頂路面拆除后重新澆筑混凝土路面，修復路面長度567m；同時拆除壩頂下游側(cè)花池，增設一道縱向排水溝，排水溝采用漿砌石砌筑，斷面尺寸30cm×40cm。新筑壩頂路面結(jié)構(gòu)分兩層，面層為C25混凝土路面，厚度20cm，其下為碎石基層，厚度25cm，路面橫坡1%，從上游坡向下游側(cè)，以排除壩頂路面積水。施工時在大壩右壩肩附近設置混凝土拌和站，膠輪車場內(nèi)運輸骨料，0.4m3混凝土攪拌機拌和，1m3機動翻斗車運輸，1.1kW插入式振搗器振搗密實。

3.1.3 高噴灌漿工程

高噴灌漿采用擺噴方式灌漿。鉆孔采用150型地質(zhì)鉆機鉆進，泥漿攪拌機拌制泥漿，灌漿泵灌漿進行泥漿固壁；高噴采用三重管法施工，HB80／10型泥漿泵制漿，高噴臺車灌漿，自下而上進行噴射作業(yè)，并配以3XB型75kW高壓水泵管路沖洗［9］。工藝流程見圖1。

圖1 高噴灌漿工藝流程

3.1.4 帷幕灌漿工程

帷幕灌漿在壩頂進行，設一排帷幕灌漿孔，采用自下而上灌漿法。灌漿施工前應做灌漿試驗，選擇代表性壩段，按灌漿設計進行布孔、造孔、制漿、灌漿，觀測灌漿壓力、吃漿量、壩體位移和裂縫等。帷幕灌漿鉆孔采用150型地質(zhì)鉆機鉆進，灌漿自動記錄儀和灰漿攪拌機配合中壓泥漿灌漿泵灌漿。

3.2 溢洪道加固工程

溢洪道出口右側(cè)巖體邊坡較陡，局部破碎，為防止出露巖石進一步風化，防止發(fā)生坍塌，對巖石邊坡進行掛網(wǎng)噴混凝土防護。噴混凝土強度等級為C20，厚度10cm，掛網(wǎng)鋼筋采用φ6，網(wǎng)格200mm×200mm，錨筋采用φ20，長度2m，排間距2m，梅花形布置。

噴錨支護具體流程為：造孔→吹沖干凈→安插錨桿→注漿→與鋼筋網(wǎng)連接→噴混凝土。

噴混凝土根據(jù)具體情況采用濕式和干式結(jié)合方式。噴射混凝土工藝流程見圖2。

圖2 噴射混凝土工藝流程

3.3 輸水發(fā)電洞改造工程

輸水發(fā)電洞出口3.6m×3.6m的弧形工作閘門運行多年，閘門銹蝕，下閘困難，此次對啟閉設備進行維修，對門槽二期混凝土進行鑿除更新，并對出口工作閘門重新設計更新。

3.3.1 混凝土拆除和澆筑

混凝土拆除采用手持式風鉆鉆孔，使用風鎬人工鑿除，拆除料由1m3裝載機裝料，8t自卸汽車運5km至棄渣場內(nèi)?；炷翝仓捎?.4m3混凝土拌和機拌和，1m3機動翻斗車運輸，1.1kW插入式振搗器振搗密實。

3.3.2 工作閘門安裝

工作閘門等設備的安裝中，首先檢查預埋件位置是否正確，并對門槽等安裝部位進行清理。其次采用原工作閘門啟閉機吊裝設備，人工輔助就位。閘門吊裝時應采取防止變形及碰撞的保護措施。最后對安裝完成的設備調(diào)試運行，做全行程啟閉試驗，需要達到門葉啟閉靈活無卡阻、閘門關(guān)閉嚴密、漏水量不超過允許值等要求［10］。

3.4 泄洪隧洞加固工程

泄洪洞進水塔水位變動區(qū)混凝土剝蝕，厚度一般1～2cm，局部厚度3cm，由于表面混凝土剝蝕厚度較小，此次采用聚合物砂漿補強加固，處理范圍為高程1127～1117m，高度10m，總面積893m2。

具體處理工藝如下：

a.基面處理。采用鑿毛、噴砂、打磨對表面進行處理，清除剝蝕層直至堅硬混凝土面，并用高壓水沖洗。

b.修補處理。采用SPC聚合物混凝土填補（修補深度大于30mm時，適當植筋），養(yǎng)護3～5天后，噴水濕潤混凝土表面，涂刷1道SPC界面劑，再抹SPC201聚合物砂漿，厚度20mm，之后刮涂2道ST401防碳化涂料。

4 結(jié) 語

汾河水庫的安危直接關(guān)系到太原、晉中以及下游臨汾和運城地區(qū)人民群眾的生產(chǎn)生活問題，選擇合理的除險加固方案對社會健康發(fā)展及人民安定生活起著至關(guān)重要的作用?？梢哉f，做好對水庫大壩的除險加固是保證水庫大壩質(zhì)量與延長水庫大壩使用壽命的重要途徑。本文結(jié)合壩址處水文、地質(zhì)條件，探尋問題的成因，合理地安排施工，同時提出土石方、混凝土、高噴和帷幕灌漿、噴錨支護等具體施工措施方法，為同類問題提供參考依據(jù)。

［1］ 宋新愛，索麗，秦俊平.加大水保力度延長汾河水庫壽命［J］.山西水利科技，2003（6）.

［2］ 張揚.汾河水庫庫岸邊坡特征及穩(wěn)定性分析［D］.太原：太原理工大學，2010.

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

［4］ 樸哲浩，宋力.我國病險水閘成因及除險加固工程措施分析［J］.水利建設與管理，2011（1）.

［5］ 陳彥平.汾河水庫流域水文特性分析［J］.山西水土保持科技，2009（12）.

［6］ 孫洪濤，丁振波.壩基防滲技術(shù)在水庫除險加固中的應用［J］.中華民居，2011（11）.

［7］ 嚴有風.水庫除險加固工程施工設計探析［J］.中國水運，2014（11）.

［8］ 仲深意，王磊.淺談水庫除險加固工程質(zhì)量控制［J］.水利建設與管理，2011（12）.

［9］ 張帶娣.水庫除險加固工程中高壓擺噴灌漿的施工技術(shù)［J］.中國水能及電氣化，2013（9）.

［10］ 張記忠.水庫鑄鐵泄水閘門運行管理實踐與探討［J］.水利建設與管理，2011（3）.

Construction Technology Research on Fenhe Reservoir reinforcement

LIANG Jintao
（Shanxi Hydroelectric Investigation＆Design Institute，Taiyuan 030024，China）

Fenhe Reservoir was constructed early.The dam has problems of dam foundation leakgge to certain degree，concrete denudation cracking，service gate rust aging and other problems till present.In the paper，project overview of Fenhe Reservoir and reinforcement tasks are introduced briefly.Rational construction technology is selected aiming at problems from the major dam，spillway，water diversion power tunnel and flood-discharge tunnel.Thereby providing reference for reinforcement project design in defective reservoirs.

Fenhe Reservoir；reinforcement；leakage of dam foundation；construction technology

TV697.3

A

1673-8241（2016）09-0010-04

10.16617／j.cnki.11-5543／TK.2016.09.003