清河水庫部分工程存在問題原因及分析

姜鳳海

摘要:清河水庫已運行49年,隨著工程使用年限的增加,安全隱患逐漸顯現,三大工程失修、老化現象相當嚴重,進行三大樞紐工程全面修復與升級換代十分迫切。筆者現就清河水庫部分工程存在的安全原因進行了分析與闡述,并提出了相應的建議。

關鍵詞:水庫;工程;安全;建議

一、 工程概況

清河水庫是遼河中游左側一級支流——清河干流上的一座國家大(Ⅱ)型水庫,以防洪、灌溉、工業供水為主,兼顧養魚、旅游等綜合利用。

水庫大壩為復式斷面碾壓式黏土斜墻砂殼壩,迎水面為塊石護坡,背水面為碎石護坡。最大壩高39.6 米,壩長1 622米,壩頂寬6米,壩底寬233米,防浪墻高1.15米,為漿砌塊石,上游面噴混凝土防滲處理。

二、 大壩存在問題原因及分析

1. 大壩迎水坡護坡

迎水面護坡石在建設過程中,主要利用溢洪道開挖出的石料,這些石料主要是紫砂巖、膠結礫巖、頁巖,抗風化能力弱,竣工后即趨于風化。大壩迎水面塊石護坡曾做過多次維修,127米高程以上在1962年～1982年前進行了全部更換,但127米高程以下僅作了局部處理,即將風化的塊石撬出,回填混凝土,沒有進行全部更換。但事實證明,這部分護坡大部分時間暴露在水上或處于水位頻繁漲落區,特別是1997年～2004年近七年時間,水庫水位基本處于127米以下。該部分護坡石風化十分嚴重,許多石頭已成碎塊,局部被淘空,2001年7月份進行了原位抽樣觀測,沿壩軸方向0+120,0+420,0+720,0+950,

1+320,1+620分別抽取10×10米方格6塊,統計結果為混凝土面積占15%,無護坡石面積占1%,風化石面積占84%。這種護坡狀況無法防止風浪沖刷、冰凍漲力等破壞作用,嚴重影響壩坡安全。

2. 大壩背水坡護坡

清河水庫大壩背水坡為碎石護坡。工程施工時,所用石料來自開挖溢洪道的碴石,抗風化能力極低,平整度極差,普通高差一般達10厘米～50厘米,凹陷最深的地方(0+540米最上坡)達到74厘米。另外,在施工時有三分之一左右沒有達到設計標準,多處地方壩體砂料外露,雖經建成后陸續維修,仍不能從根本上解決問題。多年來,碎石風化已相當嚴重,含泥量很大(已達75%左右)。背坡岸壩結合部山體較陡,工程設計時也沒有任何工程措施,多年來由于山體滑坡此部位形成較大堆積物。濾水壩址所用石料全部來自溢洪道開挖石料,風化相當嚴重。1990年,《清河水庫樞紐工程安全鑒定》書中指出,“大壩背水坡護坡要逐步更新改造”。又經18年運行,背坡碎石、濾水壩堆石已經100%風化,排水溝、搶險梯道、馬道、壩頂路肩擋墻損壞嚴重。綜上所述,大壩背坡護坡不能滿足工程要求,不僅影響工程安全運用,而且工程形象極差,嚴重影響了水庫工程環境。

3. 大壩防浪墻

清河水庫大壩防浪墻為漿砌石結構,1976年為了提高水庫防洪能力,對防浪墻進行了噴漿防滲處理。因大壩變形、防浪墻本身質量等原因,墻身出現裂縫,并不斷增多,裂縫為垂直方向,縫寬大小不等,最寬達3毫米,整個防浪墻較大的可見裂縫735條,其中上游105條、下游630條。清河水庫防浪墻在汛期參與攔洪,如此多的裂縫令人堪憂。

三、 溢洪道工程存在問題原因及分析

(1)溢洪道閘墩、邊墻存在較嚴重裂縫。溢洪道閘門邊墩、中墩均存在垂直裂縫,位置均在閘門和牛腿之間,縫寬約1毫米～2毫米,長度貫穿閘墩及閘墩基礎,北側邊墩有2條裂縫。溢洪道邊墻存在少量裂縫。

(2)泄槽底板伸縮縫老化,雜草叢生,底板表面約20%嚴重剝蝕。堰面和底板所有壓力和流速觀測設備雖有設計但未安裝。

(3)溢洪道挑坎后消能坑極不標準,坑后泄洪道為洪水自然沖刷而成,河底基巖位置較高,導致下游水位增高,下泄水流動能不充分,在泄洪過程中挑坎上未形成挑流,水流以水躍形式在泄槽內與下游連接,底板受力條件發生變化,泄洪時可能造成底板破壞。

(4)溢洪道工作閘門腐蝕較嚴重,閘門鋼板最大腐蝕深度5毫米,結構比較單薄,水封漏水,現已運行40年,屬于超期服役。

(5)溢洪道檢修閘門龍門吊陳舊落后,兩個吊點運動不同步,致使檢修閘門多年來運行困難。

(6)溢洪道測流電動設備運轉不正常,操作臺已破舊不堪,無法維修。

四、 水庫工程規模存在問題原因分析

1991年9月～1993年8月,清河水庫與北京水利電力管理干部學院研究生部合作,開展"通過漫壩風險分析提高水庫興利效益的研究"項目。1993年該項目通過專家鑒定,建議將汛限水位由127米提高到129米。1994年5月,遼寧省防汛指揮部(1994)7號文批示,清河水庫汛限水位抬至129米。十二年來,水庫一直以該水位為水庫主汛期汛限水位。根據漫壩風險分析結論,在此水位下,清河水庫萬年校核洪水位為137.94米,比原設計校核洪水位137.4米提高了0.54米,根據水庫運用要求,1994年7月清河水庫對溢洪道導流墻進行了加高處理,采用鋼筋混凝土結構,加高0.54米。在此校核水位下,水庫總庫容為10.04億立方米,水庫規模實際已經達到大(Ⅰ)型。由于在建庫接近尾工時受“75.8”大水影響強行提高土壩防洪標準,加高壩頂高程,因此對土壩危害極大,造成壩體穩定性不夠,不能正常蓄水運行,并留有安全隱患。

五、 水庫滲流監測存在問題原因及分析

清河水庫大壩、溢洪道滲流監測測壓管共68孔(包括一個溢洪道減壓井)。在40年運用中,由于各種各樣原因,目前報廢、停測、堵塞、干孔達49孔,正常為19孔,完好率為28%。經過對原有測壓管的詳細考證,有的可以作廢,有的需重新成孔(修復的可能性不大)。無水(干孔)測壓管,經分析,是因為測壓管成孔時間較長,當時所用反濾層材料及成孔工藝等原因,造成反濾層腐爛堵塞干孔或管內異物干孔。滲流監測設備的現狀已經成為清河水庫安全運行的隱患。

六、 問題的處理措施及建議

為確保水庫工程安全運行,最大可能地發揮水庫工程的綜合效益,應對水庫工程進行全面安全鑒定,結合水庫工程目前的運行狀況,提出如下建議:

(1)鋼筋混凝土防浪墻替換原有槳砌石防浪墻;(2)更換上游壩坡回灌混凝土、風化塊石和濾水壩址風化塊石;(3)按照設計厚度填補下游碎石護坡;(4)清理大壩壩肩堆積物,防護滑墜山坡;(5)修復大壩的位移、滲流監測系統,增補大壩的滲流監測系統;(6)處理閘墩裂縫;密封底板毀壞的分縫;(7)混凝土噴護進水渠風化巖坡;(8)改善消能設施;(9)復核大壩實際抗洪能力,確定水庫主汛期汛限水位,修正水庫防洪預案。

(遼寧省清河水庫管理局)