滴水巖水庫病險問題與除險加固施工組織設(shè)計分析

儲 林

(陜西省安康市紫陽縣水利局,陜西 安康 725300)

0 引言

滴水巖水庫是紫陽縣最大的一座骨干水利工程,位于蒿坪川道上游,居高臨下,下游村鎮(zhèn)人口居住密集,蒿坪鎮(zhèn)及大竹園火車站緊鄰主河道干流,且有襄渝鐵路,恒紫公路等國家及省級交通干線從下游經(jīng)過,水庫一旦失事,將淹沒下游蒿坪、北坪、改革、平川、雙星、東關(guān)、大竹鎮(zhèn)等村鎮(zhèn)7處,人口14 032人、耕地6 606畝及襄渝鐵路,造成人民群眾生命和財產(chǎn)的巨大損失。本文綜合滴水巖水庫運(yùn)行現(xiàn)狀、安全鑒定及水庫除險加固方案相關(guān)成果,對滴水巖水庫運(yùn)行管理中一系列病險水庫問題進(jìn)行歸納總結(jié),并對水庫的除險加固施工組織設(shè)計進(jìn)行分析,以期為保證水庫安全運(yùn)行奠定基礎(chǔ)[1]。

1 工程概況

滴水巖水庫位于漢江北岸漢江一級支流蒿坪河上游,工程建于蒿坪鎮(zhèn)雙勝村滴水巖,距下游蒿坪鎮(zhèn)4 km。壩址以上控制流域面積5.65 km2,是一座以灌溉為主兼有防洪等效益的Ⅴ等小(2)型工程,設(shè)施灌溉面積4 500畝。大壩為漿砌石重力墻堆石壩,水庫設(shè)計總庫容75萬 m3,有效庫容52萬 m3,死庫容2.4萬 m3,滯洪庫容20.60萬 m3。擔(dān)負(fù)著全縣糧食主產(chǎn)區(qū)蒿坪鎮(zhèn)4 500多畝高產(chǎn)農(nóng)田的灌溉任務(wù),自1975年投入運(yùn)行來以來,取得了一定的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益,樞紐工程由大壩、放水臥管、輸水洞、溢洪道等部分構(gòu)成[2]。

2 水庫病險問題分析

滴水巖水庫樞紐工程于1972年興建,自1975年竣工投入運(yùn)行以來,由于條件所限,從滴水巖水庫安全鑒定成果資料看,滴水巖水庫存在以下主要問題:

(1)大壩迎水面漿砌石重力墻太薄,抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)不足。在上游死水位情況下,對漿砌石重力墻進(jìn)行穩(wěn)定復(fù)核,其抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為1.16,抗傾安全系數(shù)為0.87,底部邊緣拉應(yīng)力達(dá)1.45 Mpa,對墻體408 m斷面以上按空庫條件進(jìn)行穩(wěn)定復(fù)核,其抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)僅為0.67,抗傾安全系數(shù)為0.65,底部邊緣拉應(yīng)力1.801 Mpa,遠(yuǎn)小于規(guī)范規(guī)定的安全系數(shù),抗滑穩(wěn)定不滿足要求,漿砌石重力墻處于極其危險狀態(tài)。

(2)堆石體下游壩坡不穩(wěn)。對大壩下游壩坡分別采用畢肖普法和瑞典弧法進(jìn)行復(fù)核,其安全系數(shù)分別為1.160和1.131,均不滿足規(guī)范的要求,壩坡偏陡、不安全。

(3)壩體及漿砌石防滲墻多處裂縫、水庫滲漏嚴(yán)重。漿砌石防滲墻,可見裂縫9條,其中縱縫6條,縫寬1～8 mm;最長縫長達(dá)60 m,分布于高程420～428 m之間。壩頂中部至右壩肩在堆石與漿砌石防滲墻之間有長約15m的縱向裂縫,張開寬度0.5—3cm,且裂縫部位出現(xiàn)三處沉陷坑,長1.2～3 m,寬0.7～1.7 m,深0.5～0.8 m。壩體下游面壩腳處,出露滲水點(diǎn)6處,屬大壩滲漏溢出點(diǎn),現(xiàn)場流量觀測表明,其涌水量達(dá)300～1100 ml/s,在庫水位415 m情況下,總滲流量為363 m3/d[3]。

(4)壩體填筑質(zhì)量差,沉降及位移量大。滴水巖水庫大壩壩體,采用堆石體填筑,堆石成份為變質(zhì)的細(xì)?；◢弾r,對壩體堆石體檢測表明,堆石體的孔隙率在30.6%～33.8%之間,平均值32.3%,不滿足《混凝土面板堆石壩設(shè)計規(guī)范》(SL228-98)之要求。由于壩體填筑質(zhì)量差,導(dǎo)致大壩沉降量過大,工程運(yùn)行至今,壩體總的沉降量達(dá)0.5 m,最大水平位移量為0.45 m。

(5)輸水洞嚴(yán)重裂縫漏水。輸水洞施工質(zhì)量差,多處出現(xiàn)裂縫,進(jìn)口底部與左側(cè)墻交界處出現(xiàn)長0.65 m裂縫,裂縫寬2～4 mm,涵洞進(jìn)口左側(cè)墻出現(xiàn)1.9 m長斜裂縫,縫寬1～3 mm,涵洞進(jìn)口頂部與側(cè)墻出現(xiàn)射流達(dá)30多處,滲漏嚴(yán)重,滲漏水量達(dá)5 L/s。

(6)水庫淤積嚴(yán)重。水庫以上流域植被一般,年平均入庫泥沙約0.42萬 m3,每平方公里侵蝕量880 m3,原設(shè)計死水位406.2 m,現(xiàn)已淤積至412 m,淤積量約13萬 m3,減少興利庫容10.6萬 m3。由于管理不善,原設(shè)計的拉沙閘,已埋于泥沙之下,不能正常工作。

(7)溢洪道無交通橋及消能設(shè)施。溢洪道無交通橋,左右岸無法連通,給工程運(yùn)行管理帶來極大的不便。

(8)大壩安全監(jiān)測設(shè)施不健全,長期不能開展監(jiān)測工作。

3 水庫除險加固必要性分析

(1)蒿坪鎮(zhèn)集鎮(zhèn)骨架不斷增大,人口增長速度加快,原供水源已無法滿足集鎮(zhèn)發(fā)展的需要,又無新的水源可開發(fā),該水庫除險加固正常運(yùn)行后,不僅能發(fā)揮其灌溉功能,更能解決集鎮(zhèn)人民生活用水,對小集鎮(zhèn)的發(fā)展將起到不可估量的經(jīng)濟(jì)和社會效益[4]。

(2)消除安全隱患、保證水庫的正常運(yùn)行。滴水巖水庫屬70年代修建的“三邊”工程,樞紐工程系組織當(dāng)?shù)孛窆な┕?加之當(dāng)時人力、財力、物力的限制,工程施工未嚴(yán)格按原設(shè)計施工規(guī)范操作,投入運(yùn)行后,曾出現(xiàn)各種工程質(zhì)量問題,隱患四伏,加入資金缺乏,無法更新維修使水庫常年帶病運(yùn)行,不能發(fā)揮應(yīng)有的效益。通過除險加固使水庫恢復(fù)其原有功能,提高灌溉保證率,促進(jìn)灌區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平的提高是十分必要的。

(3)改善局部環(huán)境。除險加固后,不僅能使水庫發(fā)揮其應(yīng)有的經(jīng)濟(jì)效益而且有利于改善局部環(huán)境,種樹栽草,防止水土流失,加快山川秀美工程建設(shè)。

(4)滴水巖水庫大壩為漿砌石重力墻堆石壩,其重力墻安全系數(shù)遠(yuǎn)小于規(guī)范要求,當(dāng)水庫水位下降時,重力墻有傾覆倒塌之危險。原設(shè)計按20年一遇洪水設(shè)計,100 a一遇洪水校核,其設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)低于現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)要求。因此,必須采取工程措施,提高漿砌石重力墻的安全系數(shù),并對溢洪道進(jìn)行除險加固,以滿足現(xiàn)行規(guī)范要求,使水庫安全運(yùn)行。

4 水庫除險加固施工組織設(shè)計

滴水巖水庫位于漢江一級支流蒿坪河上游,工程距下游蒿坪鎮(zhèn)僅4 km,有臨時公路可從蒿坪鎮(zhèn)直達(dá)大壩左岸,交通較為便利。由于本工程是已成工程,因此一些臨時設(shè)施,主要材料的堆放倉庫,施工機(jī)械停放場,臨時生活區(qū)等均可利用現(xiàn)有場地合理布置,且本工程建筑物布置比較集中,施工條件較好。本次加固工程主要的建筑材料有砌石料、水泥、石子、鋼材、木材,由于用量均不是很大,都可從當(dāng)?shù)刭忂M(jìn),施工用電用水及通訊就近引取,能滿足工作需要[5]。

4.1 施工導(dǎo)截流

由于砌石重力墻在空庫時穩(wěn)定難以保證,因此大壩加固處理采用邊降低庫水位邊加固重力墻的施工方法,庫水從輸水洞下泄,放空水庫后,采用圍堰截流,利用枯水季節(jié)進(jìn)行庫區(qū)清淤和沖沙閘的加固修建,待沖砂閘完成建設(shè)后,利用沖砂閘導(dǎo)流,進(jìn)行砼面板施工。

4.2 主體工程施工

主體工程施工包括:(1)漿砌石重力墻的穩(wěn)定加固;(2)砼防滲面板的澆筑;(3)沖砂閘恢復(fù)與加固;(4)輸水洞滲漏處理;(5)溢洪道襯砌和削坡等工作。

4.2.1 漿砌石重力墻的穩(wěn)定加固

漿砌石重力墻采用預(yù)應(yīng)力錨固法加固,施工時首先澆筑下游框格梁,然后從下游造孔安裝預(yù)應(yīng)力錨索,施加預(yù)應(yīng)力,每根錨索施加35 T預(yù)應(yīng)力。

4.2.2 砼防滲面板澆筑

砼防滲面板從高程408 m澆起至425.60 m結(jié)束,面板底部厚1.0 m,頂部厚0.5 m,澆筑砼總方量0.12萬 m3。

4.2.3 沖砂閘恢復(fù)與加固

沖沙閘采用人工清除閘前泥沙,并澆筑放水塔,總計澆筑砼方量302 m3。

4.2.4 輸水洞滲漏處理

輸水洞裂縫用人工開槽,環(huán)氧砂漿封口,環(huán)氧基液充填。

4.2.5 溢洪道襯砌及削坡

溢洪道砼襯砌采用機(jī)械拌合,罐車運(yùn)送,混凝土泵入倉、人工振搗,左岸山坡采用人工放炮開挖,總計砼澆筑167 m3,石方開挖1 536 m3。

4.3 施工總體布置

施工場地布置應(yīng)盡量減小物資器材的倒運(yùn),本著少占耕地農(nóng)田、因地制宜、合理布局、加快工程建設(shè)的原則綜合考慮,既有利于生產(chǎn),又方便生活、易于管理。根據(jù)工程工作面多的實(shí)際情況,可多處同時施工。施工輔助企業(yè)及生活區(qū)依據(jù)工作面位置可分散布置。該工程屬加固改造工程,樞紐區(qū)的交通只需對路面進(jìn)行處理,其交通尚為便利。樞紐上、下游均有平地,施工輔助企業(yè)大部分可置于此,用水用電也較方便。

4.4 施工總進(jìn)度

根據(jù)本工程的施工特點(diǎn)及施工企業(yè)的情況,應(yīng)統(tǒng)籌安排各項目的施工進(jìn)度,前后兼顧、合理銜接,最優(yōu)施工工期擬計劃為12個月。其中施工準(zhǔn)備期2個月,主體工程施工10個月,從第一年的7月至第二年的6月,完成土石方開挖0.194萬 m3,混凝土澆筑0.215萬 m3。庫區(qū)清淤1.70萬 m3,鋼筋制安119.4 T,錨索68根,灌漿總進(jìn)尺585 m。

5 結(jié)語

通過對水庫常見病險問題及除險加固施工組織設(shè)計進(jìn)行研究,認(rèn)為進(jìn)行除險加固是十分必要的。制定切實(shí)可行的除險加固措施可確保水庫遠(yuǎn)期安全運(yùn)行,更好的發(fā)揮水庫效益。通過除險加固后消除不安全隱患,使水庫得以正常運(yùn)行,對下游人民群眾和重要建筑物的安全將起到有效的保護(hù)作用。