鬧德海水庫除險加固工程施工措施研究

摘 要：通過安全鑒定，確定大壩、輸水涵洞存在許多安全隱患，采取除險加固工程措施，消除了工程隱患，改善了大壩的安全水平。

關鍵詞：鬧德海水庫 除險加固 工程措施 工程質量 運行效果

中圖分類號：TV697 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）04（b）-0055-02

1 工程概況及存在的主要問題

1.1 工程概況

鬧德海水庫位于遼河支流柳河上游，遼寧省彰武縣境內，是一座以防洪滯沙、工業供水、農業灌溉等綜合利用的大（二）型水庫。工程始建于1938年，建成于1942年建庫后經過1965年加固，1970年改建以及1991年至1994年的消險加固工程。水庫主體工程由擋水壩、溢流壩及泄洪排沙孔組成。大壩高44.5 m，壩長167 m。大壩按百年一遇洪水設計，千年一遇洪水校核。設計洪水位為189.56 m，相應庫容為1.368億m3，洪峰流量7630m3/s；校核洪水位為193.11 m，相應庫容2.227億m3，洪峰流量12900 m3/s；興利水位為181.50 m，相應庫容0.5億m3。

1.2 存在的主要問題

大壩安全鑒定結論為：（1）工程質量評價：本工程系偽滿時期建成，由于年代久遠，加上政府更迭，已無處查找當時大壩施工建設資料。（2）防洪標準校核：在水庫現有運行方式下，水庫實際防御洪水能力不能滿足要求，現狀壩頂高程低于計算壩頂高程，不滿足規范要求；在現有運行方式情況下，鬧得海水庫防洪安全性分級為C級。（3）滲流安全評價：1999年至2002年繞壩滲流觀測資料表明，兩岸岸坡沿垂直壩軸線方向的水力坡降小；防滲帷幕作用不大，繞壩滲漏嚴重。現場檢查發現大壩下游左右岸岸坡滲流嚴重，滲流點密布，部分岸坡因滲流沖刷形成孔洞。由于岸坡壩段滲流和繞壩滲流嚴重，大壩滲流部分評價為C級。（4）結構安全評價：受高速水流沖刷及凍融剝蝕嚴重破壞，溢流堰面混凝土已出現嚴重剝蝕現象，普遍出現麻面，骨料裸露，平整度不夠。溢流壩護坦長度不足20 m，且無其它效能設施，其下游沖坑經過洪水沖刷，沖坑深度近10 m，深坑面積達1200 m2，且呈不斷加深、加大趨勢，已對大壩的安全構成威脅。大壩表面及廊道內裂縫嚴重，4#、5#、6#橋墩產生貫穿性裂縫，大壩上游岸坡巖體風化凍融嚴重，已出現坍塌、滑坡趨勢。由于以上諸多問題，大壩主體結構安全評價為C級。（5）金屬結構分析評價：排沙孔1#、2#、4#、6#、7#啟閉機的啟閉容量不足及超過使用年限等，不能滿足閘門啟閉的正常運行，存在重大安全隱患；輸水洞閘門因腐蝕條件需要更換的構件數不滿足規范要求，啟閉機容量不足，不能滿足閘門正常運行，存在重大安全隱患。金屬結構安全性評價為C。水利部大壩安全管理中心壩函[2005] 989號文《關于柴河等六座水庫三類壩安全鑒定成果的核查意見》，確定鬧德海水庫為Ⅲ類壩，應及時對大壩進行除險加固。鬧德海水庫除險加固工程主要項目有：壩下消能工程、帷幕灌漿工程、不穩定岸坡噴錨工程、增設排沙底孔和中孔檢修閘門配套工程、輸水洞改造工程、壩體缺陷裂縫處理工程、工程觀測系統。工程設計總投資6328.02萬元。

2 除險加固工程措施

2.1 壩下消能工程

2.1.1 工程現狀

鬧德海水庫溢流壩施工到護坦時，處于日偽投降，工程沒有按照預定的圖紙施工，壩下消能施工擱淺。現有的水庫溢流壩下護坦長不足20 m，沒有任何消能工程。本次初設實測壩前沖坑最深處高程145.2 m，沖坑深度近6 m，面積達1200 m2，上述問題直接威脅大壩的安全。

2.1.2 工程措施

本次設計壩下消能方式采用底流消能中的消力池方案，由于溢流壩下護坦已經斷裂，先拆除此護坦，在新設計10 m長、2 m厚護坦后接消力池，消力池斜坡段長13 m，坡比1∶4.0，池長37 m，池寬45 m，池深3.5 m，池底高程147.7 m，底板厚度2.0 m。消力池接原天然河道。消力池混凝土采用C25、F200，為了防止高速水流對消力池混凝土的沖刷破壞，在底板表層采用0.65 m厚的聚丙烯纖維二級配抗沖耐磨混凝土，聚丙烯纖維摻量1 kg/m3。底板下設直徑25 mm錨筋，錨筋間距2.0 m，面層配直徑16 mm、間距0.2 m的鋼筋網，錨筋下部插入新鮮巖石2.0 m，上部與鋼筋網焊接。對于壩后沖坑和底板下超挖部分，采用C10混凝土回填。消力池底板設直徑0.1 m的排水孔，呈梅花形布置，間距3.0 m。

底板向兩岸護砌至153 m高程。對消力池范圍內的兩岸岸坡，清除表層強風化巖并敲掉活動巖石，確保岸坡穩定。

2.2 帷幕灌漿工程

2.2.1工程現狀

鬧德海大壩每年蓄水后，兩岸繞滲現象很嚴重，兩岸繞壩滲流出露點較多，主要分布于壩下游150 m范圍內，左岸多于右岸，出露高程一般在155.0 m以下。產生繞壩滲漏的原因主要還是壩基巖體完整性差，庫水沿裂隙滲漏，滲漏量加劇不利于大壩的安全與穩定。雖然1994年對壩基和岸坡進行了灌漿處理，但岸坡布孔為單排，效果較差。

2.2.2 工程措施

由于繞壩滲漏現象比較嚴重，所以帷幕灌漿孔布置成雙排孔，排距1.7 m，孔距2 m，其中，下游排灌漿起止高程從巖面線向下至150 m高程，下游排孔深40～50 m，上游排孔深為設計深度的1/2。設計防滲標準：ω≤3Lu。

2.3 不穩定岸坡處理

2.3.1 工程現狀

經現場測繪調查，壩址區可能存在的不穩定岸坡主要有兩處。

（1）右壩端至輸水洞進口不穩定巖體。

主要為近直立的岸坡，頂部為第四系松散堆積物黃色粉土，較厚，一般厚約2～5 m；巖體主要巖性為紅褐色火山集塊巖及灰色安山巖，節理較發育，個別節理已張開，寬度超過1 cm，且有泥質沖填。目前岸坡穩定，存在不穩定因素。

（2）右岸下游不穩定巖體。

該處山體較陡，主要巖性為紅褐色安山巖。已有垂向裂隙張開，寬度約2～3 cm。為不穩定巖體。目前岸坡較陡，近直立，庫水位以上坡面以強風化為主，局部為弱風化，該部位岸坡受河水沖刷力較大，巖質脆，抗沖能力弱。

2.3.2工程措施

（1）上游右壩頭至輸水洞進口間岸坡處理。

此段不穩定岸坡采用削坡處理，由現近直立的坡放至1∶0.75。岸坡石方開挖采用梯段爆破開挖，邊坡采用預裂爆破。處理范圍分為以下兩部分施工。其中山體開挖面190.0 m高程以下全部進行鉆孔、打錨桿、掛鋼筋網、噴混凝土處理。錨桿為二級Ф28鋼筋，錨桿長度5 m，孔距、排距均為2.5 m，噴15 cm厚C20混凝土。噴射混凝土范圍內均布設排水孔，排水孔布置在153.5 m、159.5 m、165.5 m高程，水平間距8 m，孔深3 m，直徑為Ф10 cm。

（2）下游左岸150 m處岸坡處理。

此段不穩定岸坡采用削坡處理，岸坡石方開挖采用梯段爆破開挖，邊坡采用預裂爆破。開挖隨著覆蓋層開挖的階段性進行，由現近直立的坡放至1∶0.6，處理長度約40 m，高度50 m左右。

2.4 增設排沙底孔和中孔檢修閘門配套工程

2.4.1 工程現狀

鬧德海水庫運用從1942年至1969年為滯洪運用階段，底孔、中孔均不設閘門，全年敞泄，無興利效益。從1970年又對大壩進行改建，5個底孔和2個中孔安裝了平板鋼閘門，5個底孔（1、2、3、4、5號）和2個中孔（6、7號）閘門尺寸相同，均為1.7 m×2.35 m，5個底孔閘門門槽的底坎高程為151.02 m，2個中孔閘門門槽的底坎高程為163.50 m。現有工作橋高度不夠，工作閘門吊起的最大高度低于設計洪水水位線。

2.4.2 工程措施

根據工作閘門起吊要求，并且為了方便工作門槽檢修，本次除險加固增加所有底孔和中孔檢修閘門及配套工程。將現有傾斜式工作門槽拆除，改為直立式，同時原有工作橋和啟閉機房也一并拆除，在閘墩上布置排架結構，排架上設工作橋，工作橋上設啟閉機室，啟閉機室頂端設工字鋼軌道，起吊檢修門。

2.5 輸水洞改造

2.5.1 工程現狀

水庫自2000年經批準增加供水功能，水庫改為蓄水運行后，需要增加攔污柵啟閉設備。輸水洞檢修閘門原設計是靜水啟閉，水庫改為蓄水運行后，原檢修閘門改為事故檢修閘門，要求動水啟閉。配合金屬結構閘門、攔污柵改造，水工建筑物也需要進行相應改造。鬧德海水庫1974年增建直徑3 m、長450 m的輸水洞。洞內壁只做了厚30 cm的混凝土襯砌，未做回填灌漿和固結灌漿，輸水洞運行時，大壩下游右岸滲流明顯，右岸壩頭下部的巖石已產生了凍融破壞，有坍塌、滑坡趨勢，嚴重影響右壩頭的安全穩定。輸水洞進口處為大面積的風化巖石，汛期經常有巖石滑落現象，淤積庫區和淤堵輸水。

2.5.2工程措施

拆除原閘門槽混凝土、進口擴散段、檢修層和啟閉機室。啟閉機室重修，面積25 m2。由于平臺低于校核水位，須將頂面平臺抬高至193.5 m。引水隧洞進口攔污柵槽坡度為1∶0.6，進口采用三面擴散，均為橢圓曲線，以原進口頂點位置不變，布置新的進口。輸水洞全線做回填灌漿，部位在頂拱120范圍內，排距4 m，每排3孔，穿越混凝土結構進入巖石10 cm。輸水洞全洞做固結灌漿，灌漿孔孔深由襯砌內表面算起為5 m，排距3 m，每排8孔，全洞線對稱布置。

2.6 壩體缺陷、裂縫處理

2.6.1 工程現狀

根據遼寧省水利水電質量檢測中心提供的《遼寧省鬧德海水庫工程安全檢測報告》可知，鬧德海水庫大壩下游壩面混凝土出現多處豎向或近似豎向的裂縫，總數量近百條。下游側溢流壩面混凝土表面沖刷和凍融剝蝕嚴重，混凝土表面普遍出現麻面，骨料裸露，表面凸凹不平。左右擋水壩段、溢流壩段混凝土碳化深度均較深，達到43.0～45.0 mm。觀測廊道內在頂拱上有一條與廊道平行的連續裂縫，側墻有100余條垂直裂縫，一般縫寬0.2～0.5 mm，最大達到0.7 mm，局部沿縫有大量的鈣質析出，形成寬10 cm、厚5～8 cm的鈣質晶體。

2.6.2 工程措施

大壩下游表面裂縫對于縫寬<0.2 mm的裂縫，在裂縫表面采用PCS-3柔性抗沖磨涂料進行表面封閉處理；對于縫寬0.2 mm<δ<0.4 mm的裂縫，在裂縫部位進行鑿槽，嵌填GBW遇水膨脹橡膠，用柔性聚合物水泥砂漿回填。大壩下游面表面剝蝕的混凝土全部進行“鑿舊補新”法進行修補，采用在裂縫部位開槽嵌填柔性止水密封材料，用聚合物水泥砂漿表面覆蓋，內部進行化學灌漿處理的方法。對溢流壩段工作橋橋墩與堰頂面連接處裂縫損壞混凝土鑿除、鋼筋除銹、填充混凝土，橋墩裂縫采用SK-E改性環氧樹脂灌漿的處理方法。

2.7 工程觀測及水情自動化系統

2.7.1工程現狀

目前水庫開展的大壩表面位移觀測采用的是視準線法及水準測量法、繞壩滲流及揚壓力觀測采用的是測深鐘法、這種傳統的人工觀測方法，其觀測強度大，精度低，而且有些觀測設施已老化破壞，溢流壩段未設表面位移觀測點。水庫現有雨量站的儀器設備已不能正常工作，觀測水位需通過水尺進行庫觀測。

2.7.2 工程措施

按照《混凝土大壩安全監測技術規范（試行）》SDJ336-89的要求，對觀測設施進行更新改造，實現觀測自動化。本工程壩頂水平、垂直位移觀測采用真空激光準直法。真空激光測點在溢流壩段，布置在每個閘墩上，位置在新建交通橋上游側。共計6個壩段，6個閘墩，12個測點。揚壓力觀測斷面設于壩基灌漿廊道內，共計14個測點。采用弦式滲壓計進行觀測，廊道內，將全壩段劃分為兩個區，每個分區設量水堰，采用量水堰測量儀進行觀測壩基、壩體的滲漏量。在兩岸壩頭的10個繞壩滲流觀測孔內放入壓阻式滲壓計測頭，測頭引出電纜接入DAU測控單元，通過光纜與設置在觀測房內的電子計算機組成自動化觀測系統觀測繞壩滲流量。對雨量站的儀器設備進行更新，建成遙測雨量站，自動采集后的數據通過無線通訊等方式傳向大壩監測控制中心。在右側擋水壩段上游側設一個超聲波水位計，精確測量壩前及壩后水位。

3 工程質量

鬧德海水庫除險加固工程嚴格按照SDJ249-88《水利水電基本建設工程單元工程質量等級評定標準（一）》和SL176-1996《水利水電工程施工質量評定規程》的規定，對每個分部工程中的每個單元工程質量進行單元工程、分部工程和單位工程檢查驗收。4個單位工程全部優良，303個單元工程全部合格，單元優良率為81.5%。

4 工程運行效果

鬧德海水庫除險加固工程竣工后，隨著消能工程投入使用，大大減小了行洪水流對河道及兩岸山體的沖刷；兩岸繞壩滲漏現象得到較大改善，兩岸繞壩滲流出露點基本消失；排沙底孔和中孔檢修閘門配套工程完工后7臺啟閉機均可以在任何水位下進行啟閉操作，工作橋高度提高后，工作閘門吊起的最大高度滿足了設計洪水水位線。上下游不穩定岸坡經過噴錨處理后不穩定隱患已經消除；輸水洞改建并進行回填灌漿、固結灌漿后，輸水洞閘門滿足動水啟閉的條件，灌漿效果良好，運行期間對繞壩滲的影響基本消失；工程觀測和水情自動化系統改照后實現了觀測自動化。

5 結語

鬧德海水庫除險加固工程完工后，徹底解決了大壩的滲漏和穩定等諸多問題，通過水庫不同運行階段的觀察和觀測，未出現任何異常現象，各項運行指標均達到了設計要求，達到了除險加固的目的。

參考文獻

[1]遼寧省鬧德海水庫安全鑒定報告[R].

[2]遼寧省鬧德海水庫初設報告[R].

[3]遼寧省鬧德海水庫工程安全檢測報告[R].

[4]遼寧省鬧德海水庫除險加固工程竣工驗收鑒定書.