彰武水庫除險加固工程設計

姬志軍

(河南省豫北水利勘測設計院，河南安陽 455000)

1 工程概況

彰武水庫位于河南省安陽市西南25 km的海河流域衛河支流洹河上，與上游10 km的小南海水庫組成兩座梯級水庫。小南海水庫控制流域面積850 km2，總庫容1.075億m3;彰武水庫控制小南海水庫以下區間流域面積120 km2，總庫容0.78億m3。兩個水庫總控制流域面積970 km2，占洹河總流域面積 1 920 km2的 50.5%，占安陽市以上流域面積1 520 km2的63.8%，對控制安陽市以上洹河洪水十分有效。水庫開發目標主要是:防洪、城市工業供水、灌溉、兼顧發電和水產養殖等綜合利用。上游小南海水庫以滯、蓄洪水為主，彰武水庫以調節徑流、興利為主，兩庫互相配合，聯合運用，充分發揮其多目標的綜合經濟效益，確保安陽市區、京廣鐵路、京珠高速公路和107國道的安全。

彰武水庫始建于1958年，1960年大壩合攏。由于工程前期建設標準低，施工質量差，為解決水庫險情，歷史上多次加固除險。在經過1994年除險加固后，水庫防洪標準達到50 a一遇設計，1 000 a一遇校核。

現狀彰武水庫主要建筑物由大壩(主、副壩)、溢洪道、輸水洞和電站4個部分組成。

1)大壩:為均質土壩，副壩位于主壩西側。現狀壩頂高程137.6 m，防浪墻頂高程138.8 m。最大壩高:主壩28.7 m、副壩7.6 m;壩頂寬7.0 m;壩頂總長1 350 m(主壩730 m、副壩620 m)，壩基為砂卵石，采用黏土鋪蓋防滲，壩后設降壓井和排滲廊道。

2)溢洪道:位于右岸壩頭基巖上，依原山體開挖而成，全長341 m。閘室段長23 m，建有五孔8.5 m×12 m(高×寬)鋼絲網薄殼混凝土弧形閘門，閘底高程123.0 m。

3)輸水洞:位于大壩右岸、溢洪道左側，系在右岸山坡挖槽澆筑而成，為壩下埋管，馬蹄涵斷面，D=2.6 m，洞長124.24 m。在洞身樁號 0+116右側建有發電支洞，通向電站。

4)電站:位于輸水洞和溢洪道之間，為壩后式廠房，總裝機容量1 600 kW，年發電量757萬kW·h，年平均出力864 kW。

2 工程現狀及存在問題

彰武水庫歷史上雖進行過多次工程除險加固，但由于受資金、工期等條件的限制，目前水庫仍存在以下主要問題:

1)壩體初期填筑質量差，上游壩坡滲漏塌坑，副壩上游無護坡，下游護坡高低不平;129 m高程以上存在松軟層，水庫至今未經高水位運行的考驗，存在滲透變形的隱患。

2)壩前粘土鋪蓋缺失反濾層，臺地段天然鋪蓋局部偏薄，運行中上游坡腳多次發生塌坑，壩后導滲溝滲流量有突然增大的異常現象，存在滲流破壞的隱患。

3)溢洪道鋼絲網薄殼閘門混凝土碳化剝蝕嚴重，鋼筋保護層厚度不滿足規范要求;溢洪道、輸水洞啟閉設備超期服役;溢洪道消力池底板及下游護坦剝蝕嚴重，泄洪不安全;交通拱橋有裂縫。

4)水庫現有防汛公路防洪標準低，損毀嚴重;大壩監測及管理設施不完善。

2007年3月，水利部大壩安全管理中心以壩函［2007］479號文核定彰武水庫為三類壩。

3 除險加固工程設計方案

針對彰武水庫工程存在問題，除險加固工程重點解決大壩滲透安全問題。通過對大壩進行防滲加固處理，提高大壩質量，消除滲流破壞隱患;通過對大壩上、下游壩坡處理，加強對壩體的保護，并注重水庫形象化建設，徹底摘掉病險水庫的帽子;建筑物工程本著安全、經濟、適用的原則進行加固，完善監測和工程管理設施，按自動化、高效率原則設計。

除險加固工程主要設計方案內容如下:

3.1 大壩工程

3.1.1 大壩防滲處理

大壩采用“置換型”塑性混凝土防滲墻結合高噴防滲墻垂直防滲。塑性混凝土防滲墻布置在主壩段上游壩坡上，造孔自樁號0+000～0+660，長660 m。塑性混凝土防滲墻剖面設計為封閉式，墻體厚度0.5 m，防滲墻底部嵌入相對不透水巖層0.5 m，墻頂部高程為122.0 m，頂部錨固復合土工膜，土工膜鋪設至壩頂。塑性混凝土防滲墻施工時，采用在大壩上游122 m高程填筑16 m寬的臨時施工平臺，修筑混凝土導墻，液壓抓斗配合沖擊鉆機成槽，泥漿護壁，導管水下連續澆筑，接頭管法連接墻段的施工方法。

高噴防滲墻墻頂高程127.0～122.0 m，墻底深入基巖0.5 m，底高程隨地質情況而變。墻體根據實際情況分為兩段:副壩樁號0+000～0－180段，孔口高程范圍為127.0～122.0 m，孔底高程范圍 108.43 ～115.28 m，孔深 8.34 ～18.13 m;主壩樁號0+660～0+700段孔口高程為122.0 m，孔底高程108.03 ～116.75 m，鉆孔深度 5.25 ～13.97 m。高噴灌漿采用單排旋噴套接形式，回轉鉆進泥漿護壁成孔，終孔孔徑Φ110 mm，噴射方式為二管旋噴，孔距1 m，旋噴樁成樁影響直徑1.6 m，設計最小成墻厚度0.6 m。

為形成大壩封閉防滲體系，在墻頂以上壩坡鋪設復合土工膜至壩頂，土工膜與高噴防滲墻頂采用錨固形式連接。先將施工好的高噴防滲板墻墻頂鑿除一部分，在墻頂澆筑0.5 m高的混凝土梁，并在梁內預埋螺栓及一道槽鋼，然后將土工膜通過螺栓與混凝土梁錨固。土工膜接頭外打蝴蝶節，用黏土夯實。

3.1.2 上游壩坡塌坑處理及坡面整修

對上游壩坡樁號0－200～0+070、高程124.5～128.5 m之間塌坑進行處理，處理面積共3 350 m2;上游壩坡翻砌整修:123 m高程以上統一鋪設一層防滲土工膜，其上采用粗料石護砌，兩者間設砂礫過渡層;123 m高程以下采用干砌石護砌。

3.1.3 下游壩坡整修

對下游坑洼不平的壩坡按設計坡率整坡，采用草皮護坡，維修破損的排水溝和踏步。

3.1.4 壩頂路面整修

對施工中損壞的壩頂路面和防浪墻進行整修，壩頂混凝土路面鋪筑8 830 m2，混凝土防浪墻整修60 m，重建副壩欄桿230 m。

3.2 溢洪道加固工程

3.2.1 泄洪閘

泄洪閘更換鋼閘門及啟閉機，上游增設檢修閘門，閘墩改造及閘墩表面防碳化處理，啟閉機管理房拆除重建。

3.2.2 消力池及下游護坦

對消力池表面、下游護坦混凝土剝蝕、碳化部分進行加固、防護處理。

3.2.3 重建閘后交通橋

拆除存在嚴重質量隱患的鋼筋混凝土雙曲拱交通橋，重建荷載標準為公路－II級的混凝土T形梁橋，橋長70 m。

3.3 防汛公路

按3級公路標準新建防汛公路5.10 km，路面凈寬7 m，采用200 mm厚混凝土路面;壩腳900 m長防汛搶險道路改為C20混凝土路面，路寬4 m。

3.4 工程觀測設計

補充完善大壩滲流觀測設施。在大壩樁號0+300、0+500、0+600增設3排、0+162補設1孔浸潤線觀測管，在大壩樁號0+350增設1排、0+455補設1孔壩基測壓管。對保留使用的原22個觀測孔進行清孔維修。對壩基現狀2座損壞的量水堰進行清理和恢復。

3.5 金屬結構及機電

拆除溢洪道原水泥鋼絲網工作閘門，改建為鋼閘門。閘門采用斜支臂雙主橫梁式焊接結構，弧門半徑R=12.0 m，支鉸高度9.0 m，門葉垂直高度為8.45 m。啟閉機選用2×400 kN雙吊點斜拉式卷揚式啟閉機，共5臺。

溢洪道新增檢修鋼閘門，采用6塊鋼質疊梁門，每節尺寸為12.6 m×1.4 m(寬 ×高)，采用單軌雙吊點2×100 kN 電動葫蘆起吊。電動葫蘆安裝在新建閘房上游挑梁上錨固的工字鋼上。

對更換啟閉機的配電系統進行更新改造;壩頂及閘房照明工程改造;完善避雷接地設施。

對大壩安全監測系統進行更新改造并實現安全監測系統自動化;建設閘門遠程監控系統。

3.6 管理設施建設

新建防汛調度指揮中心樓1座，建筑面積1 280 m2;重建防汛倉庫，面積250 m2;重建左壩頭管理房，面積150 m2;完善其他相關管理設施。

4 除險加固效益評價

彰武水庫除險加固工程實施后，可直接提高水庫大壩的安全系數，保證水庫下游安陽市區以及京廣鐵路、京珠高速公路、南水北調中線總干渠、歷史文化遺址殷墟等建筑的安全;同時提高了水庫向工農業供水的保證率，并為水庫蓄水位逐步達到131.0 m設計水位打下堅實基礎。

［1］陳愛玖.彰武水庫除險加固工程的技術分析［J］.海河水利，2002(02):37－38.

［2］付艷林，王偉娟，任松林.彰武水庫大壩防滲處理分析［J］.大壩與安全，2010(02):60 －63.

［3］蔡潔，李朝陽，張培超.小南海水庫輸水洞洞身鋼襯加固工程質量控制［J］.河南水利與南水北調，2011(22):36－38.