中小型病险水库的除险加固设计方案

中小型病险水库的除险加固设计方案- 水利施工中小型病险水库的除险加固设计是保障工程发挥潜在综合效益的必要技术措施。本文以运城市涑水河流域沙渠河支流上的小（1）型三河口水库为例， 分析了工程建设的内容， 总结了大坝工程的除险加固设计方案，并对具体施工组织设计方案进行了论述。1 工程概况三河口水库位于闻喜县城西南30km 处，建于 1973 年 11 月，1975 年5 月竣工蓄水，是以防洪、灌溉为主的小（1）型水库，总库容325.7万 m3，控制流域面积 41.5km2,设计灌溉面积 1.5 万亩，下游保护范围 13 个村庄 1.2 万多口人、 1 万亩耕地及 25 家企业。经多年运行，三河口水库大坝库区淤积严重，淤积厚度已达14m，淤积 38 万 m3。坝体土局部含有钙质结核与碎石，填土干密度较低，填筑质量较差；筑坝时对坝基覆盖层及强风化层清除不彻底， 形成渗漏通道，影响水库的正常运行。灌溉洞设在大坝中部，为半圆拱无压洞，进口由锥形球闸控制，卷扬机斜拦钢丝绳启闭。涵洞长 80m，洞宽 1.2m，高 1.7m，进口底板高程 720m，纵坡 1/200，最大泄量为 1.0m3/s。大坝建成蓄水初期，由于坝体填土质量差，左侧坝体有明显沉陷，最大沉陷为 70cm，大坝沉陷导致灌溉洞进口混凝土体断裂， 产生漏水现象； 灌溉洞侧墙砌石部分砂浆脱落，涵洞内有多处纵横向裂缝，距进口 1m 处有两条纵向裂缝，宽 1cm4cm，长 15m 左右；锥形球闸及卷扬机由于多年运行，损坏老化严重，止水功能失效，漏水严重。溢洪道位于大坝右侧，为开敞式溢洪道，进口底高程 733.2m，设四孔砌石拱工作桥， 断面净宽 26m，总长 90m，消能形式为陡坡挑流消能，陡坡段长 20m，坡比 1:3。设计最大泄量 630m3/s。溢洪道与大坝连接处岸坡渗漏明显，整个岸坡潮湿，渗漏量大；溢洪道底部清基不彻底，有砂卵石层，沿溢洪道底部有渗流现象，溢洪道进口处护砌太短，右岸坡有明显坍塌现象。水库管理房破损严重；水库无必要的观测设施。2 工程建设任务由于历史原因，大坝建成后就存在诸多隐患，因此，水库自建成后就是一座 “病库 ”。经过 35 年带病运行，经复核水库现状坝高满足三十年一遇设计洪水标准， 三百年一遇校核洪水标准， 但溢洪道基础渗漏严重；下游坝坡的稳定安全系数小于允许值，坝体有明显沉陷，对大坝安全构成威胁；坝基施工时未对坝基风化层进行清理，渗漏量较大，有可能发生管涌。大坝缺少安全监测设施、渗流观测设施、通讯设施落后、无水情测报系统、防汛抢险道路不畅通、管理设施薄弱等诸多问题，严重影响大坝正常安全运行。因此， 2008 年 6 月，大坝被鉴定为三类坝，属病险水库。若不及时对大坝进行加固处理， 势必影响坝体结构的稳定和工程安全。 水库防洪保护范围包括汾村、下院等 13 个村庄 1.2 万多口人、 1 万亩耕地、25 家企业及闻垣公路，区域内人口稠密、农业发达、工业兴旺。如水库溃坝一旦发生，必将造成巨大损失，下游的公路、农田、工矿企业及沿岸 13 个村庄，将被淹没，经济将受到严重影响。因此，对三河口水库大坝进行除险加固是非常必要的。三河口水库除险加固的主要内容为： 对大坝防渗加固处理； 对大坝上游坝面塌陷部位、 下游坝面进行培厚； 对溢洪道进口基础进行防渗处理，对溢洪道侧墙进行修复；对灌溉洞进口及洞身进行维修加固；对进水口锥形球闸、启闭机进行更换；对坝顶道路进行硬化，对防浪墙进行修复；增加大坝渗流及变形观测设施；对水库管理站进行改造。3 工程加固设计3.1 工程等别及标准根据水利水电工程等级划分及防洪标准（ SL2522000）规定，该工程等别为等，主要建筑物级别为 4 级，次要建筑物级别为 5 级。枢纽建筑物的洪水标准为：设计为三十年一遇，校核为三百年一遇，泄水建筑物消能防冲设计洪水标准为二十年一遇。 根据中国地震动峰值加速度区划图（GB18306-2001 图 A1 ）和水工建筑物抗震设计规范（SL203-97）第 1.0.6 条规定，大坝及建筑物设防烈度为度。3.2 分部分项工程设计下游坝坡培厚经大坝稳定计算复核， 大坝下游坝坡安全系数小于规范允许值，需进行加固处理。 工程主要对下游坝坡进行培厚，新修排水沟及下游坝脚棱体排水。 大坝上游坝坡主要进行陷坑处理。 大坝迎水坡塌陷坑位于灌溉洞顶部，桩号 0+1050+150 段，高程在 729m 732.3m 之间，沿坝轴线走向呈长条形，长 45m，宽 10m，最大沉陷深 0.7m，面积 315m2。在溢洪道与右坝肩之间有长约80m 的卵石层渗漏段， 高程在 726m735.5m 之间，工程对溢洪道与右坝肩之间80m 渗漏段采用铺设复合土工膜进行防渗，复合土工膜铺设时与大坝上游坡面土工膜连为一体，范围为 733.2m 721m 之间。由于溢洪道进口护砌不够，受洪水淘刷，岸坡已部分坍塌。本次对进口进行护砌，长 12m，护砌总高度为 2m7.5m；对溢洪道进口段底板采用 M7.5 水泥砂浆砌石护砌，厚0.5m。溢洪道陡坡段位于砂砾石基础上， 为了减小底板扬压力， 在陡坡下部设排水减压孔，孔距 2m，排距 2m，梅花形布置，排水孔孔径为 100mm，孔内填设反滤土工布及豆石料。根据三河口水库大坝安全鉴定评价报告，因大坝沉陷导致灌溉洞进口混凝土断裂渗漏；涵洞侧墙砌石部分砂浆脱落，内有三条纵向裂缝，裂缝部位有渗水，危及大坝的安全运行。本次将灌溉洞进口拆除重建，为现浇 C25 钢筋混凝土结构，进口为两孔，单孔净宽 0.9m，侧墙厚 0.3m，长 4.2m，高 4.15m；对涵洞全断面采用内衬 C25 钢筋混凝土进行加固， 厚 0.15m，并对其涵洞进行回填灌浆。此外，需要对观测设施等进行完善，增加大坝浸润线、渗透压力和位移观测设施；对坝顶路面、防浪墙、水库管理站进行修复改造。4 工程施工组织管理三河口水库除险加固工程的施工场地，主要分布在主坝上。 该水库距县城 30km，水库坝址现有 8km 公路与后宫乡连接，路况较好，满足施工运输的要求。施工用电，可就近从附近村庄接线。工程施工用水可直接从库中抽取，生活用水可架管道从附近水井引用。工程所需的水泥、钢材、炸药、汽（柴）油、木材由闻喜县城采购供应，运距 30km。工程所需的毛块石料、碎石料及砂料可用水库下游河谷及两岸的块石，岩性主要为花岗岩、灰岩。经过加工可作为粗骨料及细骨料使用，质量较好，储量大，交通方便，开采条件好，运距为 2km。砂料可选用河底料场的砂料，距离大坝 20km。本工程施工导流只须解决基流导流， 清水流量约为 0.08m3/s。根据大坝实际情况，利用大坝原有的灌溉洞导流， 在第一年春浇完后泄空水库，到汛期过后， 进行坝前淤泥开挖，就近堆放与大坝平行形成自闭围堰，以拦蓄少量清水以备施工使用，多余河水用一根直径为 40cm 的钢管导入灌溉洞后流入河槽。三河口水库除险加固工程的主体工程为大坝防渗加固处理、 大坝上游护坡塌陷部位及坝坡护脚处理、 溢洪道基础进行防渗处理、 灌溉洞进行加固、坝顶防浪墙修复、 大坝渗流变形及水情自动测报系统、管理站改造等工程建设。根据工程特点，该工程总工期为一年，施工天数365 天。5 结论在工程设计施工过程中，要坚持和谐管理、和谐施工的理念。该水库的除险加固不但可以充分发挥其综合效益， 而且有利于进一步增强区域抵御自然灾害的能力。参考文献 :1 水利水电工程等级划分及防洪标准（ SL2522000）S.2 吴持恭 .水力学 M.4 版.3 碾压土石坝设计规范 SL274-2001S.4 王继镛 .水工建筑物 M.5 版.天津：天津大学 .5 袁光裕，胡志根 .水利工程施工（第五版） M. 武汉：武汉大学 .6 周之豪，沈曾源，施熙灿，等 .水利水能规划 M.2 版.7 顾慰慈 .水利水电工程管理 M. 北京：北京动力经济学院 .