水庫應急除險加固方案研究

吳偉民

(福建水利電力職業(yè)技術學院，福建?永安?366000)

1 概 述

某水庫是一座以灌溉為主，兼有發(fā)電效益的小(1)型水利工程，樞紐工程主要由均質(zhì)土壩、側(cè)槽溢洪道、壩下輸水涵管(涵)等建筑物組成；最大壩高35.00 m，校核洪水位為513.91 m，相應庫容為729.90萬m3；正常蓄水位512.50 m，相應庫容680.00萬m3；死水位488.30 m，死庫容9.52萬m3，灌溉面積873.3 hm2。

該水庫始建于1965年，1972年6月樞紐工程完工并投入使用。受制于當時的資金、設計與施工水平等因素，水庫建成后漏水較嚴重。1983年、1984年，曾先后兩次用黏土和水泥黏土混合漿對壩體進行灌漿。1996年，在大壩迎水坡進行過土工膜鋪筑。2001年，對右岸溢洪道首段山坡上部進行削坡。2007年5月，對水庫大壩進行安全鑒定，評價為三類壩。

2010年9月，經(jīng)主管部門批準，對水庫進行除險加固。主要加固內(nèi)容為：

(1)在壩軸線處進行一排三管高壓旋噴灌漿，孔距1 m；在壩基接觸面進行兩排三管旋噴灌漿蓋座，其中一排與壩體旋噴孔重合，另一排在上游側(cè)，兩排間距1 m；壩基在軸線上游0.5 m處進行一排帷幕灌漿，左岸沿防汛路向上游延伸20 m，右岸向山體延伸16 m。

(2)大壩迎水坡及背水坡高程506 m以下砌石護坡局部翻砌，背水坡高程506 m以上新增砌石護坡，壩頂新增C25混凝土硬化路面。

(3)溢洪道溢流堰基礎進行1排單管高壓旋噴灌漿，并與主壩三管旋噴灌漿銜接；溢洪道右岸邊坡削坡掛網(wǎng)噴混凝土加固。

(4)溢洪道側(cè)槽底板拆除重建，溢流堰面及側(cè)槽右邊墻采用C20混凝土護砌。

2015年10月、2021年3月，先后兩次委托第三方對水庫大壩進行安全鑒定，均評價為二類壩。

2 存在的問題及原因

2.1 存在的問題

(1)大壩背水坡左側(cè)高程497 m的壩體(馬道)與岸坡交接部位，高水位時仍然存在涌水，邊坡被沖壞。

(2)大壩背水坡右側(cè)高程497 m的壩體(馬道)與岸坡交接部位，常年存在涌水。

(3)側(cè)槽與泄洪洞交界處左側(cè)邊墻存在貫穿裂縫，高庫水位時形成射流；溢流堰上游局部砂漿剝落；泄槽段內(nèi)存在土方及碎石。

(4)涵洞進口斜拉閘門關閉不嚴；放水通氣管、交通橋欄桿表面生銹；壩后量水堰位置過高，不能收集和量測滲水。

由于上述病險情的存在，2021年起該水庫已被限制水位運行，工程效益受到嚴重影響。

2.2 原因分析

(1)大壩背水坡左側(cè)高程497 m壩體與岸坡交接部位的涌水。1983—2010年的4次除險加固均是針對壩體、壩基滲漏進行的。對壩體的地質(zhì)勘探成果表明，壩體經(jīng)多次注漿后，灌漿中心線附近土體密實，壩體防滲帶防滲效果良好，達到微～極微透水性。壩基巖體裂隙發(fā)育，裂隙以微張～張開狀為主，存在壩基滲漏和左壩肩繞壩滲漏問題。2010年除險加固時，左岸壩基的帷幕灌漿為沿防汛路向上游延伸20 m設置(見圖1)，沒有采用截斷滲漏的措施，故判斷該部位的涌水為繞壩滲漏造成。

(2)大壩背水坡右側(cè)高程497 m壩體與岸坡交接部位的常年涌水。地質(zhì)勘探成果表明，右岸背水坡497.00 m馬道上方發(fā)現(xiàn)寬度約0.5 m、長度約7.0 m含3處滲漏點的潮濕帶；在水庫限制水位運行(497.00 m高程以下)后，滲水潮濕帶依然存在。因此，滲漏與水庫水不存在水力聯(lián)系，故判斷主要是大壩右側(cè)山體基巖風化裂隙水、構造裂隙水上涌出露所致。

(3)側(cè)槽與泄洪洞交界處左側(cè)邊墻存在貫穿裂縫，高庫水位時形成射流，溢流堰上游局部砂漿剝落。上游翼墻(壩體與側(cè)堰之間擋水段迎水面)與溢洪堰側(cè)墻均為漿砌塊石結(jié)構，砌體上部為干砌(未見漿砌痕跡)，中下部疑為混合砂漿砌體，翼墻與溢洪堰側(cè)墻坐落于基巖～殘坡積砂質(zhì)粘性土層之上。地基土層已發(fā)生較明顯壓縮變形，導致裂縫發(fā)生。故地基承載力小、翼墻防滲性能差、壩體結(jié)構松散是庫區(qū)高水位時出現(xiàn)溢洪洞洞口附近段滲漏濕面和射流的主要原因。

3 應急除險加固方案

3.1 左岸壩基帷幕補強灌漿

左岸壩基設兩排帷幕灌漿軸，一排帷幕灌漿軸線布置在原壩體帷幕灌漿軸線處，間隔插入2010年帷幕灌漿孔之間；另一排帷幕灌漿軸線布置在前一排的上游側(cè)，兩排帷幕灌漿的排距為1.5 m、孔距為2.0 m，灌漿孔成梅花形布置。帷幕灌漿深度為深入相對隔水層3～5 m，帷幕左端延伸到最高庫水位與相對不透水層相交點位置(向左岸山體延伸20 m)，右端伸入壩體20 m。

3.2 泄水建筑除險加固

泄水建筑除險加固的思路從“恢復翼墻防滲能力和結(jié)構強度、提高壩體結(jié)構密實度、增加壩基的承載能力和抗?jié)B性”等幾個方面入手。

(1)擋水翼墻、側(cè)墻及溢流堰迎水面采用C30鋼筋混凝土襯砌，厚度為20 cm，利用錨桿將混凝土防滲體與原砌體固定，鋼筋混凝土襯砌中布設溫度鋼筋。C30鋼筋混凝土襯砌防滲面板每隔10 m設1道伸縮沉降縫，縫中設止水。

(2)在鋼筋混凝土襯砌防滲體層的迎水側(cè)，設置C30混凝土鋪蓋，混凝土鋪蓋同時兼做單管高壓旋噴灌漿平臺，鋪蓋寬1.8 m、長74.7 m、厚0.5 m；混凝土鋪蓋每隔10 m設1道伸縮沉降縫，縫中設止水。在鋼筋混凝土鋪蓋的庫區(qū)側(cè)1.0 m處，布置單排單管高壓旋噴帷幕灌漿，孔距為0.5 m，灌漿深度10.0 m。上游翼墻加固如下所示(見圖2)。

(3)壩體采用三管旋噴補強灌漿，灌漿軸線布置在原壩體帷幕灌漿軸線處，間隔插入2010年帷幕灌漿孔之間，灌漿孔距1.0 m，灌漿范圍長20 m，灌漿孔深度至壩基面。

此外，在大壩右岸壩頂及溢流堰上游分別設置1個限高限寬門及限重標識牌，限制重型車輛通行。

3.3 大壩局部改造加固措施

對于右岸497 m高程處馬道上部泉眼的處理主要采取引排措施，在3處滲漏點的潮濕帶部位開挖壩體，新建集水井。集水井內(nèi)徑φ1.0 m，井壁為C15無砂混凝土，壁厚0.5 m，井內(nèi)自下而上分層填入中細沙、粗砂、碎石，并設置φ110 mmPE排水管將滲水導出。在導出管口設置量水堰，計量泉眼出流量(見圖3)。

4 結(jié) 語

20世紀50～70年代修建的小型水利工程，因為受資金、設計與施工水平的影響，不同程度都存在一些問題；有些問題雖經(jīng)多次處理，效果仍然不理想，成為了“疑難雜癥”。本文以實際工程為例，就其存在的繞壩滲漏、山體基巖風化裂隙涌水、泄水建筑物綜合質(zhì)量問題等主要病險情，針對性地采取應急除險加固措施，達到良好的成效，對類似工程有一定的借鑒意義。