黑峪水庫除險加固主體工程設計簡要分析

孫 娜

黑峪水庫除險加固主體工程設計簡要分析

孫 娜

（遼寧省觀音閣水庫管理局，遼寧本溪117100）

黑峪水庫為典型的“三邊”工程，存在設計方案與實際施工不符、大壩產生變形、溢洪道底板和護岸混凝土嚴重破損、輸水洞設計與施工不完善等諸多問題，水庫存在安全隱患，因此必須進一步對水庫采取安全加固措施。工程主體由大壩、溢洪道、輸水洞組成，文章就主體工程現狀，存在問題及解決方案意見，加固方案等一系列問題進行分析。

黑峪水庫；大壩；溢洪道；輸水洞；設計方案

0 引 言

黑峪水庫位于本溪縣草河城鎮黑峪村水庫座落在草河支流黑峪河上，草河屬鴨綠江流域，是鴨綠江的主要支流，壩址以上河長2.18 km，流域面積1.8 km2，河道平均比降43.6‰。

現狀工程規模屬于小（1）型，黑峪水庫樞紐工程由攔河壩、溢洪道、輸水洞組成。攔河壩類型為黏土心墻壩，最大壩高19.0 m；位于右岸開敞式溢洪道位于右岸，由進口寬頂堰、陡坡段、挑流消能工組成，輸水洞設在大壩右端，取水采用分級臥管方式。

1 黑峪水庫大壩工程設計分析

1.1 大壩現狀

壩型為黏土心墻砂殼壩，土壩工程上游設有干砌石護坡，壩頂設有防浪墻。壩全長78 m，最大壩高19 m，攔河壩下游壩面雜草、灌木叢生，上游壩面護坡存在不均勻沉陷現象，護坡嚴重破壞。

壩底河床屬于砂礫沖積層，其深度約為1 m，以下均為基巖，采用混凝土截水墻防滲方案，將黏土心墻與基巖緊密相連，以達基礎防滲的目的。黏土心墻頂寬2.0 m，底寬6.0 m。心墻頂高程295.9 m。

根據現場實測，現狀壩頂高程297.31～297.39 m，防浪墻頂高程298.31～298.39m，壩頂寬4.1～5.1m，上游壩坡為（從上至下）：1∶2.75、 1∶2.45；下游壩坡為（從上至下）1∶1.85、1∶2.6。

護坡：上游設有干砌石護坡，厚度0.5 m，下游壩面無護坡，壩面雜草、灌木叢生。

施工未達到原設計要求（大壩原設計：壩頂寬5 m，心墻頂寬2 m，大壩上游坡度為1∶3，大壩下游坡度為1∶2.5，上游壩坡為塊石護坡，下游壩面設碎石護坡及貼坡排水）。

1.2 大壩存在問題及解決意見

1.2.1 大壩壩體存在問題

攔河壩壩頂防浪墻漿砌石部分脫落，有裂縫。壩坡嚴重變形，存在局部破壞及沉陷現象。通過現場檢查發現，大壩上游壩坡局部塌陷，迎水坡底部（水面以下）下沉比較明顯，后壩坡坡面不規整。上游干砌石護坡石嚴重破壞。下游無護坡、排水設施，已嚴重影響大壩的安全［1］。壩面雜草、灌木叢生，對壩體產生破壞。下游現狀局大部分坡比為1∶1.8～1∶1.9，局部壩坡有滑落的現象。計算復核壩坡不穩定。壩頂有一電桿，對大壩結構安全、防汛、交通、施工不利。原路面已經損毀，對大壩防汛、交通不利。

1.2.2 解決方案

方案意見：拆除漿砌石墻，重建混凝土防浪墻。壩坡進行消坡，整形。上游干砌石護坡：拆除護坡及墊層，拋石至上游壩腳部位成拋石體補強原干砌石護坡，拋石體以上重新設置干砌石護坡；下游壩面清基、設置碎石護坡、貼坡排水體及壩面排水設施。對下游不穩定壩坡進行培厚成穩定壩坡。拆除、改建線路。清基、鋪筑沙石路面［2］。

1.2.3 大壩壩基存在問題

基部位黏土心墻置于巖石之上，透水性微弱，壩基滲漏量不大。水庫經過多年運用及觀察，正常運行時，壩后稍有滲漏現象發生。

1.3 大壩壩頂高程復核結果

壩頂超高計算成果見表1，壩頂高程計算成果見表2。

表1 壩頂超高計算成果表

表2 壩頂高程計算成果表

由表1～表2可以看出，本次計算壩頂高程均低于現狀防浪墻頂高程，即現狀壩頂高程滿足現行規范的要求。

1.4 大壩加固方案

加固壩頂總寬度為4.5m（原設計壩頂總寬度為5.0m，現狀4.1～5.1m），設有防浪墻，墻頂高程即為設計壩頂高程，墻頂高于壩頂路面1.0m，防浪墻采用鋼筋混凝土擋土墻結構，防浪墻墻基結合黏土心墻0.4m。下游壩肩設混凝土路緣石，埋深0.8m。路面為砂礫石路面，路面厚度為30 cm，壩體295.40 m以上壩體清挖并填筑回填砂礫料；其余部分均利用原壩體斷面。

主壩上游面邊坡邊坡至上而下為1∶2.75、1∶3.0，從286.0 m高程起始分界。向上設置干砌石護坡，向上為拋石體護坡。其加固處理內容為：

1）從286.0m高程起始向上，原干砌石護坡因損壞嚴重和壩坡削坡需清挖并從新砌筑，干砌石護坡厚40 cm。墊層總厚35 cm（2層碎石）。

2）從286.0m高程起始向下，利用原干砌石護坡及碎石墊層（總厚50 cm）進行拋石，拋石體頂面寬1.0m，邊坡1∶3.0。

3）考慮到心墻的防凍問題，同時鋼筋混凝土防浪墻亦可起到防滲的作用，故將心墻頂高程設于295.4m高程。防浪墻的設置同時滿足壩體防滲及黏土心墻的凍脹結構要求。

下游面邊坡為1∶2.5。其加固處理內容為：

1）對現狀邊坡清基0.5m，并培厚，填筑材料為沙礫料。

2）壩頂至296.0m高程設置碎石護坡，厚20 cm碎石；296.0 m高程至壩腳地面加設干砌塊石貼坡排水厚40 cm，碎石墊層（總厚60 cm）。

3）下游面高程重新鋪設橫向漿砌石排水溝，同時上下游壩腳與山體相交處加設漿砌石排水溝，下游壩坡設兩道人行踏步。

現狀壩頂電桿處理：拆除、改建線路1 km。

2 黑峪水庫溢洪道工程設計分析

2.1 溢洪道現狀

溢洪道工程位于右岸，為開敞式溢洪道，由進口導墻段、溢流寬頂堰、陡坡段、消能工等組成，根據現場全長實測，溢洪道全長96.5 m，堰頂高程294.81～294.87 m，凈寬4.8 m，寬頂堰長20 m。陡坡段總長58 m，消能采用挑流式消能型式。

該工程座落在巖石地基上，底板采用混凝土護面；左岸有漿砌石墻體，長度30m，采用混凝土護面，護面厚10 cm，墻高2～4.0m。左岸其它部位及右岸，由于歷史原因，未做結構邊墻，為強風化山體。

通過現場檢查，溢流道底板混凝土坑洼不平，現有溢洪道墻經多年運行，多年沒有維修養護，多處已坍塌、裂縫、變形現象。

2.2 溢洪道存在問題及解決意見

溢洪道底板表面混凝土裂縫較多，且多處起層，底板混凝土下無排水，產生冬脹。左岸局部有漿砌石邊墻，多處已坍塌、裂縫、變形。溢洪道左右岸（左岸局部有漿砌石邊墻）由于歷史原因，未做結構邊墻，為較陡的強風化山體。行洪時影響流態及泄量，同時水流的沖刷作用，強風化山體局部有坍塌的可能，一旦行洪時局部坍塌，將對水庫安全造成極大危害。風化巖，經過多年凍融和夏季雨水沖刷，風化巖就會脫落，如長時間不處理，影響溢洪道的安全。無交通道路，人、車均不能到達溢洪道處，不利于防汛觀察及搶險［3］。

方案意見：底板：拆除、重建。左岸邊墻：拆除、重建。左右岸強風化山體：加設左右岸邊墻；上部風化巖坡進行錨噴防護處理。交通設施：方案意見：加設交通道路，滿足防汛觀察及搶險要求。

2.3 溢洪道工程加固方案

加固工程在溢洪道原位進行，本次設計主要結構形式同原設計形式，其主要結構形式特性：為開敞式溢洪道，由進口導墻段、溢流寬頂堰、陡坡段、消能工等組成，溢洪道全長96.5 m，寬頂堰頂高程294.80 m，凈寬4.8 m，寬頂堰長20 m。消能采用挑流式消能型式。消能工后設15 m混凝土護坦。

主要加固內容：

1）拆除及巖石開挖：

現狀混凝土底板及左岸邊墻拆除。

由于左岸山體較低，斷面不足部分向左岸山體開挖，開挖邊坡1∶0.5。

2）底板及邊墻結構：

由于溢洪道凈寬（4.8m）較小，底板及邊墻結構采用“U”型槽結構，最大墻高4.0m，墻頂寬40 cm，底寬60 cm。底板厚40 cm，下設縱橫向排水。

3）防汛道路：

加設交通道路，與壩頂路連接，結構同壩頂路面。

3 黑峪水庫輸水洞工程設計分析

3.1 輸水洞現狀

輸水洞設在大壩右端，由取水口、圍巖隧道、消能段及出口尾水渠組成。取水采用分級臥管方式。

進口采用翻轉閘門控制。共有10級臥管，臥管上部為漿砌石擋水墻，頂高程同壩頂高程（298.40m）。

洞身穿過大壩底部，為洞挖結構，洞身巖石裸露、未襯砌，洞長74 m，其洞內凈尺寸為1.75m× 1.7m城門洞形，出口高程底高程280.35m。

出口為開敞式，直接接尾水渠道、未做消能及護砌，輸水洞設計最大泄量為0.50 m3／s。

3.2 輸水洞存在問題及解決意見

輸水洞洞身為洞挖結構，穿越大壩基礎基巖，洞身巖石裸露、未襯砌。現狀洞身堵塞嚴重，出水量很小，達不到設計流量，其功效已不能發揮。輸水洞嚴重漏水，導致輸水洞周圍的壩體出現裂縫、沉陷、嚴重變形，己危及壩身的安全。輸水洞洞身圍巖局部出現裂縫、掉巖塊現象對大壩的滲透和安全造成隱患。輸水洞進口為分級臥管結構，臥管上部設漿砌石擋水墻，該漿砌石墻現以局部損壞，高水位時漏水嚴重，危害大壩壩肩及壩腳的滲透安全。出口為渠道、未做消能及護砌，對洞身結構不利。

方案意見：洞身堵塞、漏水及圍巖塊石脫落：對輸水洞洞身進行混凝土襯砌及固結灌漿處理。進口漿砌石擋水墻：拆除漿砌石墻，重建混凝土擋水墻。出口消能：出口增設消能工。

3.3 輸水洞工程加固方案

工程加固方案控制邊界條件：輸水洞為無壓洞，輸水洞設計最大泄量為0.50 m3／s。進口底高程為死水位高程281.39m。

1）洞身混凝土襯砌及固結灌漿處理：

洞長74m，其現狀洞內凈尺寸為1.75m×1.7m城門洞形。清淤，洞身圍巖整形后進行襯砌及固結灌漿處理，混凝土襯砌厚度為30cm，加固后洞內凈尺寸為1.15m×1.1m城門洞形。進口底高程為死水位高程281.39m，出口底高程為280.65m。

2）進口擋水墻

拆除老墻，原位加固擋水墻為混凝土結構，基礎底高程同原結構，頂高程同壩頂高程298.40m，長度為8.0m。

出口消能結構：

出口為開敞式，增設采用底流消能形式，鋼筋混凝土“U”型槽結構，設有護坦。

4 結 論

由于這座水庫為典型的“三邊”工程，存在設計方案與實際施工不符；大壩產生變形；溢洪道底板和護岸混凝土嚴重破損；輸水洞設計、施工不完善等諸多問題，水庫存在安全隱患，因此必須進一步對水庫采取安全加固措施。

［1］李銳.綏化分局小型病險水庫險情分析及除險加固建議［J］.現代化農業，2009（11）：25-27.

［2］郭文斗.般若院水庫除險加固工程設計［J］.河北水利，2007（06）：25-26.

［3］王志明.水庫放水涵管除險加固的處理辦法［J］.中國水運：學術版，2007（02）：61-62.

TV697.3

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1007-7596（2015）07-0174-03

2015-06-28

孫娜（1979-），女，遼寧本溪人，助理工程師。