云南省祥云縣許長(zhǎng)水庫(kù)除險(xiǎn)加固方案優(yōu)化研究

楊允斌

(云南省大理州祥云縣水庫(kù)管理局 ,云南 大理 672100)

1 工程概況

祥云縣許長(zhǎng)水庫(kù)位于祥云縣城東部的禾甸鎮(zhèn)境內(nèi)，壩址地處金沙江流域漁泡江水系，處于禾米河支流許長(zhǎng)河上,大壩為均質(zhì)土壩，壩高27.0 m，壩頂寬4.0 m。該區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，斷層、褶皺較多，主要出露中生界三迭系碎屑建造巖地層。本工程根據(jù)許長(zhǎng)水庫(kù)除險(xiǎn)加固原初步設(shè)計(jì)存在的病險(xiǎn)問(wèn)題，在帷幕灌漿工程、大壩工程、溢洪道改造工程和臨時(shí)改道工程上進(jìn)行了方案優(yōu)化，并進(jìn)行了成功實(shí)施和工程評(píng)價(jià)[1]。

2 大壩加固綜合評(píng)價(jià)方法

以灰色關(guān)聯(lián)度評(píng)價(jià)方法為例，基于綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)的水庫(kù)除險(xiǎn)加固方案設(shè)計(jì)，關(guān)鍵在建立除險(xiǎn)加固方案優(yōu)選評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，通過(guò)不同除險(xiǎn)加固方案的風(fēng)險(xiǎn)分析，綜合考慮安全、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、工期、施工便利等因素，得到最優(yōu)的除險(xiǎn)加固方案。如圖1所示，首先通過(guò)分析、歸納和整理各種統(tǒng)計(jì)資料，對(duì)病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程施工過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)類型及其生成原因、可能影響后果做定性估計(jì)、感性認(rèn)識(shí)和經(jīng)驗(yàn)判斷。在識(shí)別病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程施工過(guò)程中可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)基礎(chǔ)上，利用概率統(tǒng)計(jì)理論、專家調(diào)查等方法，估計(jì)和預(yù)測(cè)風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的可能性和相應(yīng)損失大小。根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)接受準(zhǔn)則，從效果(安全)可靠性、經(jīng)濟(jì)合理性、技術(shù)可行性、施工便利性等方面對(duì)初選的病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固方案進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，結(jié)合各準(zhǔn)則具體影響指標(biāo)，對(duì)上述建立的各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行綜合分析，從而選出最優(yōu)除險(xiǎn)加固方案[2-3]。

圖1中總共列有3個(gè)層次，分別是目標(biāo)層，一級(jí)指標(biāo)層，二級(jí)指標(biāo)層。目標(biāo)層表示對(duì)水庫(kù)加固方案優(yōu)選評(píng)的目標(biāo)；一級(jí)指標(biāo)層表示對(duì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)進(jìn)行選擇的準(zhǔn)則，包括效果可靠性、經(jīng)濟(jì)合理性、技術(shù)可行性和施工便利性三個(gè)方面；二級(jí)指標(biāo)層是對(duì)準(zhǔn)則層因素的詳細(xì)分解。

圖1 水庫(kù)加固方案優(yōu)選評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

3 加固方案設(shè)計(jì)優(yōu)化

3.1 方案優(yōu)化

采用灰色關(guān)聯(lián)度方法對(duì)水庫(kù)除險(xiǎn)加固方案進(jìn)行評(píng)價(jià)和決策，其基本步驟為確定評(píng)價(jià)指標(biāo)矩陣、評(píng)價(jià)指標(biāo)的賦權(quán)處理、賦權(quán)后指標(biāo)因素的無(wú)量綱化處理、求出差序列、最大差和最小差、最后計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)，求取關(guān)聯(lián)度并進(jìn)行方案優(yōu)化排序[4]。

經(jīng)方案分析優(yōu)化，許長(zhǎng)水庫(kù)除險(xiǎn)加固原初步設(shè)計(jì)針對(duì)樞紐存在的病險(xiǎn)問(wèn)題，提出對(duì)大壩、輸水隧洞、輸水泄洪隧洞、溢洪道進(jìn)行除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)，但由于資金有限，結(jié)合本工程實(shí)際，實(shí)施方案一期對(duì)大壩、溢洪道首段(0+13.6～0+025m)進(jìn)行除險(xiǎn)加固，輸水泄洪隧洞更換啟閉機(jī)；二期對(duì)溢洪道0+025后段加固襯砌、輸水泄洪隧洞回填灌漿及大壩觀測(cè)設(shè)施等其他工程[5]。

3.2 具體方案設(shè)計(jì)

(1)大壩工程方案設(shè)計(jì)。大壩上游壩坡經(jīng)復(fù)核可滿足穩(wěn)定設(shè)計(jì)要求，下游壩坡穩(wěn)定不能滿足安全要求，故軸線可維持不變，僅對(duì)下游壩坡進(jìn)行培厚加固處理。設(shè)計(jì)方案在壩頂上、下游設(shè)厚0.3 m 的C15混凝土墻邊墩，壩頂設(shè)寬4.0 m彈石路面，路面排水排向下游，下游壩頂每5 m設(shè)直徑5 cm排水孔一個(gè)。上游壩坡拆除2008.5 m高程以上壩面干砌石護(hù)坡后，再進(jìn)行坡面削整，設(shè)橫向的C15混凝土防滑齒墻，然后在坡面鋪25 cm厚反濾層，最后鋪筑C15混凝土預(yù)制塊和進(jìn)行花空C15混凝土現(xiàn)澆；下游壩坡新建排水堆石棱體，大壩下游壩坡從壩頂至棱體頂分二級(jí)變坡，級(jí)差為10.0、11.0，坡比1∶2.75、1∶3.25；在壩腳新建排水棱體，棱體高7m，頂寬2m，外坡1∶1.5，內(nèi)坡1∶1，外緣為粗料石干砌護(hù)面，新老壩體接合部設(shè)0.6m厚混合砂反濾過(guò)渡層，新增的下游壩體采用風(fēng)化料碾壓填筑，壩面植草護(hù)坡，新建坡面縱、橫向排水溝，下游壩面樓梯踏步等。

(2)帷幕灌漿工程方案設(shè)計(jì)。大壩的防滲處理采用全線帷幕灌漿方式，帷幕線全長(zhǎng)240 m，鉆孔總進(jìn)尺3472.7 m，灌漿段總長(zhǎng)2932.0 m。帷幕線自大壩左壩肩向左延伸至溢洪道左邊墻邊坡上，右壩肩向右延伸至輸水(低涵)隧洞天橋下山坡，設(shè)計(jì)方案采用單排布置，孔距2.0 m，共計(jì)121個(gè)灌漿孔。帷幕灌漿實(shí)施前，首先應(yīng)進(jìn)行灌漿試驗(yàn)，以取得合理的帷幕灌漿布置、灌漿工藝及灌漿參數(shù)后，才能進(jìn)行帷幕灌漿施工。灌漿方法采用自上而下分段灌漿，灌漿漿液壩土體采用水泥黏土混合漿，基巖采用純水泥漿。帷幕防滲標(biāo)準(zhǔn)為：透水率q≤5 Lu。

(3)溢洪道改造工程設(shè)計(jì)。溢洪道改造設(shè)計(jì)主要包括：一期溢洪道進(jìn)口段、控制段、泄槽段的C20鋼筋混凝土襯砌工程，后增加進(jìn)口段至庫(kù)內(nèi)左、右岸15 m延長(zhǎng)段C15埋石混凝土邊墻和M7.5漿砌石渠底襯砌；二期溢洪道泄槽一段、二段進(jìn)行鋼筋混凝土襯砌，溢洪道出口尾水段護(hù)坡?lián)鯄Α⒖珞渥o(hù)渠擋墻M7.5漿砌石襯砌，其余段為土渠開(kāi)挖不襯砌段。

(4)臨時(shí)工程及其他工程方案設(shè)計(jì)。臨時(shí)工程為進(jìn)庫(kù)公路改造，棄渣場(chǎng)土地恢復(fù)平整；其他工程輸水泄洪隧洞工作閘、檢修閘啟閉機(jī)更換，輸水泄洪隧洞(高涵)檢修閘門(mén)改造、啟閉房改造等，該項(xiàng)設(shè)計(jì)方案較為常規(guī)。

4 工程施工與評(píng)價(jià)

工序質(zhì)量是單元工程質(zhì)量的基礎(chǔ)，施工質(zhì)量控制首先從工序質(zhì)量特別是重要、主要和關(guān)鍵工序的質(zhì)量抓起。許長(zhǎng)水庫(kù)工程監(jiān)理部進(jìn)行工序施工控制主要方面如下：

(1)帷幕灌漿施工。為確保灌漿質(zhì)量，實(shí)行監(jiān)理工程師把關(guān)，施工的重點(diǎn)是確保灌漿工藝是否符合設(shè)計(jì)要求。首先進(jìn)行灌漿試驗(yàn)，取得灌漿參數(shù)并制定合理的施工工藝。壩體及壩基灌漿各孔均采用自上而下循環(huán)式的施工方法，以確保灌漿質(zhì)量。同時(shí)灌漿按逐序加密原則進(jìn)行，即先施工 Ⅰ 序孔，結(jié)束后施工 Ⅱ 序孔，最后施工 Ⅲ 序孔。灌漿孔鉆進(jìn)采用XY-ZPC150型地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔，合金鉆頭。壩土鉆孔采用下置0.5 m套管(多采用投放水泥黏土泥球后打入)隔離壩體非灌段，并進(jìn)行管腳封堵。灌漿采用BW-200/150型泥漿泵灌漿。

各孔施工工藝具體程序?yàn)椋恒@孔→沖洗→灌漿前壓(注)水→灌漿→待凝→掃孔→灌后壓(注)水試驗(yàn)，本段壓(注)水檢查合格(q≤5 Lu)后→鉆進(jìn)下一段→依次循環(huán)至終孔，終孔試驗(yàn)檢查合格后→封孔。

(2)壩體風(fēng)化料填筑。首先進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)，取得合理的施工參數(shù)，報(bào)經(jīng)設(shè)計(jì)批準(zhǔn)，對(duì)采用的施工機(jī)械、鋪料方法、厚度、碾壓遍數(shù)、加水量和有效壓實(shí)厚度等予以控制。風(fēng)化料回填經(jīng)檢測(cè)合格后方才上壩填筑，填筑料含水量偏高時(shí)，堅(jiān)持翻曬，偏低時(shí)在鋪料中配水；鋪料厚度采用高程法控制。碾壓采用YZT-18振動(dòng)碾振動(dòng)碾壓4遍，再用YZT-18振動(dòng)碾靜碾壓4遍，然后取樣檢測(cè)，壓實(shí)度符合要求后，刨毛并灑接合水再鋪筑第二層，如達(dá)不到要求則補(bǔ)壓，補(bǔ)壓仍達(dá)不到者進(jìn)行清除處理；施工中重視碾壓接合面和兩岸接合部的處理，邊角部位則采用立式電動(dòng)夯夯實(shí)，厚度控制在15 cm以下。

填筑施工工藝具體程序?yàn)椋轰伭稀秸雺骸訖z測(cè)→刨毛→灑水。

(3)堆石排水棱體施工。首先清除施工過(guò)程中產(chǎn)生的淤泥及其雜物，再按施工設(shè)計(jì)要求分層鋪筑、分層碾壓，采用YZT-16振動(dòng)碾壓實(shí)8遍，并按規(guī)范取樣檢測(cè)。堆石體采用機(jī)械分層鋪筑，層厚控制在100 cm范圍內(nèi)，碾壓采用YZT-16羊角振動(dòng)碾進(jìn)行；堆石體面層采用人工修面，粗料石干砌護(hù)面處理。排水棱體施工中，有部分排水棱體與壩體填筑施工同時(shí)進(jìn)行，先鋪底層反濾砂，厚度與高度達(dá)到設(shè)計(jì)要求與后風(fēng)化料一起進(jìn)行碾壓。

(4)大壩上、下游護(hù)坡施工。上游護(hù)坡采用混凝土預(yù)制塊，下游護(hù)坡采用植草護(hù)坡和干砌石護(hù)坡，混凝土施工以《水工混凝土施工規(guī)范》(SL 677—2014)的規(guī)定進(jìn)行施工，堅(jiān)持未經(jīng)監(jiān)理合格簽證，不得進(jìn)行下一工序施工。壩頂彈石路面施工采用順?shù)伔ㄈ斯や伷?，在?guī)模鋪裝前先確定一個(gè)作業(yè)面進(jìn)行放線試鋪，鋪砌時(shí)先鋪路沿石后鋪中間石，大面向上、高度垂直、互相擠緊、錯(cuò)縫、底部埋入砂墊層埋入深度為石塊高度的1/3～1/4，一段路鋪好后即撒鋪石屑嵌縫、16T壓路機(jī)碾壓密實(shí)后，再進(jìn)行下段鋪筑。

(5)施工程序。防滑齒墻基槽開(kāi)挖→齒墻C15素混凝土澆筑→壩面鋪混合砂墊層→鋪C15混凝土預(yù)制塊→C15混凝土花空澆筑→養(yǎng)護(hù)。

(6)溢洪道工程施工。施工和質(zhì)量檢驗(yàn)在業(yè)主參與下，按設(shè)計(jì)圖紙和施工技術(shù)要求的規(guī)定進(jìn)行，原材料和工序質(zhì)量控制采用與大壩護(hù)坡施工相同之處。

(7)金屬結(jié)構(gòu)施工。許長(zhǎng)水庫(kù)金屬結(jié)構(gòu)為安裝進(jìn)口攔污柵1套，閘門(mén)1套，啟閉機(jī)3臺(tái)。金屬結(jié)構(gòu)安裝是在監(jiān)理的監(jiān)督控制下，按設(shè)計(jì)技術(shù)要求及水利水電工程金屬結(jié)構(gòu)施工安裝規(guī)范進(jìn)行。攔污柵安裝為邊安裝邊檢測(cè)，各項(xiàng)安裝允許偏差符合要求后進(jìn)行焊接固定。

5 結(jié) 語(yǔ)

結(jié)合祥云縣許長(zhǎng)水庫(kù)基本情況分析，通過(guò)運(yùn)用大壩加固綜合評(píng)價(jià)方法，得出了具體可操作的優(yōu)化施工方案。通過(guò)實(shí)施帷幕灌漿施工、壩體風(fēng)化料填筑、堆石排水棱體施工、大壩上、下游護(hù)坡施工、溢洪道工程施工以及金屬結(jié)構(gòu)的具體施工，得出該施工優(yōu)化方法可靠，施工作業(yè)安全順利，可為類似病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固工作提供技術(shù)支撐。通過(guò)應(yīng)用水庫(kù)除險(xiǎn)加固方案優(yōu)化方法，對(duì)水庫(kù)除險(xiǎn)加固技術(shù)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)和決策，以優(yōu)選最佳方案降低施工建設(shè)中的風(fēng)險(xiǎn)，可以保證水庫(kù)除險(xiǎn)加固建設(shè)安全可靠。