某小型水庫(kù)除險(xiǎn)加固中建筑物加固措施分析

王曉艷

(江西省贛撫平原水利工程管理局，南昌 330096)

1 工程概況

某小(1)型水庫(kù)興建于20世紀(jì)80年代，總庫(kù)容142 m3，水庫(kù)由均質(zhì)土壩、輸水涵 洞以及溢洪道組成，均質(zhì)壩壩高21.9m，壩頂軸線長(zhǎng)75.2m，壩頂寬4m。溢洪道布置于大壩右岸，為開(kāi)敞式木板閘控制平底寬頂堰，堰凈寬8.0m，溢洪道全長(zhǎng)31.3m，溢洪道開(kāi)挖后未襯砌，出口未設(shè)消能設(shè)施，泄流直歸入壩后主河道。輸水隧洞位于大壩右側(cè)較陡的山體內(nèi)，洞身全長(zhǎng)31.1m，斷面尺寸為1.2m×1.8m的城門(mén)洞型，進(jìn)口設(shè)置 φ400mm斜拉磨盤(pán)閘門(mén)一套。水庫(kù)運(yùn)行至今，已有四十多年的歷史，由于水庫(kù)施工過(guò)程中施工質(zhì)量難以滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，后期對(duì)水庫(kù)運(yùn)行管理不當(dāng)，使得水庫(kù)存在滲 漏問(wèn)題，壩體變形嚴(yán)重，加之2020年受項(xiàng)目區(qū)地震作用的影響，使攔河壩破壞嚴(yán)重。文章主要從樞紐建筑物現(xiàn)狀存在的問(wèn)題出發(fā)，對(duì)各樞紐建筑物出險(xiǎn)加固措施進(jìn)行分析，為該水庫(kù)除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)施工提供方法和參考依據(jù)。

2 工程病險(xiǎn)現(xiàn)狀

大在水庫(kù)除險(xiǎn)加固前，技術(shù)人員對(duì)水庫(kù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢查、地質(zhì)查勘、取樣試驗(yàn)以及資料收集整理，得到目前水庫(kù)存在以下方面的問(wèn)題：

1)大壩：施工過(guò)程中無(wú)相應(yīng)的碾壓控制指標(biāo)，也無(wú)任何檢測(cè)手段，壩體填筑料不 均質(zhì)，輾壓質(zhì)量差，結(jié)構(gòu)松散，壩體透水性較強(qiáng)，施工質(zhì)量難以滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求；壩基未作防滲處理，存在壩體及壩基異常滲漏問(wèn)題，壩肩發(fā)生繞壩滲漏，壩體不均勻沉陷加劇及產(chǎn)生裂隙，壩體質(zhì)量進(jìn)一步惡化。受地震影響，使外壩腳滲水加劇，散浸面積約800m2，壩體出現(xiàn)4條裂縫，攔河壩屬中等破壞。經(jīng)計(jì)算復(fù)核，大壩下游壩坡除在現(xiàn)狀水位不加地震情況下滿足規(guī)范要求外，其余各工況均不滿足規(guī)范要求。

2)溢洪道：水庫(kù)抗洪能力僅達(dá)5a一遇，防洪不達(dá)標(biāo)，溢洪道開(kāi)挖后未襯砌，沖刷嚴(yán)重，泄流能力不足，溢洪道左岸因地質(zhì)條件影響易坍塌、滑坡，出口未設(shè)消能設(shè)施。

3)輸水隧洞：現(xiàn)狀進(jìn)口φ400mm斜拉磨盤(pán)閘由于年久失修，閘門(mén)表面最大銹蝕深度達(dá)3-6mm，存在漏水，且閘門(mén)啟閉鋼索已損壞，應(yīng)急能力不足。由于施工質(zhì)量差異性大，襯砌結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較低，及基礎(chǔ)存在不均勻變形，在洞身存在縱向及環(huán)狀裂縫25條，且有多處漏水點(diǎn)。

該水庫(kù)樞紐工程施工質(zhì)量差，大壩、溢洪道及輸水隧洞均存在不同程度的病害，經(jīng)安全鑒定結(jié)論，本水庫(kù)大壩安全分類應(yīng)為三類壩?，F(xiàn)場(chǎng)檢查情況見(jiàn)圖1。

3 除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)

3.1 大壩除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)

3.1.1 大壩防滲處理設(shè)計(jì)

1)壩基防滲處理：

為了有效減少壩基滲漏，增強(qiáng)壩基抗?jié)B穩(wěn)定，設(shè)計(jì)采用壩基帷幕灌漿處理[1]。

帷幕灌漿設(shè)計(jì)：帷幕灌漿沿壩軸線布置，灌漿軸線長(zhǎng)96m。灌漿帷幕深度，布孔形式根據(jù)壩基滲透地質(zhì)條件，巖體透水率等綜合分析考慮，壩基帷幕灌漿采用懸掛式，單排孔沿大壩軸線布置，孔距2.0m。灌漿工藝采用自上而下分段循環(huán)式純水泥灌漿，壩基帷幕灌漿耗灰量根據(jù)巖層透水率及泥巖土質(zhì)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)平均耗灰量為 200kg/m。帷幕灌漿施工前，應(yīng)進(jìn)行生產(chǎn)性灌漿試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)分析結(jié)果，對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整[2]。帷幕灌漿段531m，檢查孔56.3m。

2)壩體防滲處理：

a)設(shè)計(jì)依據(jù)：大壩施工過(guò)程中無(wú)相應(yīng)的碾壓控制指標(biāo)，也無(wú)任何檢測(cè)手段，壩體填筑料不均質(zhì)，輾壓質(zhì)量差，結(jié)構(gòu)松散，壩體透水性較強(qiáng)，不能滿足防滲要求，浸潤(rùn)線較高，壩體滲漏面積大。受地震作用使壩體局部產(chǎn)生拉裂。壩體滲透系數(shù)均值大值1.92×10-3cm/s，水位1714.12m時(shí)，壩體滲流量計(jì)算3.713萬(wàn)m3/a。為了減小壩體滲漏，增強(qiáng)大壩抗?jié)B穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)采用水泥黏土充填灌漿處理。

b)充填灌漿設(shè)計(jì)：充填灌漿孔段即為壩基帷幕灌漿孔壩體鉆孔段，壩基帷幕灌漿驗(yàn)收終孔后，改用水泥黏土漿充填灌注壩體。即為先灌基巖，后灌壩體。設(shè)計(jì)采用全孔灌注，少灌多復(fù)的原則進(jìn)行，復(fù)灌次數(shù)5-7次，壓力0.1-0.5Mpa，設(shè)計(jì)耗灰量為 520kg/m，其中水泥用量占黏土干料重的20%。濕法制漿，原漿比重控制在1.25-1.40 之間。壩體充填灌漿也需進(jìn)行灌漿試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)分析結(jié)果，對(duì)灌漿設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。充填灌漿段323m，檢查孔38m。

3.1.2 壩體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1)壩頂處理 ：

大壩壩頂現(xiàn)狀中部沉降較大，達(dá)40cm，對(duì)大壩壩頂需作補(bǔ)平整修處理，使大壩壩高達(dá)到原設(shè)計(jì)高度。大壩壩頂高程1719.5m，壩頂寬4m，壩頂長(zhǎng)75m。壩頂路面采用厚30cm的塊石鋪筑，下墊20cm厚的砂礫石，上下游路肩采用M7.5漿砌石砌筑，寬50cm，深60cm。

2)上游壩坡處理：

大壩上游壩坡經(jīng)整形后保持不變，為1:2.73，采用30cm厚的干砌塊石護(hù)坡，下設(shè) 20cm厚的砂礫石墊層，護(hù)砌至死水位以下2m，即1712.85m處，設(shè)基座以利穩(wěn)定。

3)下游壩坡處理：

下游自上而下，修整鏟除雜草灌木，平均清挖厚度60cm。高程1719.50-1710.50m 范圍，維持原壩坡1∶2.6不便，坑凹部分用石碴填平并夯實(shí)；高程1710.50m處設(shè)5m寬的戧臺(tái)；高程1710.50-1700.5m，采用石碴料培厚壩體，老壩體與新壩體之間，選 擇碴料較細(xì)的部分作為過(guò)渡帶，壩坡為1∶3.0，中間設(shè)寬1.2m的踏步，便于至壩腳監(jiān)測(cè)，下游壩坡采用草皮護(hù)坡。

4)新建堆石棱體：

高程1701.75以下設(shè)頂寬2.5m、高3.5m的堆石棱體，棱體與壩基、老壩體和新壩 體之間采用厚60cm的反濾料過(guò)濾連接，堆石棱體外坡1∶2.0，棱體表面采用30cm厚的干砌塊石護(hù)面。

5)壩面排水設(shè)施：

下游坡與岸坡接觸處設(shè)0.25m×0.3m的排水溝，戧臺(tái)內(nèi)側(cè)及棱體內(nèi)側(cè)設(shè) 0.25m×0.3m的縱向排水溝，棱體外側(cè)設(shè)0.3m×0.3m的縱向排水溝，均用C15混凝土澆筑。

大壩標(biāo)準(zhǔn)橫剖面見(jiàn)圖1。

3.2 溢洪道改造設(shè)計(jì)

根據(jù)工程總體布置和方案比較，溢洪道布置于大壩右岸山體上，保持原溢洪道軸 線不變，經(jīng)調(diào)洪演算設(shè)閘門(mén)控制，拆除舊閘墩，擴(kuò)建閘室[3]。溢洪道全長(zhǎng)52.5m，溢洪道組成如下：

1)進(jìn)口引渠段：

引渠段長(zhǎng)5.5m，邊墻采用圓弧曲線與閘室段連接，左、右邊墻圓弧半徑5.5m，中心角90°，邊墻高由2.0m漸變至3.0m，底寬由22.4漸變至11.4m，底板采用0.30m厚C15素混凝土襯砌，邊墻采用M7.5漿砌石襯砌。

2)閘室段：

閘室段長(zhǎng)12m，底板高程1715.04m，底坡i=0.0，底寬11.4m，邊墻高5.0m，底 板、邊墻厚1.0m，均采用C20鋼筋混凝土襯砌，閘室段上設(shè)長(zhǎng)11.4m，寬3m的工作橋，橋板厚0.2m，梁斷面為0.25×0.3m，欄桿高0.9m，全段面采用C20鋼筋混凝土。

3)泄槽段：

泄槽段長(zhǎng)26.87m。底坡i=1/1.5，底寬7m，邊墻高2.0m，底板及邊墻厚0.4m，均采用C20鋼筋混凝土襯砌，共設(shè)4個(gè)深1.5-2m，底寬0.6m的齒槽以抗滑。

4)挑流消力段、護(hù)坦段：

挑流段長(zhǎng) 5.13m，挑角為 25°，反弧半徑 5m，最大挑距 22.7m，護(hù)坦段長(zhǎng)3m， 為防止小流量淘刷挑流鼻坎齒腳而設(shè)置。

圖1 大壩準(zhǔn)橫剖面圖

3.3 新建輸水涵

1)布置：根據(jù)水庫(kù)現(xiàn)狀地形條件，現(xiàn)有已建灌溉渠道布置于右岸，故右岸是新建輸水隧洞的唯一選擇，進(jìn)口底板高程為1710.82m，設(shè)攔砂井至死水位1714.82m控制。

2)輸水隧洞體形設(shè)計(jì)：輸水隧洞總長(zhǎng)76.35m，由進(jìn)口引渠段、攔砂井段、閘室段、無(wú)壓洞身段、消力池段等組成。

a)進(jìn)口引渠段：

引渠段長(zhǎng)15m，喇叭型進(jìn)口，斷面尺寸為底寬6m漸變至1.2m，襯砌形式底板采用厚30cm的C15混凝土，邊墻采用頂寬40cm的M7.5漿砌石重力式墻。

b)攔砂井段：

攔砂井段長(zhǎng)11.4m，矩形斷面，高4.0m，凈寬1.6m，底板高程1710.82m，底坡i=0.0，在進(jìn)口處設(shè)置疊梁槽，隨著隧洞進(jìn)口淤沙高程的增加放入預(yù)制疊梁。采用C20鋼筋混凝土襯砌，底板厚60cm，邊墻厚60cm，設(shè)2.0m×1.2m攔污柵一道，前后各設(shè)一個(gè)深1.6m，底寬0.5m的齒槽。

3)閘室段：

閘室段長(zhǎng)4.4m，C20鋼筋混凝土襯砌，底坡i=0.0，內(nèi)設(shè)0.8m×0.8m的工作鑄鐵閘門(mén)一 道，方形閘室，排架啟閉塔，在啟閉機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)置手電兩用LG—10T螺桿式啟閉機(jī)一套。

4)無(wú)壓洞身段：

無(wú)壓洞身段長(zhǎng)27.05m，底坡i=1/100，斷面尺寸1.2m×1.8m城門(mén)洞形，底板下設(shè)0.3m×0.3m碎石排水溝，采用0.3m厚C20鋼筋混凝土襯砌。

5)消力池段：

消力池段長(zhǎng)8.5m，池深0.8m，底寬1.2m，邊墻高2.1m，底板、邊墻厚0.5m，C20 鋼筋混凝土襯砌，底坡i=0，下設(shè)1.5m深齒墻。

4 結(jié)論及建議

本次除險(xiǎn)加固中安全鑒定結(jié)論得到大壩防洪能力不達(dá)標(biāo)，結(jié)構(gòu)自身不穩(wěn)定，大壩滲漏嚴(yán)重；輸水涵洞滲漏嚴(yán)重，洞身產(chǎn)生變形縫，洞體不穩(wěn)定；溢洪道泄洪能力不足，結(jié)構(gòu)不安全等問(wèn)題。只有通過(guò)除險(xiǎn)加固，采取適于本工程病險(xiǎn)現(xiàn)狀的加固措施，才能從根本上解決大壩安全問(wèn)題，否則，水庫(kù)一旦潰壩，將對(duì)下于游1萬(wàn)人口，333hm2農(nóng)田耕地，人民生命財(cái)產(chǎn)造成不可估量的經(jīng)濟(jì)損失。