冶源水庫放水洞病害檢測及除險加固

林立廷，呂燕亭，宋會良

（臨朐縣冶源水庫管理局，山東 臨朐 262605）

1 工程概述

1.1 工程概況

冶源水庫位于臨朐縣境內沂山北麓彌河干流的上游，控制流域面積786 km2，總庫容2.03億m3，是一座以防洪為主，兼顧灌溉、城市供水、發電、養魚、旅游開發等綜合運用的大（2）型山谷水庫。水庫于1958年5月動工興建，1959年9月建成蓄水。樞紐工程由主壩、副壩、溢洪道（閘）、東西兩座放水洞、東西兩座水電站等建筑物組成。

東放水洞位于副壩樁號1+043處。原結構型式采用砌石拱內襯鋼筋混凝土壓力涵管式，進口采用漸變的喇叭式，在上游壩肩處設有砌石豎井式啟閉機房，安裝15 t手搖、電動兩用啟閉機。放水洞內徑Φ2.0 m，平板后止水鋼閘門，進口底高程126.0 m，設計輸水流量30.9 m3/s。

1.2 地質條件

地層巖性為白堊系火山碎屑巖，放水洞基礎坐于強風化火山集塊巖上，火山集塊結構，主要由火山巖的集塊、火山角礫等火山碎屑物組成。該巖石力學強度滿足建筑物設計要求。

1.3 運行中曾出現的問題

1）閘門破損，漏水相當嚴重，根據下游水量估計流量達0.3 m3/s左右，主要是閘門破損、止水缺失造成。2）在提閘放水時，廊道出口外的一片平地受漏水漫浸而沼澤化，停止供水時漏水逐漸減少。3)在閘門后第1節與第2節、廊道中部第19與20節、第27與28節混凝土涵管連接處各發現環形裂縫，長2.5 m左右，寬0.5～1 mm。原因是廊道基礎在上部不均勻荷重作用下發生不均勻沉陷造成的。

2 東放水洞病害檢測分析

依據 《回彈法檢測砼抗壓強度技術規程》JGJ/T23—1992、《貫入法檢測砌筑砂漿抗壓強度技術規程 》Q/JY11—1998、 《 砌 石 結 構 設 計 規 范 》GBJ3—1983、《混凝土強度檢驗評定標準》GBJ107—1987等相關規范標準，對東放水洞進行全面檢測分析。

2.1 豎井段

1）砂漿強度。在豎井內抽取30個測區檢測了漿砌石砂漿強度。經檢測，豎井內壁砂漿強度平均值為7.6 MPa，離散系數為0.15，砂漿強度推定值為7.6 MPa，砂漿強度偏低。2）砂漿剝蝕。洞內壁有輕微剝蝕，相對剝蝕面積12%，剝蝕深度6 mm，剝蝕損壞等級為B級。

2.2 廊道段

檢測前東放水洞廊道出口一直處于半封閉狀態。為檢測廊道，查明廊道內壁的滲漏情況和外側壩體填土的質量，鑿開廊道出口進行了檢測。

1）砌石擋土墻砂漿強度。經檢測，擋土墻砂漿強度平均值為6.8 MPa，離散系數為0.16，砂漿強度推定值為6.8 MPa，砂漿強度偏低，其等級評定為C級。2）廊道砂漿強度。經檢測，廊道段砂漿強度平均值為9.2 MPa，離散系數為0.15，砂漿強度推定值為9.2 MPa，砂漿強度偏低。3）裂縫。廊道內壁有若干處滲水、滴水現象，個別出現射流，滲水點處多伴有裂縫。其裂縫等級評定為B級。4）滲流溶蝕。廊道檢測表明：廊道內壁兩側及拱頂滲漏較嚴重，溶蝕出逸點20余處，滲漏帶多伴有砂漿勾縫脫落，白色鈣化層結晶析出；廊道頂部多處白色結晶析出后形成鐘乳石狀，伴有滲漏水明流或滴水。現場檢測表明：輸水管在提閘放水時因承壓和管身破裂而出現噴射水流，說明輸水管已不能安全運行；高壓射流噴射在廊道內壁上，長期積累將降低砂漿強度，淘刷砂漿，威脅其安全運行。其滲漏溶蝕等級評定為D級。5）砂漿剝蝕。廊道內壁勾縫砂漿質量較好，但在滲流溶蝕嚴重處伴有砂漿剝蝕脫落，其等級評定為B級。

2.3 東放水洞安全狀態評價

從以上檢測結果可以看出，東放水洞豎井和廊道砂漿強度偏低，廊道滲漏、溶蝕較嚴重，鋼筋混凝土涵管損壞，輸水時射流嚴重，對廊道形成威脅。根據規范要求，鑒定東放水洞屬三類洞，必須進行除險加固處理。

3 東放水洞除險加固方案比選

3.1 東放水洞拆除重建（方案一）

現有建筑物全部拆除重建，新建涵洞及豎井采用鋼筋混凝土結構。新建穿壩涵洞過水斷面面積原則上與原放水洞過流斷面面積相當，同時兼顧施工要求，故設計選用洞身斷面為1.8 m×1.8 m，放水洞長度88.8 m，與原洞相同，豎井處設攔污柵、檢修閘門和工作閘門，將攔污柵與檢修閘門共槽布置。上游引水渠兩岸擋土墻拆除重建，采用漿砌石結構。

3.2 東放水洞加固（方案二）

將原放水洞漿砌石豎井及其上游廊道、引水渠拆除重建，豎井下游洞身加固。新建上游涵洞及豎井采用鋼筋混凝土結構，豎井內設工作閘門和檢修閘門，涵洞進口設攔污柵，其下游設漸變段與原放水洞連接，上游引水渠兩岸采用漿砌石結構；保留不動的涵管采用加固措施，利用高壓混凝土泵將原混凝土涵管與漿砌石廊道之間的空隙灌注細石混凝土，以防止涵管漏水，危及大壩安全。

3.3 方案比選

1）投資比較。根據工程量，經計算：方案一總投資191.67萬元，方案二總投資141.58萬元。

2）優、缺點比較。方案一的優點是將原結構全部拆除重建，徹底消除了安全隱患，工程質量容易保證，便于今后的運行管理；缺點是投資較大。方案二的優點是投資較省；缺點是因保留了部分涵管，壩體挖除及重新填筑難度較大，新老結構結合施工措施較復雜，不能解決保留涵管漿砌石廊道與壩體接觸部位可能出現的接觸沖刷和不均勻沉陷問題，給以后的運行管理帶來不便。

綜合經濟、技術和運行管理等方面的科學論證分析，選定方案一，即將原放水洞拆除重建。

4 除險加固工程設計

4.1 引水渠段

上游引水渠段兩側邊墻為漿砌石八字直墻，引水渠底寬由3.0 m漸變為2.0 m，底高程126.0 m，邊墻頂高程由126.5 m漸變為129.5 m。

引水渠與豎井間為鋼筋混凝土涵洞共2節，長16.8 m，洞身斷面尺寸為1.8×1.8 m。

4.2 豎井段

豎井段位于上游壩坡上，為C25鋼筋混凝土結構，孔口尺寸為1.8 m×1.8 m，豎井內設檢修閘門和工作閘門各一道，兩閘門均采用平板后止水鋼閘門，工作閘門啟閉采用固定卷揚式啟閉機，檢修閘門啟閉采用電動葫蘆，攔污柵與檢修閘門共槽布置。

豎井地板及邊墩厚0.8 m，前墻、后墻厚0.5 m，胸墻厚0.4 m。豎井頂部設檢修平臺，頂高程138.30 m，檢修平臺以上設排架、機架橋，機架橋上設啟閉機房。啟閉機房通過人行便橋與壩頂相連。

4.3 井后涵洞與出口連接段

井后涵洞段洞身斷面尺寸為1.8 m×1.8 m，洞身底坡比為1/200，洞身每隔8 m與壩體間設鋼筋混凝土截滲環一道。涵洞出口通過漸變段與原水電站壓力管道連接。

4.4 防滲與止水設計

永久縫止水既要滿足防滲要求，又要考慮適應變形的能力，因此，在每節涵洞之間、涵洞與豎井閘室之間設橡膠止水帶和紫銅止水片各一道，在縫表面設一道雙組分聚硫密封膠嵌縫，填縫板采用閉孔泡沫板。

5 過流能力核算

放水洞放水時，隨著庫水位的變化，放水洞內流態是變化的，主要有有壓流、半有壓流和無壓流3種流態。當洞口水頭與洞口高比大于1.5時為有壓流，根據有壓流泄流量公式計算，當庫水位達到興利水位137.72 m時，東放水洞泄流量為31.26 m3/s，比原設計流量多0.36 m3/s，因此，東放水洞拆除重建后的泄流量能力滿足原設計要求。