梅縣區(qū)汶水水庫(kù)加固施工方案分析

史志坤

(梅州市威華水利水電建設(shè)工程有限公司，廣東 梅州 514000)

1 工程概況

汶水水庫(kù)位于廣東省梅縣區(qū)白渡鎮(zhèn)汶水村，距梅州市約18km，水庫(kù)于1968年竣工投產(chǎn)，是一座以灌溉為主的小(I)型水庫(kù)，工程設(shè)計(jì)灌溉面積1500畝，捍衛(wèi)下游人口4000多人，耕地2000多畝。本次除險(xiǎn)加固后水庫(kù)特征水位：汶水水庫(kù)正常蓄水位(防洪限制水位)為131.77m(國(guó)家85高程，下同)，相應(yīng)庫(kù)容95萬(wàn)m3，水庫(kù)死水位122.11m，相應(yīng)庫(kù)容8.88萬(wàn)m3，水庫(kù)興利庫(kù)容866.11萬(wàn)m3。水庫(kù)大壩壩型為均質(zhì)土壩，壩頂高程為135.40m，壩頂長(zhǎng)244m，壩頂寬3.5m，最大壩高19m，迎水坡坡比1∶2.8，背水坡坡比1∶2.5。工程等別為Ⅳ等，主要建筑物為4級(jí)(包括大壩、溢洪道、輸水涵管)，次要建筑物為5級(jí)。

2 水文地質(zhì)條件

庫(kù)區(qū)屬低山丘陵、溝谷地貌，兩岸為較陡峻的山體，河谷呈不對(duì)稱(chēng)“U”字型，兩岸山體(丘陵)較陡峻，坡度40°～65°，植被較發(fā)育，主要為雜草和雜木等。山體表層基本為殘坡積土層覆蓋。庫(kù)區(qū)內(nèi)無(wú)居民點(diǎn)。根據(jù)實(shí)地觀察，右岸山體較雄厚，左岸為丘陵，巖土層為相對(duì)隔水的粉質(zhì)黏土，不存在庫(kù)水繞壩滲漏問(wèn)題。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)期觀測(cè)，當(dāng)水庫(kù)蓄水位較高期間，壩體下游未見(jiàn)有漏水現(xiàn)象。庫(kù)區(qū)岸坡主要為第四系坡殘積層岸坡，庫(kù)岸未發(fā)現(xiàn)其它坍岸、泥石流等影響庫(kù)岸穩(wěn)定的不良地質(zhì)現(xiàn)象，水庫(kù)庫(kù)岸總體基本穩(wěn)定。

本項(xiàng)目區(qū)所在地屬于亞熱帶氣候區(qū)，緯度低，太陽(yáng)輻射強(qiáng)，日照天數(shù)多，平均氣溫高[1]。本項(xiàng)目區(qū)緯度低，熱量豐富，4—10月份平均氣溫均在21℃以上，長(zhǎng)達(dá)7個(gè)月之久。汶水水庫(kù)區(qū)域內(nèi)雨量豐富，4—9月雨量占比達(dá)到70%，其余時(shí)間降雨較少。

3 現(xiàn)狀和實(shí)施項(xiàng)目分析

3.1 水庫(kù)現(xiàn)狀勘察情況

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘察情況表明：①大壩壩頂寬度低于現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，填土壓實(shí)度和滲透系數(shù)不滿足規(guī)范要求；大壩防滲和反濾排水設(shè)施不完善，滲流逸出點(diǎn)高于反濾排水設(shè)施頂高程，不滿足規(guī)范要求[2]；②大壩溢洪道結(jié)構(gòu)不合理，穿壩拱涵在泄流時(shí)存在嚴(yán)重安全隱患，溢洪道漿砌石側(cè)墻不滿足抗沖要求；溢洪道進(jìn)口段漿砌石側(cè)墻、泄槽漿砌石側(cè)墻存在裂縫，泄槽漿砌石側(cè)墻面老化和局部已剝落，泄槽溢洪道底板局部存在裂縫；③輸水涵出口退水渠道、壩腳反濾體上部灌溉渠道為近壩建筑物，退水末端護(hù)坎坍塌、渠道變形開(kāi)裂，灌溉渠道存在滲漏現(xiàn)象，不及時(shí)維護(hù)將對(duì)大壩安全造成影響；④上游混凝土護(hù)坡排水設(shè)施不完善，防浪墻存在裂縫，壩頂排水排向上游壩坡；⑤輸水涵涵頭水封不夠緊閉，涵頭漏水。

3.2 除險(xiǎn)加固擬實(shí)施項(xiàng)目

上游護(hù)坡加設(shè)排水孔、下游壩坡培厚、壩體充填灌漿、新建反濾棱體；溢洪道由有閘控制帶胸腔潛孔式穿壩拱涵改造為有閘控制開(kāi)敞式溢洪道；輸水涵管套管加固、改造輸水涵出口退水渠道和灌溉渠道；下游河岸防護(hù)和清淤疏浚；右壩肩小型滑坡體處理；完善大壩安全監(jiān)測(cè)設(shè)施。

3.3 建筑物加固施工方案

3.3.1大壩加固

(1)壩前坡

對(duì)整個(gè)混凝土面板進(jìn)行加設(shè)排水孔，對(duì)受溢洪道改建影響和已破損的混凝土面板拆除重建。壩前坡坡比為1∶2.8，考慮到施工澆注方便等要求，重建護(hù)坡采用0.12m厚現(xiàn)澆C30混凝土面板，混凝土護(hù)坡下設(shè)150mm厚的砂石墊層，縱縫間距8m，橫縫間距均4m，采用三氈四油隔縫。為保證水位驟降時(shí)壩體上游坡順利排水，本次設(shè)計(jì)對(duì)前坡整個(gè)混凝土面板護(hù)坡加設(shè)排水孔，每板設(shè)4孔，孔距、排距均為2m，梅花形布置，采用直徑150mm水鉆鉆孔施工，孔深300mm，排水管采用DN50PVC排水管，單根管長(zhǎng)300mm，臨土側(cè)管端設(shè)置堵頭，在管周采用電鉆鉆直徑5mm的孔，排水孔之間距離30mm，排水孔按照梅花狀布置設(shè)計(jì)，排水管臨土側(cè)采用土工布包扎結(jié)實(shí)，周邊采用級(jí)配砂回填，排水管周邊采用120mm厚C30混凝土封孔。解決原混凝土面板未設(shè)置排水孔，局部面板開(kāi)裂，不利于水位降落期壩前坡壩內(nèi)滲水的順利排出，從而影響壩坡穩(wěn)定的問(wèn)題。

(2)壩頂

大壩壩頂現(xiàn)狀寬度為3.5m，壩頂長(zhǎng)度244m，最大壩高19m。壩頂寬度應(yīng)根據(jù)構(gòu)造、施工、運(yùn)行和抗震等因素確定[3]，可采用4～6m。考慮水庫(kù)運(yùn)行期防汛搶險(xiǎn)的需要[4]，大壩壩頂寬度培厚至5.0m。

壩頂高程為135.40m，防浪墻頂高程為136.05m。壩頂拆除原混凝土路面，重建C25混凝土路面，路面厚200mm，下部設(shè)100mm厚6%水泥石屑?jí)|層，對(duì)原漿砌石防浪墻進(jìn)行鑿毛批擋，下游側(cè)設(shè)路緣石，路面向下游側(cè)傾斜2%，壩頂排水排向下游。

對(duì)壩體進(jìn)行充填灌漿，提高壩體的整體性，降低壩體填土滲透系數(shù)。本次設(shè)計(jì)擬于加固后壩頂中心線兩側(cè)各設(shè)一排灌漿孔，灌漿孔中心線與壩頂中心線的距離0.5m，排距1m，孔距2m，2排灌漿孔錯(cuò)位布置，灌漿孔入粉質(zhì)黏土層1m，灌漿壓力小于50kPa。

(3)壩后坡

結(jié)合壩頂培厚，本次設(shè)計(jì)采用下游坡培厚，仍采用兩級(jí)坡，中間設(shè)1道馬道，馬道高程129.40m，寬度1m，培厚后壩體后坡坡度均為1∶2.5。由于原壩體填土滲透系數(shù)為4×10-4cm/s，為保證壩內(nèi)滲水順暢排出，防止因浸潤(rùn)線抬高而危及大壩安全，本次設(shè)計(jì)壩體培厚土料選用壓實(shí)后滲透系數(shù)接近原壩體填土滲透系數(shù)的土料。

由于后坡培厚拆除了原下壩步級(jí)，本次設(shè)計(jì)在下游壩坡新建下壩步級(jí)。方便管理人員日常巡視及汛期巡視，步級(jí)采用M7.5漿砌石步級(jí)，踏步寬375mm，高150mm。

為使壩體內(nèi)滲水順暢排出，在下游壩坡坡腳設(shè)排水棱體，棱體總高度4.5m，棱體頂高程為122.40m，頂寬1.5m，外坡坡比為1∶1.5，內(nèi)坡坡比為1∶1，并于排水棱體底部設(shè)置集滲溝。排水棱體與壩體及壩基接觸面鋪設(shè)3層過(guò)渡反濾層由內(nèi)及外分別是300mm粗砂層、300mm小礫石層及300mm礫石小卵石層，棱體坡腳設(shè)集滲溝，內(nèi)空尺寸為0.75m×0.5m(寬×高)。

下游壩坡周邊設(shè)順坡向排水溝，與高程129.40m處水平向排水溝、排水棱體外坡腳排水溝共同組成壩面排水系統(tǒng)，排水溝采用C20混凝土結(jié)構(gòu)，內(nèi)空尺寸為0.3m×0.3m。壩面交通由棱體頂平臺(tái)，與順坡向步級(jí)組成，步級(jí)在壩面中部設(shè)置1個(gè)。

3.3.2溢洪道加固施工方案

根據(jù)溢洪道加固方案比選，本次溢洪道加固方案為：拆除原有穿壩拱涵，改建為開(kāi)敞式溢洪道，堰頂高程加高1m，即堰頂高程為128.77m，泄洪閘底寬5.8m，過(guò)水凈寬4.8m，中墩1m，共2孔2閘，閘門(mén)尺寸2.4m×3.5m(凈寬×凈高)。泄槽段、挑流鼻坎段利用原漿砌石泄槽和鼻坎外包C25鋼筋混凝土加固，消能仍采用挑流消能。加固后溢洪道仍位于大壩左岸，由進(jìn)水渠、控制段、泄槽段、挑流鼻坎組成[5]，具體如下。

(1)進(jìn)水渠

由于原進(jìn)水渠前段邊墻存在貫穿斜裂縫，本次對(duì)破損部分進(jìn)行拆除重建，重建進(jìn)水渠型式為整體式矩形C25鋼筋混凝土明槽。改建溢洪道進(jìn)水渠順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)13.5m，進(jìn)水渠底板為傾向上游坡比為1/42的反坡，底板高程為128.45～128.77m，導(dǎo)水墻墻頂高程為134.80m，底板厚度1m，邊墻厚度0.8m。進(jìn)口段采用曲面導(dǎo)水墻，曲面圓弧半徑為5m，曲面導(dǎo)水墻后接8.5m順直段導(dǎo)水墻至控制段。

(2)控制段

本次設(shè)計(jì)拆除原穿壩拱涵的拱頂部分，利用現(xiàn)有溢洪道底板和拱涵的立面墻進(jìn)行內(nèi)襯C25鋼筋混凝土加固[6]。本次設(shè)計(jì)溢洪道控制段為有閘控制開(kāi)敞式寬頂堰，堰頂高程128.77m，控制段寬度為5.8m，順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)度為13m，設(shè)2孔2閘，閘門(mén)尺寸為2.4m×3.5m(凈寬×凈高)，閘底板厚度為1m，中墩厚度為1m，邊墻厚度為0.8～1.1m，邊墻頂高程為134.80m。水閘中心線位于控制段起點(diǎn)下游3.3m處，水閘上部布置啟閉機(jī)房，啟閉機(jī)房采用C30鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，分2層，第一層為檢修層，層高3.8m，第二層為啟閉機(jī)層，層高3m，屋頂為斜屋頂，啟閉房面積35.7m2，尺寸4.8m×8.75m(長(zhǎng)×寬)。溢洪道交通橋位于控制段下游邊墻頂部，交通橋橋面高程為135.40m，梁底高程為134.80m。

(3)泄槽段

泄槽段利用原有溢洪道，原底板混凝土鑿毛后和側(cè)墻表面批擋鑿除后，采用外包C25鋼筋混凝土的型式進(jìn)行加固，外包泄槽底板厚度為0.3m，側(cè)墻厚度為0.5m，壓頂厚度為0.3m。泄槽段分為2級(jí)陡坡，第一級(jí)陡坡長(zhǎng)14.60m，坡比為1∶18，寬度由5.8m漸變至7m，底板高程為128.77～127.94m，邊墻高程為134.80～131.85m；第二級(jí)陡坡長(zhǎng)28m，坡比為1∶3，寬度為7m，底板高程為127.94～119.17m，邊墻高程為134.80～121.54m。溢洪道底板接原排水管排水。

(4)挑流鼻坎

結(jié)合泄槽段加固，挑流鼻坎段對(duì)原鼻坎外包鋼筋混凝土進(jìn)行加固，挑流鼻坎反弧半徑9.7m，挑流出射角為18°，鼻坎高程為119.23m，邊墻頂高程121.15m。

3.3.3輸水建筑物加固施工方案

本次施工方案對(duì)輸水涵進(jìn)行內(nèi)襯鋼管，采用套管法施工，套管管徑0.7m，管長(zhǎng)90m，管壁厚度為6mm。輸水涵進(jìn)口采用煙斗涵型式，涵口設(shè)鑄鐵閘門(mén)和攔污柵。輸水涵出口采用法蘭和異徑三通岔管進(jìn)行分水，直向接DN700mm的蝶閥作為放空控制閥，放空控制閥下端接退水渠道；側(cè)向接DN500mm的蝶閥作為灌溉控制閥。

(1)退水渠道加固

本次設(shè)計(jì)對(duì)原退水渠道進(jìn)行拆除重建，放空閥下部設(shè)置跌水消能池，采用C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，消能池寬1.2m，池長(zhǎng)7.33m，池高2.2～3.36m，底板及壁厚均為0.5m，池深0.65m。消能池末端為跌水坎，直接跌水至下游河床。下游河床已有C20混凝土護(hù)坦進(jìn)行防護(hù)。

(2)灌溉渠道改造

本次設(shè)計(jì)將灌溉渠道改為埋管型式，斷面型式DN500mmPE管外包C25混凝土，外包混凝土截面尺寸為1.5m×1.5m(寬×高)。管道走向仍沿壩腳方向接至右側(cè)的山體，位置下移至新建反濾棱體坡腳2.5m，灌溉管道進(jìn)口采用DN500mm蝶閥進(jìn)行控制。PE管進(jìn)口高程為121.47m，出口高程為120.20m，管長(zhǎng)105m。

3.3.4下游兩岸連接建筑物施工方案

本次對(duì)下游兩岸連接建筑加固施工方案為：①修復(fù)挑坎右側(cè)、退水渠道下部坍塌的護(hù)擋墻，長(zhǎng)度為10m。該護(hù)岸擋墻采用M7.5漿砌石，墻頂高程為119.70m，基礎(chǔ)高程為113.90m，墻身高5.8m，墻趾、墻踵寬0.8m，高0.8m，墻身填土側(cè)填筑砂礫料反濾層，層厚300mm，墻身排水采用DN75-PVC排水管。②修復(fù)挑坎下游河道右岸的破損漿砌石護(hù)坡，長(zhǎng)度約10m，對(duì)其進(jìn)行拆除重建，仍采用護(hù)坡型式M7.5漿砌石擋墻護(hù)坡，護(hù)坡厚度為500mm，下部設(shè)150mm厚的砂石反濾層，護(hù)坡設(shè)兩道DN50PVC排水孔，排水孔間2m。③下游河道清淤疏浚，本次設(shè)計(jì)按20年一遇設(shè)計(jì)洪水對(duì)應(yīng)的下泄流量71.2m3/s，對(duì)河道進(jìn)行清淤，清淤斷面采用梯形斷面，底寬為5m，邊坡坡比為1∶1.5。

3.3.5泄水閘交通橋施工方案

本次水庫(kù)加固改造擬對(duì)原有溢洪道進(jìn)行拆除重建，拆除重建后閘頂為開(kāi)敞式結(jié)構(gòu)，為保障壩頂應(yīng)急搶險(xiǎn)通暢，故在溢洪道(控制段后半段)新建一座交通橋。交通橋長(zhǎng)7.6m，單跨，兩側(cè)橋臺(tái)為閘室邊墩。橋面凈寬4.7m，橋面中心高程135.40m。橋體結(jié)構(gòu)采用C30混凝土。設(shè)計(jì)荷載150kN，人群荷載3.0kN/m。

4 本工程重點(diǎn)、難點(diǎn)項(xiàng)目分析及技術(shù)措施

4.1 淤泥清挖運(yùn)輸

4.1.1淤泥挖運(yùn)難點(diǎn)分析

按設(shè)計(jì)要求，需清挖淤泥數(shù)量大，開(kāi)挖深度大，位置開(kāi)挖深度深。首先，挖掘機(jī)械無(wú)法在大壩邊一次清淤，需要2臺(tái)或3臺(tái)挖掘機(jī)下坎傳挖裝車(chē)，下坎的挖掘機(jī)很可能陷入淤泥里；其次，運(yùn)輸困難，因場(chǎng)地限制，基坑開(kāi)挖后，運(yùn)輸汽車(chē)只能一個(gè)方向往返，而且，淤泥車(chē)不能上路，只能先找一個(gè)堆場(chǎng)堆放，吹干水分后，二次裝車(chē)外運(yùn)；最后，堆泥場(chǎng)地不易尋找，效率較低。

4.1.2挖掘機(jī)下坎傳挖土方、淤泥的技術(shù)措施

盡量就地取材，先將堤邊挖低1～1.5m，用原有壩邊擋土墻塊石、磚渣填筑一段挖掘機(jī)施工走道，在磚渣走道上安置履帶位，根據(jù)需要鋪上鋼板，便于挖機(jī)下坎開(kāi)挖，防止挖掘機(jī)陷入淤泥中；如果磚渣量不夠，則向外購(gòu)買(mǎi)塊石或石渣，填筑挖掘機(jī)走道。

4.2 充填灌漿施工技術(shù)控制

灌漿施工前首先確定好充填灌漿施工觀測(cè)點(diǎn)，沿汶水水庫(kù)大壩軸線每隔10m布設(shè)1組觀測(cè)標(biāo)點(diǎn)。做好灌漿施工機(jī)械設(shè)備、材料、試驗(yàn)儀器和記錄圖表。正式施工前，在有代表的壩段開(kāi)展灌漿測(cè)試，根據(jù)測(cè)試結(jié)果優(yōu)化灌漿工藝參數(shù)[7]，為大規(guī)模作業(yè)取得經(jīng)驗(yàn)值。按照造孔、制漿、灌漿、終止、封孔的順序依次進(jìn)行灌漿施工作業(yè)。按照先上游后下游，從下至上下管分段灌漿，每段長(zhǎng)度控制在5～10m。先稀后濃，做好灌漿施工記錄。

4.3 混凝土模板制作和安裝

4.3.1模板制安難點(diǎn)分析

考慮到汶水水庫(kù)附近屬于風(fēng)景旅游區(qū)，對(duì)除險(xiǎn)加固施工各方面的要求較高；模板制安質(zhì)量直接關(guān)系到壩、交通橋等構(gòu)筑物的外觀質(zhì)量。模板的垂直度、直順度，弧形構(gòu)筑物的平順度的控制，比較困難。

4.3.2模板制安技術(shù)措施

該項(xiàng)目采用定型組合鋼模板制模，模板之間用扣件扣穩(wěn)，兩側(cè)模板用螺栓對(duì)拉定型，每隔5米設(shè)槽鋼骨肋，墻模底用木枋支牢固定，墻模頂兩側(cè)對(duì)拉，保證模板不移位、不傾斜。

4.4 混凝土澆筑工藝操作技術(shù)措施

4.4.1混凝土接口的平順處理

前一次制作和安裝混凝土墻體模板時(shí)，要考慮實(shí)際混凝土搗澆長(zhǎng)度不能過(guò)長(zhǎng)，以便下次制作模板；混凝土墻體模板拆除時(shí)，在上下兩次墻接口處模板，留1～2m模板不拆除，不松支撐，保證制模不露接口，搗混凝土也不露接口。

4.4.2伸縮縫板的垂直度及位置控制

按設(shè)計(jì)要求，安裝伸縮縫板，支撐牢固，兩面涂浮化瀝青，在搗澆混凝土?xí)r，兩邊同時(shí)澆注，確保兩邊混凝土的高度相近，避免分縫板扭曲變形、移位，保證分縫直順。

4.4.3混凝土振搗密實(shí)控制

每個(gè)班組確定2～3位工人參加混凝土搗澆操作的專(zhuān)門(mén)培訓(xùn)，每班由受過(guò)培訓(xùn)工人負(fù)責(zé)振搗工作，確?；炷琳駬v密實(shí)、均勻，分層不留縫。

4.4.4施工縫處理

鋼筋混凝土構(gòu)筑物，需做兩次裝模搗澆時(shí)，會(huì)留有施工縫。在制墻模時(shí)，應(yīng)用清潔水沖洗干凈；在搗混凝土前，應(yīng)再次沖洗；然后，基礎(chǔ)面上灑滿純水泥漿，再接著搗混凝土。避免施工縫滲水銹蝕鋼筋。

4.5 回填夯實(shí)

4.5.1回填壓實(shí)度難點(diǎn)分析

回填土方厚在施工過(guò)程中易超厚回填，或者下一層沒(méi)壓實(shí)壓平，就進(jìn)行上一層填土；回填土料不符合設(shè)計(jì)要求，也會(huì)造成土方填筑壓實(shí)度達(dá)不到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；泄水管包扎及反濾體堆制，容易被忽視。

4.5.2回填的技術(shù)措施

每一道施工工序開(kāi)展前，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)施工員和作業(yè)隊(duì)伍、勞務(wù)人員安全技術(shù)交底，明確回填夯實(shí)關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)，提升人員業(yè)務(wù)水平。在回填過(guò)程中，先回填壓實(shí)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)層，抽樣進(jìn)行土工試驗(yàn)，達(dá)到設(shè)計(jì)密實(shí)度要求，分層回填，保證回填質(zhì)量。回填壓實(shí)方法，人工撒土檢平，壓路機(jī)碾壓，不加振，靠近構(gòu)筑物的回填土夯實(shí)，采用蛙式打夯機(jī)夯實(shí)。

5 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)汶水水庫(kù)的具體情況，從水庫(kù)的安全鑒定情況、地質(zhì)條件、施工現(xiàn)場(chǎng)條件等方面合理選擇汶水水庫(kù)大壩的加固施工方案。汶水水庫(kù)投入運(yùn)行3年以來(lái)，經(jīng)歷2022年超10年一遇洪水考驗(yàn)，水庫(kù)運(yùn)行穩(wěn)定，各項(xiàng)指標(biāo)符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求。實(shí)踐證明，該工程除險(xiǎn)加固施工方案合理有效，未發(fā)生質(zhì)量安全事故，也沒(méi)有發(fā)生滲流現(xiàn)象，成效良好。施工中要按照水庫(kù)建設(shè)單位時(shí)間節(jié)點(diǎn)要求，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工條件和設(shè)備物資資源，進(jìn)一步完善水庫(kù)除險(xiǎn)加固實(shí)施方案，編排施工計(jì)劃，合理優(yōu)化施工工序，提高施工效率，才能確保整個(gè)汶水水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程施工整體可控，符合規(guī)范要求。