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探析小型水库除险加固中建筑物加固的措施

2021-12-27 61 上传者：管理员

摘要：针对某小(1)型水库病险现状问题及安全鉴定为三类坝，迫切需要进行除险加固的问题，文章从工程实际出发，对大坝坝顶、坝坡进行整形设计、新建排水棱体、排水沟等，同时采取坝体充填灌浆结合坝基帷幕灌浆进行坝基、坝体防渗处理，并在原轴线上改造溢洪道，封堵原涵洞后新建输水隧洞等，保证水库除险加固后防洪满足要求，枢纽建筑物结构安全稳定，是水库发挥最大效益，同时本次水库除险加固措施为本工程及同类型工程建设提供技术参考和经验借鉴。

关键词：
加固措施
小型水库
溢洪道改造
病险现状
防渗方案
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1、工程概况

某小(1)型水库兴建于20世纪80年代，总库容142m3,水库由均质土坝、输水涵洞以及溢洪道组成，均质坝坝高21.9m,坝顶轴线长75.2m,坝顶宽4m。溢洪道布置于大坝右岸，为开敞式木板闸控制平底宽顶堰，堰净宽8.0m,溢洪道全长31.3m,溢洪道开挖后未衬砌，出口未设消能设施，泄流直归入坝后主河道。输水隧洞位于大坝右侧较陡的山体内，洞身全长31.1m,断面尺寸为1.2m×1.8m的城门洞型，进口设置φ400mm斜拉磨盘闸门一套。水库运行至今，已有四十多年的历史，由于水库施工过程中施工质量难以满足设计和规范要求，后期对水库运行管理不当，使得水库存在渗漏问题，坝体变形严重，加之2020年受项目区地震作用的影响，使拦河坝破坏严重。文章主要从枢纽建筑物现状存在的问题出发，对各枢纽建筑物出险加固措施进行分析，为该水库除险加固设计施工提供方法和参考依据。

2、工程病险现状

大在水库除险加固前，技术人员对水库进行现场检查、地质查勘、取样试验以及资料收集整理，得到目前水库存在以下方面的问题：

1) 大坝：

施工过程中无相应的碾压控制指标，也无任何检测手段，坝体填筑料不均质，辗压质量差，结构松散，坝体透水性较强，施工质量难以满足设计和规范要求；坝基未作防渗处理，存在坝体及坝基异常渗漏问题，坝肩发生绕坝渗漏，坝体不均匀沉陷加剧及产生裂隙，坝体质量进一步恶化。受地震影响，使外坝脚渗水加剧，散浸面积约800m2,坝体出现4条裂缝，拦河坝属中等破坏。经计算复核，大坝下游坝坡除在现状水位不加地震情况下满足规范要求外，其余各工况均不满足规范要求。

2) 溢洪道：

水库抗洪能力仅达5a一遇，防洪不达标，溢洪道开挖后未衬砌，冲刷严重，泄流能力不足，溢洪道左岸因地质条件影响易坍塌、滑坡，出口未设消能设施。

3) 输水隧洞：

现状进口φ400mm斜拉磨盘闸由于年久失修，闸门表面最大锈蚀深度达3-6mm,存在漏水，且闸门启闭钢索已损坏，应急能力不足。由于施工质量差异性大，衬砌结构强度较低，及基础存在不均匀变形，在洞身存在纵向及环状裂缝25条，且有多处漏水点。

该水库枢纽工程施工质量差，大坝、溢洪道及输水隧洞均存在不同程度的病害，经安全鉴定结论，本水库大坝安全分类应为三类坝。现场检查情况见图1。

3、除险加固设计

3.1 大坝除险加固设计

3.1.1 大坝防渗处理设计

1) 坝基防渗处理：

为了有效减少坝基渗漏，增强坝基抗渗稳定，设计采用坝基帷幕灌浆处理[1]。

帷幕灌浆设计：帷幕灌浆沿坝轴线布置，灌浆轴线长96m。灌浆帷幕深度，布孔形式根据坝基渗透地质条件，岩体透水率等综合分析考虑，坝基帷幕灌浆采用悬挂式，单排孔沿大坝轴线布置，孔距2.0m。灌浆工艺采用自上而下分段循环式纯水泥灌浆，坝基帷幕灌浆耗灰量根据岩层透水率及泥岩土质特点，设计平均耗灰量为200kg/m。帷幕灌浆施工前，应进行生产性灌浆试验，根据试验分析结果，对设计参数进行适当调整[2]。帷幕灌浆段531m,检查孔56.3m。

2) 坝体防渗处理：

a)设计依据：大坝施工过程中无相应的碾压控制指标，也无任何检测手段，坝体填筑料不均质，辗压质量差，结构松散，坝体透水性较强，不能满足防渗要求，浸润线较高，坝体渗漏面积大。受地震作用使坝体局部产生拉裂。坝体渗透系数均值大值1.92×10-3cm/s,水位1714.12m时，坝体渗流量计算3.713万m3/a。为了减小坝体渗漏，增强大坝抗渗稳定性，设计采用水泥黏土充填灌浆处理。

b)充填灌浆设计：充填灌浆孔段即为坝基帷幕灌浆孔坝体钻孔段，坝基帷幕灌浆验收终孔后，改用水泥黏土浆充填灌注坝体。即为先灌基岩，后灌坝体。设计采用全孔灌注，少灌多复的原则进行，复灌次数5-7次，压力0.1-0.5Mpa,设计耗灰量为520kg/m,其中水泥用量占黏土干料重的20%。湿法制浆，原浆比重控制在1.25-1.40之间。坝体充填灌浆也需进行灌浆试验，根据试验分析结果，对灌浆设计参数进行适当调整。充填灌浆段323m,检查孔38m。

3.1.2 坝体结构设计

1) 坝顶处理:

大坝坝顶现状中部沉降较大，达40cm,对大坝坝顶需作补平整修处理，使大坝坝高达到原设计高度。大坝坝顶高程1719.5m,坝顶宽4m,坝顶长75m。坝顶路面采用厚30cm的块石铺筑，下垫20cm厚的砂砾石，上下游路肩采用M7.5浆砌石砌筑，宽50cm,深60cm。

2) 上游坝坡处理：

大坝上游坝坡经整形后保持不变，为1:2.73,采用30cm厚的干砌块石护坡，下设20cm厚的砂砾石垫层，护砌至死水位以下2m,即1712.85m处，设基座以利稳定。

3) 下游坝坡处理：

下游自上而下，修整铲除杂草灌木，平均清挖厚度60cm。高程1719.50-1710.50m范围，维持原坝坡1∶2.6不便，坑凹部分用石碴填平并夯实；高程1710.50m处设5m宽的戗台；高程1710.50-1700.5m,采用石碴料培厚坝体，老坝体与新坝体之间，选择碴料较细的部分作为过渡带，坝坡为1∶3.0,中间设宽1.2m的踏步，便于至坝脚监测，下游坝坡采用草皮护坡。

4) 新建堆石棱体：

高程1701.75以下设顶宽2.5m、高3.5m的堆石棱体，棱体与坝基、老坝体和新坝体之间采用厚60cm的反滤料过滤连接，堆石棱体外坡1∶2.0,棱体表面采用30cm厚的干砌块石护面。

5) 坝面排水设施：

下游坡与岸坡接触处设0.25m×0.3m的排水沟，戗台内侧及棱体内侧设0.25m×0.3m的纵向排水沟，棱体外侧设0.3m×0.3m的纵向排水沟，均用C15混凝土浇筑。

大坝标准横剖面见图1。

3.2 溢洪道改造设计

根据工程总体布置和方案比较，溢洪道布置于大坝右岸山体上，保持原溢洪道轴线不变，经调洪演算设闸门控制，拆除旧闸墩，扩建闸室[3]。溢洪道全长52.5m,溢洪道组成如下：

1) 进口引渠段：

引渠段长5.5m,边墙采用圆弧曲线与闸室段连接，左、右边墙圆弧半径5.5m,中心角90°,边墙高由2.0m渐变至3.0m,底宽由22.4渐变至11.4m,底板采用0.30m厚C15素混凝土衬砌，边墙采用M7.5浆砌石衬砌。

2) 闸室段：

闸室段长12m,底板高程1715.04m,底坡i=0.0,底宽11.4m,边墙高5.0m,底板、边墙厚1.0m,均采用C20钢筋混凝土衬砌，闸室段上设长11.4m,宽3m的工作桥，桥板厚0.2m,梁断面为0.25×0.3m,栏杆高0.9m,全段面采用C20钢筋混凝土。

3) 泄槽段：

泄槽段长26.87m。底坡i=1/1.5,底宽7m,边墙高2.0m,底板及边墙厚0.4m,均采用C20钢筋混凝土衬砌，共设4个深1.5-2m,底宽0.6m的齿槽以抗滑。

4) 挑流消力段、护坦段：

挑流段长5.13m,挑角为25°,反弧半径5m,最大挑距22.7m,护坦段长3m,为防止小流量淘刷挑流鼻坎齿脚而设置。

3.3 新建输水涵

1) 布置：

根据水库现状地形条件，现有已建灌溉渠道布置于右岸，故右岸是新建输水隧洞的唯一选择，进口底板高程为1710.82m,设拦砂井至死水位1714.82m控制。

2) 输水隧洞体形设计：

输水隧洞总长76.35m,由进口引渠段、拦砂井段、闸室段、无压洞身段、消力池段等组成。

a) 进口引渠段：

引渠段长15m,喇叭型进口，断面尺寸为底宽6m渐变至1.2m,衬砌形式底板采用厚30cm的C15混凝土，边墙采用顶宽40cm的M7.5浆砌石重力式墙。

b) 拦砂井段：

拦砂井段长11.4m,矩形断面，高4.0m,净宽1.6m,底板高程1710.82m,底坡i=0.0,在进口处设置叠梁槽，随着隧洞进口淤沙高程的增加放入预制叠梁。采用C20钢筋混凝土衬砌，底板厚60cm,边墙厚60cm,设2.0m×1.2m拦污栅一道，前后各设一个深1.6m,底宽0.5m的齿槽。

3) 闸室段：

闸室段长4.4m,C20钢筋混凝土衬砌，底坡i=0.0,内设0.8m×0.8m的工作铸铁闸门一道，方形闸室，排架启闭塔，在启闭机房内设置手电两用LG—10T螺杆式启闭机一套。

4) 无压洞身段：

无压洞身段长27.05m,底坡i=1/100,断面尺寸1.2m×1.8m城门洞形，底板下设0.3m×0.3m碎石排水沟，采用0.3m厚C20钢筋混凝土衬砌。

5) 消力池段：

消力池段长8.5m,池深0.8m,底宽1.2m,边墙高2.1m,底板、边墙厚0.5m,C20钢筋混凝土衬砌，底坡i=0,下设1.5m深齿墙。

4、结论及建议

本次除险加固中安全鉴定结论得到大坝防洪能力不达标，结构自身不稳定，大坝渗漏严重；输水涵洞渗漏严重，洞身产生变形缝，洞体不稳定；溢洪道泄洪能力不足，结构不安全等问题。只有通过除险加固，采取适于本工程病险现状的加固措施，才能从根本上解决大坝安全问题，否则，水库一旦溃坝，将对下于游1万人口，333hm2农田耕地，人民生命财产造成不可估量的经济损失。

参考文献:

[1]裘建平,葛国昌.水泥膨润土劈裂灌浆技术在长春岭水库防渗加固中的应用[J].浙江水利科技,2011(02):32-34.

[2]林志清.浅析小型病险水库除险加固工程措施[J].水利建设与管理,2010(03):47-48.

[3]柏剑.渠首枢纽溢洪道放水工程改建设计方案分析[J].陕西水利,2019(01):22-23.

文章来源：王晓艳.某小型水库除险加固中建筑物加固措施分析[J].黑龙江水利科技,2021,49(12):86-88.