盧崖寺水庫放水管加固工程設(shè)計

李守業(yè)

摘 要：放水管內(nèi)共有5處射流孔。其中，黏土心墻上游側(cè)有3處，距啟閉塔工作閘門15.6 m;黏土心墻下游側(cè)有2處，位于混凝土內(nèi)襯末端的原漿砌石洞身上，該處距底板20 cm（高程410.30 m左右）。限于當(dāng)時的技術(shù)經(jīng)濟(jì)及施工條件，放水管內(nèi)襯混凝土密實(shí)度較差，且未設(shè)止水，其他位置混凝土內(nèi)襯施工縫多存在滲漏痕跡或鈣化物析出現(xiàn)象。

關(guān)鍵詞：水庫;放水管;加固

中圖分類號：TV697文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2020）26-0077-03

Abstract： There are 5 jet holes in the discharge pipe. Among them， there are 3 locations on the upstream side of the clay core wall， 15.6 m away from the working gate of the hoist tower; there are two places on the downstream side of the clay core wall， which are located on the virgin stone cave at the end of the concrete lining， 20 cm away from the bottom plate （about 410.30 m in elevation）. Limited by the technical economy and construction conditions at the time， the concrete lining of the drain pipe is of poor compactness， and there is no water stop， in other locations， the concrete lining construction joints often have leakage marks or calcifications.

Keywords： reservoir;discharge pipe;reinforcement

盧崖寺水庫位于登封市嵩山盧涯瀑布下游，壩址在淮河水系潁河支流上游，水庫始建于1976年12月。壩址以上控制流域面積為4.1 km2，水庫按20 a一遇設(shè)計，200 a一遇校核，興利庫容為61萬m3，設(shè)計庫容為78.1萬m3，校核庫容為86.9萬m3，最大壩高為33 m，壩頂長為206 m。它是一座以防洪為主，結(jié)合水產(chǎn)養(yǎng)殖、灌溉等綜合利用的小2型水庫。水庫下游有鄭少高速公路，防洪位置重要。

盧崖寺水庫大壩為黏土心墻壩，壩體心墻填土以低液限黏土為主，可見明顯壓實(shí)結(jié)合面，結(jié)合面多呈麻面，土質(zhì)較均，壩體黏土心墻取樣進(jìn)行室內(nèi)滲透試驗(yàn)，其滲透系數(shù)為（1.0～2.7）×10-5 cm/s，平均為1.63×10-5cm/s，其為弱透水層。壩殼為礫質(zhì)土。壩基主要為元古界石英片巖，呈中厚層狀，巖石結(jié)構(gòu)堅硬，以弱風(fēng)化為主，具有弱透水性。放水管位于大壩左側(cè)，為壩下埋管，洞底沿線為元古界石英片巖，洞身為壩體，其工程地質(zhì)條件尚可。

1 水庫歷次加固情況調(diào)查

盧崖寺水庫始建于1976年12月，1978年完工，大壩為黏土心墻壩，放水管位于大壩左側(cè)，漿砌石呈門洞型，洞身長度為83 m，進(jìn)口高程為410.60 m，洞底沿線為元古界石英片巖。

因放水管滲漏嚴(yán)重，1990年，冬對大壩進(jìn)行了灌漿處理;1996年，溢洪道出水，上游壩坡右端戧臺處沉降，長度達(dá)84 m，受資金限制，當(dāng)年夏天僅處理了10 m（挖開、護(hù)砌、回填）;2003年，放水管整個洞身滲漏嚴(yán)重，水庫無法正常蓄水，中岳街道辦事處組織人員將啟閉塔處原回填的碎石土挖出用黏土進(jìn)行重新回填，并對放水管進(jìn)行了素混凝土襯砌，厚度為20 cm，范圍介于樁號0+006.1～0+053.1，洞身斷面尺寸（高×寬）為1.5 m×1 m?；炷潦┕r從放水管進(jìn)口向下游襯砌加固，后施工至距閘門約15 m時，施工順序又調(diào)整為從出口向進(jìn)口襯砌加固，造成該連接部位振搗不密實(shí)，且放水管混凝土內(nèi)襯未設(shè)伸縮縫及止水。樁號0+053.1～0+086.7為漿砌石洞身段，其中樁號0+053.1～0+081.7洞身斷面尺寸（高×寬）為1.7 m×1.4 m，樁號0+081.7～0+086.7洞身斷面尺寸（高×寬）為2.4 m×2.0 m。

此次處理后，庫水位常年較低，放水管滲漏現(xiàn)象基本消失。2006年，水庫上游壩坡出現(xiàn)滑坡現(xiàn)象，滑坡范圍左端至啟閉塔、右端至岸坡，上至一級馬道以下，長度超過120 m，當(dāng)年對滑坡體進(jìn)行清除，并用庫區(qū)碎石土進(jìn)行回填壓實(shí)。2011年，盧崖寺水庫核定為三類壩，根據(jù)安全鑒定核查意見，水庫放水管存在的主要問題有：放水管進(jìn)口啟閉塔及工作橋破損嚴(yán)重，局部橋板斷裂。放水管啟閉機(jī)與閘門中心上下不一致，啟閉操作困難，絲杠彎曲變形，閘門封閉不嚴(yán)長年漏水。2012年，針對安全鑒定提出的問題，完成該水庫的除險加固工程設(shè)計[1]，其中放水管工程內(nèi)容是拆除重建進(jìn)口啟閉塔、工作橋，更換閘門、啟閉機(jī)。2013年4月14日，盧崖寺水庫除險加固工程開工建設(shè)，2013年8月完工。

2 放水管滲漏情況調(diào)查

除險加固后，水庫病險問題基本得到解決，其開始進(jìn)行蓄水，水庫水位逐步抬高。2014年12月12日上午，水庫管理人員報告稱放水管存在漏水現(xiàn)象。當(dāng)日庫水位為420.50 m（放水管底高程410.16 m），水庫庫容約為35萬m3。入洞檢查發(fā)現(xiàn)，放水管內(nèi)共計5處射流孔。其中，黏土心墻上游側(cè)有3處，距啟閉塔工作閘門15.6 m;黏土心墻下游側(cè)有2處，位于混凝土內(nèi)襯末端的原漿砌石洞身上，該處距底板20 cm（高程410.30 m左右）。限于當(dāng)時的技術(shù)經(jīng)濟(jì)及施工條件，放水管內(nèi)襯混凝土密實(shí)度較差，且未設(shè)止水，其他位置混凝土內(nèi)襯施工縫多存在滲漏痕跡或鈣化物析出現(xiàn)象。

放水管最大滲流點(diǎn)位于距啟閉塔工作閘門15.6 m（黏土心墻上游側(cè)）處頂部，該處為混凝土內(nèi)襯對接處，滲漏呈射流狀，滲出水中帶有少量細(xì)砂顆粒。根據(jù)現(xiàn)場滲漏情況估算，放水管滲流量約為0.002 m3/s。

3 大壩滲流穩(wěn)定計算

該水庫大壩原設(shè)計為黏土心墻壩，根據(jù)本次地質(zhì)勘察成果，壩殼填土以碎石土為主，土質(zhì)不均，含有較多碎石塊，滲透系數(shù)平均為3.6×10-3cm/s，呈強(qiáng)透水性。黏土心墻為低液限黏土，滲透系數(shù)為（1.0～2.7）×10-5cm/s，平均為1.63×10-5cm/s，其為弱透水層。

根據(jù)地勘資料，對大壩典型斷面進(jìn)行滲流場分析。大壩滲流分析采用河海大學(xué)工程力學(xué)系的AutoBank6.0的滲流分析軟件，采用有限元法計算。計算斷面采用2011年4月盧崖寺水庫實(shí)測壩體斷面，所取斷面為大壩主河槽段最大壩高斷面（樁號0+120）。大壩滲流計算成果如表1所示。

根據(jù)大壩滲流計算結(jié)果得知，壩體、壩基滲透坡降滿足規(guī)范要求[2]。一是心墻上游側(cè)放水管滲漏：該處為混凝土內(nèi)襯施工縫，受施工工藝限制，該部位未能振搗密實(shí)，原漿砌石放水管洞身質(zhì)量較差，上部壩殼填土為強(qiáng)透水性，且放水管其他位置混凝土內(nèi)襯施工縫多存在滲漏痕跡或鈣化物析出現(xiàn)象。經(jīng)分析，庫水沿漿砌石洞身縫隙及混凝土內(nèi)襯與原洞身之間的縫隙流至該薄弱部位形成滲漏。二是心墻下游側(cè)放水管滲漏：心墻下游側(cè)兩處滲流點(diǎn)位于混凝土內(nèi)襯末端（底板以上20 cm，高程410.30 m），但下游壩坡及壩腳未發(fā)現(xiàn)滲漏異常，說明黏土心墻防滲效果較好。經(jīng)分析，庫水沿漿砌石洞身縫隙流至心墻下游而形成滲漏。

4 放水管加固方案

4.1 洞壁除漏設(shè)計

由于放水管洞壁內(nèi)施工縫及射流孔漏水嚴(yán)重，因此在開展放水管除漏設(shè)計時，首先對施工縫和射流孔進(jìn)行堵漏，然后對洞壁進(jìn)行整體防滲處理[3]。工程實(shí)施時，先將放水管表面清除干凈。施工縫及射流孔采用變形較大、止水較好的水溶性聚氨酯灌漿。處理具體要求和設(shè)計如下。

4.1.1 材料性能要求。水溶性聚氨酯灌漿材料性能要求延伸率大于100%，粘接強(qiáng)度大于0.6～1.5 MPa，抗拉強(qiáng)度大于2.0 MPa，耐久性超過20年。

4.1.2 施工工藝要求。一是布孔。布孔有騎縫孔和斜孔兩種形式，根據(jù)實(shí)際情況和需要加以選擇。本次先用騎縫孔，孔距應(yīng)視裂縫的寬度和暢通情況而定。原則上，每條裂縫布置8個灌漿孔，均勻分布，特殊情況增減。二是采用楔形厚1.5 cm的木條及M20快硬固化水泥砂漿封堵。其目的是防止?jié){液流失，確保漿液在灌漿壓力下將裂縫充填密實(shí)。三是壓水試驗(yàn)。目的是檢查封堵的效果及觀察灌漿嘴之間的連通情況，若漏水應(yīng)修補(bǔ)密封。四是灌漿。依底面、側(cè)面、頂面順序，采用循環(huán)作業(yè)的方式使伸縮縫內(nèi)充滿漿液。

4.1.3 灌漿方法。從底部開始，相鄰孔出漿后，及時封堵該孔并灌下一個孔，兩邊同時開始，直到頂部中孔迸漿;如相鄰孔口不出漿，則達(dá)到迸漿壓力后停灌，未出漿段作為補(bǔ)漿段待后期處理;如壓力很?。ㄐ∮?.05 MPa），出漿量很大（大于1 L/min），則表明此縫與洞外連通且縫開度較大，可在漿液中加入少量水?dāng)嚢杈鶆?，放緩灌漿速度，直到迸漿。

灌漿壓力為0.1 MPa，迸漿壓力為0.3～0.5 MPa，漿液加水固化時間小于3 min，漿液未加水固化時間為5～10 d。

4.2 混凝土內(nèi)襯段洞壁補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計

為了提高洞身的抗沖能力，增加洞身的整體強(qiáng)度，人們可以在洞身表面粘貼玻璃絲布。加固范圍為樁號0+006.1～0+053.1，長度為47 m。根據(jù)工程具體情況，可粘貼兩道玻璃絲布，規(guī)格采用100～200 g/m2?；嬉龅綗o油、污物、平整。具體工藝流程如下。

首先，采用噴砂法除污工藝，清除洞壁表面附著物，確保玻璃絲布與基面牢固粘接。噴砂處理一般采用干噴法，使用空壓機(jī)，石英砂粒徑為1～5 mm。然后，涂刷粘接劑（建議采用改性環(huán)氧漿液），涂刷粘接劑不宜厚，越薄越好，但必須保證每個部位都有粘接劑，不能漏刷，做到不流淌，增加襯布料與基面粘接力。接著，涂刷襯布料，襯布料為粘接劑加一定比例的超細(xì)水泥。襯布料要自上而下均勻涂刷，用刮刷刮平。涂刷襯布涂料的一個目的是將玻璃絲更平地粘接于基面上，另一個目的是起到過渡層的作用。

然后，粘第一層玻璃絲布，用橡膠刮板刮刷玻璃絲布。將殘留在布中的氣泡除去，壓密實(shí)，做到貼實(shí)平順，依順序粘貼，搭接寬度不小于5.0 cm。待第一層玻璃絲網(wǎng)即將固化時，再按上述過程貼第二層玻璃絲布，并隨即用刷子涂刷一層襯布料，再用橡膠刮板加力刮刷，直到表面平整、無氣泡、布絲浸透漿液，紗與紗之間空隙全部填平為止。兩層布的搭接應(yīng)相互錯開，仔細(xì)檢查襯布后的質(zhì)量，不得有毛刺、突起、氣泡等缺陷，否則應(yīng)及時修補(bǔ)。最后，涂刷表層保護(hù)涂料，表面涂刷一層TH-1防護(hù)層涂料，提高其耐久性。

4.3 漿砌石洞身段洞壁補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計

堵漏工作完成后，采取在洞壁內(nèi)側(cè)澆注一層C30鋼筋混凝土（F100W6）的方法對洞身進(jìn)行加固。加固范圍為樁號0+053.1～0+086.7，長度為33.6 m，混凝土層厚度為20 cm，加固后，洞身凈尺寸分別為1.1 m×1.4 m（寬×高）、1.7 m×2.1 m（寬×高）?；炷烈r砌采用單層鋼筋網(wǎng)片，邊墻上植入錨筋錨固鋼筋網(wǎng)。鋼筋混凝土每10 m設(shè)一道伸縮縫，縫寬為20 mm，縫填遇水膨脹止水條及651型橡膠止水帶。新建混凝土內(nèi)襯與原混凝土內(nèi)襯之間設(shè)伸縮縫，縫寬為20 mm，縫內(nèi)填遇水膨脹止水條。為了填充混凝土與原漿砌石之間的施工縫隙，在混凝土立模時，模板上預(yù)留固結(jié)灌漿孔，斷面拱頂布置2個或3個灌漿孔，間隔布置，沿洞軸線方向每3 m布置一道，灌漿壓力一般為0.2～0.3 MPa。待內(nèi)襯混凝土澆筑完成后，在灌漿孔內(nèi)進(jìn)行固結(jié)灌漿。

5 大壩觀測設(shè)施

為進(jìn)行大壩滲流觀測及防水管洞壁滲漏觀測，準(zhǔn)確分析滲流情況，本次設(shè)計新建測壓管及量水堰。壩體測壓管垂直大壩壩軸線處設(shè)一個觀測斷面，共計3個測壓管，斷面位于樁號0+100。平行于放水管軸線處設(shè)一個觀測斷面，共計2個測壓管，斷面位置位于放水管軸線左側(cè)4 m。

測壓管自沉淀段向上1.5 m為進(jìn)水段;自進(jìn)水管頂部至壩面以下0.5 m為透水管段，透水管段填筑細(xì)砂，自細(xì)砂頂至壩面砼管座下0.5 m的管段周圍用黏土填實(shí)。管頂部采用500 mm高砼管座，孔口裝置采用磁鐵式孔口蓋。浸潤線觀測管鉆孔直徑為108 mm，鉆孔應(yīng)平直、干凈;嚴(yán)禁用泥漿固壁。進(jìn)水孔徑為5～6 mm，孔與孔的縱距為100 mm，橫向沿管四周分四排，以梅花形排列，管壁內(nèi)鉆孔的毛刺應(yīng)打掉。鋼筋焊在進(jìn)水管外側(cè)，且應(yīng)保證進(jìn)水孔不被鋼筋堵塞。土工織布外側(cè)纏繞鍍鋅鉛絲，間距為150 mm。設(shè)計新建量水堰兩處，二者分別位于大壩導(dǎo)滲溝及放水管尾水渠上，以便觀測大壩及放水管滲漏情況。

6 結(jié)論

當(dāng)前，人們要按照有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對大壩、放水管、溢洪道等進(jìn)行安全監(jiān)測和檢查，并及時整理和分析監(jiān)測資料，隨時掌握大壩運(yùn)行狀況。發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象和不安全因素時，應(yīng)當(dāng)立即報告大壩主管部門，及時采取措施。汛前、汛后以及暴風(fēng)、暴雨、特大洪水或者強(qiáng)烈地震發(fā)生后，應(yīng)當(dāng)對大壩的安全進(jìn)行檢查。

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