提高水庫除險加固措施 確保水庫安全運行

摘要:通過分析某水庫工程主要樞紐建筑物存在的一些工程安全隱患,從而提出相應(yīng)的除險加固措施，確保水庫安全運行。

關(guān)鍵詞:水庫；主壩；除險加固；溢洪道；泄水發(fā)電隧洞

1 工程概況

某水庫總庫容1.25 億m3，是一座以防洪、灌溉為主，并兼發(fā)電等綜合利用的大型水庫。其庫區(qū)主要建筑物包括主壩、副壩、溢洪道和發(fā)電站等。水庫建成運行以來，在防洪、灌溉、發(fā)電和水產(chǎn)養(yǎng)殖等方面發(fā)揮了巨大的社會、經(jīng)濟(jì)效益，保證了下游鄉(xiāng)鎮(zhèn)、農(nóng)田、人口的安全。但是由于受當(dāng)時建庫條件限制和多年的運行使用，目前水庫主壩防滲墻、泄洪發(fā)電隧洞、溢洪道等都存在許多安全隱患，極大影響水庫的安全運行，必須采取相應(yīng)的除險加固措施以消除隱患。

2 存在的主要問題

2.1 主壩存在的問題

主壩為粘土實心墻砂殼土壩，粘土心墻頂寬3m，底寬25m，壩基設(shè)有一道截水槽，共同構(gòu)成主壩防滲體，在水庫安全運行中起著非常重要的作用。由于當(dāng)時工程技術(shù)薄弱，財力有限，以及建材缺乏，致使壩體建設(shè)遺留問題較多，再加上水庫運行年限已久，存在的問題更為突出，嚴(yán)重的危及到主壩的安全，成為影響水庫安全運行的主要工程隱患。

2.1.1主壩壩體不滿足規(guī)范要求

(1) 主壩心墻和殼體填筑壓實度不滿足。為查清主壩壩體的填筑現(xiàn)狀，2006年采用鉆孔、探井、物探和土工試驗等多種方法對主壩進(jìn)行詳細(xì)的地質(zhì)勘察�？辈旖Y(jié)果：壩體填筑土壓實度平均值心墻為0.86、壩殼土為0.91，均未滿足規(guī)范要求。同時壩體土均勻性差、局部壓實度嚴(yán)重不足而引起壩體塌陷，心墻土和壩殼土均為中等透水性和壓縮性，阻水性差，致使水庫運行過程中主壩心墻的滲透比降一直大于其允許滲透比降，滲透變形破壞的隱患一直存在。經(jīng)滲流分析計算，設(shè)計洪水位69.51m 工況下，粘土心墻的計算滲透比降為9.6%。根據(jù)粘土心墻室內(nèi)滲透變形實驗成果，粘土心墻的允許滲透坡降為2.0 左右，其臨界滲透比降達(dá)10%左右，心墻滲透比降遠(yuǎn)大于其允許滲透比降，滲透穩(wěn)定不滿足規(guī)范要求。由此可見，心墻和殼體填筑壓實度不滿足，壩體滲漏嚴(yán)重，另外，下游壩腳反濾排水體被堵塞失效，導(dǎo)至壩體浸潤線明顯抬高，在設(shè)計洪水、校核洪水工況下，下游壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)不能滿足規(guī)范要求。

(2)近壩庫岸不穩(wěn)定。某水庫近壩庫岸邊坡為花崗巖殘坡積和全風(fēng)化土質(zhì)邊坡，土體厚度一般大于5m，花崗巖殘坡積或全風(fēng)化土在庫水的浸泡作用下強度降大，邊坡巖性條件差；壩體建于山丘間低埡處，近壩岸坡基本呈凸?fàn)钊�面臨水，

庫岸地形條件不利于岸坡的穩(wěn)定。在水庫運行過程中常有發(fā)生庫岸崩塌現(xiàn)象，尤其在臺風(fēng)多發(fā)的夏季更甚，可見近庫岸的穩(wěn)定性差，不但造成庫岸崩塌和水庫淤積，而且還危及壩體的安全。由于壩肩強風(fēng)化層透水性較大，局部存在松散耕植土層未清掉和局部存在較厚呈中等透水性的全風(fēng)化層，造成壩肩嚴(yán)重滲漏，對壩肩的穩(wěn)定不利；

2.1.2 主壩壩基和壩肩清基不徹底

壩基巖土體主要為弱風(fēng)化黑云長花崗巖，局部清基不徹底存在河流沖積形成的粗砂粘土透鏡體；左壩肩頂部表層覆蓋薄層花崗巖殘坡積形成的含砂粘土，中部和下部表層為花崗巖全風(fēng)化土和強風(fēng)化層；右壩肩表層為花崗巖殘坡積形成的含砂粘土，局部存在有松散耕植土往下主花崗巖全風(fēng)土和強風(fēng)化層。花崗巖殘坡積形成的含砂粘土呈可塑硬塑狀態(tài),中等壓縮性；花崗巖全風(fēng)化土和強風(fēng)化層為一般裂隙很發(fā)育，巖體破碎、屬碎塊狀結(jié)構(gòu)。通過現(xiàn)場壓水試驗，該層的透水率亦比較大，多數(shù)段大于40 Lu。由此可見，壩基和壩肩清基不徹底，存在嚴(yán)重滲漏，嚴(yán)重不利于大壩的穩(wěn)定和安全。

2.2 灌溉發(fā)電隧洞存在的問題

灌溉發(fā)電隧洞主要存在以下問題：①隧洞洞身存在多處混凝土剝落、鋼筋外露，外露鋼筋銹蝕嚴(yán)重；②出口處鋼板襯砌銹蝕嚴(yán)重，部分鋼板與混凝土脫落分離；③放水塔及其閘門、啟閉設(shè)備老化，部分銹蝕，已不滿足水庫運行要求。

2.3 溢洪道存在的問題

溢洪道位于六副壩與七副壩之間，為正槽溢洪道，由進(jìn)水渠、寬頂堰、泄槽、消力池組成。存在的問題：①進(jìn)水渠邊墻高度不滿要求，且出現(xiàn)裂縫，堰上跨溢洪道拱橋出現(xiàn)不同程度的裂縫，存在安全隱患，如出現(xiàn)倒塌，嚴(yán)重影響水庫正常溢洪。②溢洪道基礎(chǔ)抗沖性能極差，泄槽陡坡段覆蓋層與基巖接觸帶的粉土受地下水的浸泡軟化，形成相對軟弱的結(jié)構(gòu)面，產(chǎn)生不均勻沉陷；泄槽邊墻及底板均出現(xiàn)裂縫；陡坡段和消力池水流流態(tài)很差，消能效果不好。③消力池鋼筋砼面層混凝土剝落，鋼筋外露；消力底板發(fā)生不均勻沉降，邊墻及底板出現(xiàn)裂縫；地下水從底板裂縫處滲出；消力池底厚度不滿抗沖要求。據(jù)此，2006年安全鑒定溢洪道結(jié)構(gòu)安全性為C級，不具備大量泄洪能力，如強行泄洪將對下游鄉(xiāng)鎮(zhèn)造成嚴(yán)重危害。

3 除險加固設(shè)計

3.1 主壩加固設(shè)計

由于主壩心墻和殼體填筑壓實度不足，壩體滲漏嚴(yán)重，滲透變形破壞的隱患一直存在，上、下游壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)達(dá)不到規(guī)范要求，壩基和壩肩清基不徹底，下游壩腳反濾排水體被堵塞失效，近壩庫岸不穩(wěn)定等原因，導(dǎo)至壩體不安全，同時考慮水庫在防洪等方面的重要性，主壩必須增設(shè)新的防滲體。加固

設(shè)計進(jìn)行了塑性混凝土防滲墻和高壓旋噴防滲墻兩個方案的比較，最終采用主壩全壩線增設(shè)塑性混凝土防滲墻方案。由于風(fēng)化巖層中造孔較困難，故右壩肩壩基5～20m厚風(fēng)化巖石層采用帷幕灌漿處理。塑性混凝土防滲墻平行壩軸線，中心線位于原粘土心墻中軸，防滲墻施工過程中不應(yīng)破壞原有粘土心墻。塑性混凝土防滲墻全長360m，墻頂高程71.31m，高于校核洪水位70.81m，主河床墻底高程33.21m，最大墻高38.1m。左壩段及主河床段（樁號0+000～0+200）風(fēng)化巖石厚度很小，塑性混凝土防滲墻應(yīng)進(jìn)入弱風(fēng)化、微風(fēng)化巖石層(相對不透水層)0.5m。右壩段（樁號0+200～0+360）風(fēng)化巖石較厚(5～20m)，塑性混凝土防滲墻應(yīng)進(jìn)入風(fēng)化巖石1.0m，墻底部風(fēng)化巖石層采用帷幕灌漿處理，帷幕灌漿采用單排孔，孔距2m，灌漿孔深入巖石弱風(fēng)化巖層5m，灌漿后風(fēng)化巖石的單位吸水率小于5Lu。防滲墻設(shè)計水頭在37m，取[J]=60（根據(jù)國內(nèi)已建的類似工程經(jīng)驗，塑性混凝土防滲墻允許滲透坡降為60～80），考慮到防滲墻深度和現(xiàn)有的施工機械性能，在參照近年來國內(nèi)已建的類似工程防滲墻基礎(chǔ)上，確定防滲墻有效厚度為0.8m。塑性混凝土防滲墻主要性能指標(biāo)為:彈性模量小于800～1000MPa，28天抗壓強度不低于10.0MPa，防滲墻滲透系數(shù)小于1×10- 7cm/s，允許滲透比降[J]為60~80。

3.1.1 防滲墻結(jié)構(gòu)計算

防滲墻結(jié)構(gòu)計算中采用以下假定: ①防滲墻與壩體土的關(guān)系采用文克爾假定，防滲墻受荷載作用后，直接支撐在壩體土上，防滲墻和壩體土之間變位相互協(xié)調(diào)，墻上各點的反力與在該點的變位成正比，壩體土反力系數(shù)隨深度直線變化并隨不同地層變化。②土壩壩體自重和水壓力均視為作用在墻上的外荷載，考慮到該水庫運行年限已久，主壩體變形基本完成，因此建墻后墻體兩側(cè)因變形產(chǎn)生的摩擦力很小，所以防滲墻的工作條件是典型的以水平荷載為主的情況。另外，除考慮水平水壓力外，還考慮豎向垂直壓力作用的影響。③取單寬等厚度墻作為計算簡圖，頂端視為自由端，底部視為鉸接，采用有限差分法進(jìn)行計算。根據(jù)上述假定，選取最大墻身，對防滲墻進(jìn)行結(jié)構(gòu)計算。計算結(jié)果表明， 防滲墻在設(shè)計洪水工況下， 下游最大壓應(yīng)力為1.255MPa，小于塑性混凝土抗壓強度，上游未出現(xiàn)拉應(yīng)力，最小應(yīng)力1.7kPa。