黃羊泉水庫工程除險加固設計

郭法強 田 原

（新疆宏昌水利規劃設計公司，烏魯木齊 830000）

黃羊泉水庫是一座引白楊河水注入式多年調節水庫，其位于新疆準噶爾盆地西側邊緣，為西準噶爾褶皺帶扎依爾山麓南部山前地帶。場區屬低山丘陵地貌形態，總體呈西北高東南低之地勢。水庫設計庫容5800萬m3，設計最高水位346.0m，工程設計等別為三等中型工程，主要建筑物為三級建筑物，次要建筑物級別四級。

水庫由攔河壩、安全放水涵洞、輸水涵洞、壩后消力池、壩后引水渠、沉砂池、泵站等部分組成。壩體分為主壩段、1＃副壩段、2＃副壩段及南岸的護岸段。主壩與副壩共長1215m，護岸長350m。

主壩段總長691.394m，樁號為0＋025～0＋716.394m，壩型為粘土心墻砂殼壩，壩頂高程均為350.00m，壩頂寬為6.0m，壩體上、下游壩坡分別為1∶2.5和1∶2.0，最大壩高27.0m。粘土防滲心墻設于壩體中部，頂部高程347.00m，頂寬4.0m，兩側邊坡為1∶0.178，心墻底部穿過中等透水層以下3～5m左右，底部嵌入清除風化層后的基巖中的齒槽部分為倒梯形，底寬3.0m，邊坡為1∶0.36。心墻與砂殼之間上、下游均設1.5m厚的反濾層。

安全放水涵洞位于壩體中部，為鋼筋混凝土壩下埋管，軸線位于大壩樁號0＋615處，與壩軸線呈90°交角，由進水口、洞身、閘門井三部分組成。涵洞進口高程330.00m，最大泄水流量15m3／s。輸水涵洞緊靠安全放水涵洞，洞身系鋼筋混凝土門洞形斷面，斷面尺寸為1.2m×1.2m，全長94m，縱坡為0.005。進口高程 330.00m，最大輸水流量1.4m3／s。壩后安全引水渠接涵洞放水管出口，最大過流量為15m3／s。

1 大壩存在的主要問題

（1）大壩作為擋水建筑物，上游壩殼碾壓不密實，壩頂高程起伏較大，且曾多次出現滑坡現象，威脅壩體安全運行。

（2）心墻填筑土料為中壓縮性粘土，強度較低且局部填壓不密實。雖然室內試驗成果中滲透系數滿足了設計要求，但在野外觀察發現部分鉆孔基巖壓水試驗，探坑坑底有返水現象，說明心墻填筑局部質量不好，碾壓不實。

（3）通過地質勘探，發現在壩體在樁號0＋380處，馬道水下可見部分有塌板現象，下落深度10～20cm，現已做保護措施進行處理。342.2m馬道本身于0＋480～0＋520和0＋290～0＋320有大范圍的不均勻沉降現象，同時產生馬道與下游混凝土護板2～3cm縱向拉裂縫。壩后坡于0＋500～0＋550近壩頂部分出現大范圍不均勻沉降現象。以上現象說明局部壩殼料填筑不均勻，碾壓不實。

（4）副壩基及主副壩銜接部位 （0＋700～0＋900）為剝蝕洼地，原地面高程345～350m與壩頂高程近一致，主副壩接頭部位，地形高差12m；北副壩基主要巖性為砂巖、泥巖及砂質泥巖與泥質砂巖組成；大壩清基深度0～1m，壩基防滲體設計開挖深度3～6m，防滲體座在基巖透水率q為12～100Lu的中等透水層上 （本次勘探鉆孔透水率偏低），造成北副壩基和壩肩繞滲；樁號0＋700～0＋850后經帷幕灌漿處理后仍有繞滲現象。這說明壩基及壩肩處理尚未徹底，壩基及壩肩仍存在壩基滲漏及繞壩滲流等問題。根據野外觀察，發現部分鉆孔基巖壓水試驗，探坑坑底有返水現象。

（5）針對壩殼料≤5mm含量偏高，含泥量偏高砂礫料含鹽量偏高以及壩體砂殼料部分地段碾壓不密實，造成壩面結構沉陷斷裂等現象，建議在下階段進行詳細勘察、論證，準確確定處理范圍及深度，確保壩殼穩定及水庫安全。

（6）壩坡上游混凝土板防浪護坡厚度不夠，曾于1995年被大風掀起，極不安全。建議在下階段重新核算其厚度，并采取一定措施進行處理，以達到水庫安全運行，確保工程結構合理穩定的。

（7）水庫缺乏完善的大壩安全監測系統，使水庫的運行、安全和管理帶有很大的未知性、盲目性。

2 壩體除險加固設計

壩體加固是針對壩體存在的問題，在原水庫壩體基礎上進行。本次加固主要針對壩體、壩基防滲；繞壩滲漏；壩體防浪護坡維修；庫岸防護；增設觀測設施等多方面進行，以達到水庫能夠正常、安全運行。

2.1 壩體防滲設計

防滲處理范圍：壩0＋035～壩0＋940m段。0＋035～0＋879.18壩體采用塑性混凝土防滲墻防滲；0＋879.18～0＋940壩體采用C15混凝土截滲墻防滲。

主壩壩基 （0＋100～0＋700）上覆0.5～1.0m砂卵礫石層 （Q4），壩基主要巖性為砂巖、泥巖互層和厚層泥巖組成，強－弱風化層厚度3～5m，大壩清基深度0.5～2m，壩體均坐落在風化的砂巖、泥巖上，基本滿足承載力的要求。大壩防滲體基礎開挖深度一般4～5m，基礎開挖較深。本次勘探孔（ZK1、ZK2、ZK3）截水墻以下巖體透水率q在0～0.783Lu之間，屬微透水層。

北副壩基及主副壩銜接部位 （0＋700～0＋900）為剝蝕洼地，原地面高程345～350m與壩頂高程近一致，主副壩接頭部位，地形高差12m；北副壩基主要巖性為砂巖、泥巖及砂質泥巖與泥質砂巖組成；大壩清基深度0～1m，壩基防滲體設計開挖深度3～6m，防滲體座在基巖透水率q為12～100Lu的中等透水層上，造成北副壩基和壩肩繞滲；樁號0＋700～0＋850后經帷幕灌漿處理。基于上述原因，副壩壩基滲漏及繞壩滲漏問題已處理，可不考慮防滲。

壩基垂直防滲：塑性混凝土防滲墻設置在壩頂軸線處，混凝土防滲墻頂高程為350.0m，墻底截至相對不透水層即原心墻截水槽以下1.0m，墻體最大深度為29.577m，墻厚為0.4m。防滲墻采用塑性混凝土防滲墻，要求28天抗壓強度為2MPa。抗滲標號為W6，彈性模量E應控制在350～450MPa。設計防滲面積為18738m2。混凝土截滲墻墻體最大深度為5.0m，墻厚為1.0m，混凝土強度采用C15。

2.2 壩體防浪護坡

水庫上游壩面混凝土護坡多處發生明顯的沉陷、拉裂、折斷等變形現象，蓄水位以上出現長150m左右的縱向裂縫，縫寬達2cm；馬道高程以下在風浪的沖蝕作用下，局部被掏成空洞；閘井與護坡間明顯沉陷；1995年混凝土護坡大面積的被大風掀起折斷，混凝土板下的反濾料及墊層料被掏空；水庫蓄水后，隨著水位的抬高，壩坡滲漏加劇。

根據本工程的當地材料、風向和護坡的實際破壞情況，壩體上游護坡重新設計，初步選用格賓護坡型式。

（1）護坡型式。上游護坡：采用格賓護坡。在壩前高程342.00m處設平臺，其寬3.0m，平臺上下坡度均為1∶2.5。格賓護坡厚度為400mm，下設無紡布反濾層。護坡采用1.0m寬、3.0m長、0.4m厚的格賓網墊，固腳采用1.0m 寬、3.0m長、1.0m厚的格賓網箱。

（2）材料的要求。格賓網采用PVC鍍鋅鋼絲，由機器編織成的雙絞六角形鋼絲網。工藝是先熱鍍鋅包塑后編織，采用型號為LW100×130（±5mm），網目為100mm×130mm （±5mm），網身絲徑為Φ3.8mm，邊絲徑為Φ4.5mm，網孔極限偏差為±5%。

1）網格的強度。格賓網材采用低碳鋼絲材料，表面涂塑。規格如下：絲徑 Φ2.7mm／Φ3.5mm／Φ2.2mm （國標 Q／320281HA J01－2000），包塑后 Φ3.8mm／Φ4.5mm／Φ3.2mm （±0.2mm）；抗拉強度 ＞420MPa（國標 Q／320281HA J01－2000）；伸長率：不小于12%；比重＞1.32（AST－MD412719）；硬度＞50；斜邊差＜12mm；網片長寬允差±35mm；鍍鋅量不小于250g／m2（國家標準GB／T1839－93）。格賓線材必須為蜂巢形，高抗拉強度，具有耐腐蝕、抗腐化、抗老化、抗紫外線、抗沖刷的特性，網目必須均勻，不得變形扭曲，偏差不得大于設計要求的5%；格賓網必須符合設計要求的抗拉強度，抗剪強度。

2）格賓填充料。格賓填充料選用強度高的小塊石（規格為10cm～35cm）為主，鋪助填塞堅實的狗頭石、碎石（或小石），其規格在10～20cm。可視現場石材選定。填充料須密致堅實，抗風化耐久性良好的石材；選用石料填充時，80%以上石料粒徑不得小于網目大小：填充石料如有空隙，以小碎石填塞。應選擇抗風化性、強度高的石材。

2.3 南岸護坡設計

南岸護坡的目的是使水庫南岸山梁不受水庫風浪沖蝕，防止庫岸坡塌滑，作好庫岸防護。該山梁為一單薄的泥巖、砂巖互層體，泥巖砂巖成巖作用差，微膠結，遇水軟化，屬軟弱巖石，山梁被流水沖刷形成大小不等的沖溝，溝梁相間。

南岸原護坡至樁號護坡0＋304，且有多處破壞，現在維修并延伸至樁號護坡0＋350。其坡度為1∶3.0。原山體清坡后，回填至1∶3.0的坡度，壩頂寬6.0m，壩頂高程350.00m，設防浪墻，墻頂高程351.20m。防浪墻的做法與主壩相同。在0＋304處設裹頭嵌入岸坡防護。

原混凝土護坡上需要設置排水孔，即在高程330.00m～346.00m之間設排水孔，排水孔直徑為100mm、間距3.0m，孔內設PVC排水管。

南岸護坡與主壩相同：均采用格賓護坡。在壩前高程342.00m處設平臺，其寬3.0m，平臺上下坡度均為1∶3.0。格賓護坡厚度為400mm，下設無紡布反濾層。護坡采用1.0m寬、3.0m長、0.4m厚的格賓網墊，固腳采用1.0m 寬、3.0m 長、1.0m 厚的格賓網箱。

2.4 壩頂照明

在壩頂設置照明路燈，路燈高3.5m，每隔15m設一根，共70盞。

2.5 壩體觀測設計

根據需要黃羊泉水庫設置的觀測項目有：庫水位觀測、浸潤線觀測。

庫水位觀測在水庫安全放水閘上設置標尺即可。

在壩體樁號0＋300、0＋500、0＋700各設一個浸潤線觀測斷面，0＋300、0＋500、0＋700處每個斷面內的測壓管為3根，壩頂下游側、下游壩腳及前兩者之間各布設1根測壓管。

測壓管底高程根據防滲深度確定，管底高程比壩基防滲深度低2m。測壓管材料全部采用2.0英寸鍍鋅鋼管，測管部位的花管段開孔直徑為φ5mm，開孔率按15%控制，內壁無毛刺，外部用一層無紡布纏緊后用細鉛絲捆扎，管底部預留1.0m沉淀管無需鉆孔，管底部封堵，整個測管部位的長度為4m，花管段長2m，管接頭采用外箍接頭，管口高于地面0.3m、并加蓋保護。

3 結 語

黃羊泉水庫建于20世紀90年代初，工程至今已運行近20年，對大壩實行定期檢查、定期安全鑒定制度是必要的。通過對水庫大壩除險加固，消除了隱患。除險加固后，確保了黃羊泉水庫工程安全運行，下游地區人民生命和財產安全也得到進一步保證。