湖北省綠水堰水庫東輸水管加固和壩下泉水處理

彭道洲，李建平（天門市水利水電勘測設計院，湖北 天門 431700）

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湖北省綠水堰水庫東輸水管加固和壩下泉水處理

彭道洲，李建平（天門市水利水電勘測設計院，湖北 天門 431700）

本文介紹了采用植筋、粘剛技術對水工結構進行加固，廊道減壓導滲法處理壩下泉水隱患。

水庫；輸水管加固；壩下泉水處理

1　工程概況

綠水堰水庫位于天門市漢北河支流柳河上游綠水堰河段，屬漢北河水系，工程以灌溉為主，兼有防洪、水產養殖等綜合效益。

水庫主要特征參數：大壩控制柳河干流上游流域面積28.6km2，正常蓄水位72.20m，設計洪水位74.10m，校核洪水位74.78m，死水位58m，水庫總庫容2046萬m3，其中調洪庫容572萬m3，興利庫容1474萬m3，死庫容30萬m3。

水庫樞紐由主壩、副壩、溢洪道、東輸水管和西輸水管等組成。

大壩為均質土壩，壩頂高程76.00m，最大壩高24.35m，壩軸線長483m，壩頂寬5.0m，上、下游壩坡均為1：3。

溢洪道位于主壩西50m的山凹處，為無閘門控制的寬頂堰型式，堰頂高程72.20m，設計孔口凈寬27.6m，最大溢洪流量為161m3/s。

副壩位于主壩西約2km的山埡處，為均質土壩，設計壩頂高程76.0m，最大壩高10.5m，壩軸長40m。壩頂寬5.0m，上、下游壩坡均為1：3。

東輸水管建于主壩東部山頭，為鋼筋混凝土箱涵，bh=2× 2.8m，進口高程58.00m，管長85.0m，設計引水流量6m3/s。西輸水管建于副壩下，為鋼筋混凝土方涵，bh=0.6×1.0m，管底高程66.0m，管長56.0m，設計引水流量1.5m3/s。

綠水堰水庫保護著京山縣錢場鎮、天門市皂市鎮、九真鎮的13萬人，9萬畝耕地以及漢宜公路的防洪安全。

2　工程等級及防洪標準

水庫工程等別為Ⅲ等，大壩、溢洪道和輸水管等主要建筑物級別為3級，次要建筑物級別為4級，臨時建筑物級別為5級。

大壩、溢洪道和輸水管等主要建筑物設計防洪標準按百年一遇設計，千年一遇校核。溢洪道消能防沖設施按30年一遇洪水標準設計，施工圍堰等臨時性建筑物按5年一遇洪水標準設計。

3　東輸水管加固

3.1加固目的

東輸水管管身及豎井年久失修，管壁混凝土破損、漏水嚴重，混凝土強度明顯降低。通過對管身、管壁和豎井的加固補強，防碳化處理，提高結構承載力，滿足工程的正常使用功能。

3.2加固設計依據

（1）綠水堰水庫除險加固工程地質勘察報告和混凝土結構檢測文件；

（2）《混凝土結構加固設計規范》（GB50367-2006）。

3.3加固補強設計

（1）東輸水管及閘門豎井內壁進行環向粘貼鋼板加固。輸水管內壁粘鋼為——250×8mm@600mm；閘門豎井內壁粘鋼為——200×8mm@600mm。

（2）為增強粘鋼與原混凝土結構的整體性，確保粘鋼部分與原結構達到整體共同受力的目的，所粘鋼板通過植筋錨固技術植入螺栓，加強鋼板與基面混凝土結構的連接，植筋沿所粘鋼板縱向梅花形交錯布置；植筋規格為：M14×210mm@250mm。

（3）采用高強無機材料修補混凝土蜂窩、麻面、孔洞等缺陷。

（4）采用高強建筑結構膠對裂縫進行修復處理。

（5）管身伸縮縫部位基面處理后，安裝橡膠板，伸縮、止水。

（6）加固處理后的管壁及豎井壁采用1：2聚丙烯纖維砂漿找平，然后再抹2cm的防護層。

3.4材料要求

（1）加固所用鋼材均選用Q235鋼；

（2）焊接鋼板時選用“碳鋼焊條”GB/T5117-1995規定的E42型焊條；

（3）粘鋼和植筋分別選用與其相對應的專用高強建筑結構膠作為粘結劑，輸水管內潮濕部位施工，要求結構膠同時具備潮濕環境固化特性；

（4）混凝土蜂窩、麻面、孔洞等缺陷修補接合面采用高強無機修補材料，要求施工快速、高強度、與基面粘結牢靠；

（5）裂縫采用高強建筑結構膠修補（灌注）；

（6）伸縮縫選用：300×8mm橡膠板。

3.5施工要求

（1）混凝土加固、修補基面應鑿除松散、破損部分，漏出新鮮堅實混凝土面，并將粉塵、雜物清除干凈。

（2）粘鋼：鋼板粘貼面應打磨（或噴砂）粗糙，以增強鋼板粘結效果。粘鋼平段采用干粘法施工工藝，利用植入螺栓加壓；四角焊接部位采用濕式包鋼灌注法施工。拐角鋼板干粘板長預留不少于150mm，并且在鋼板焊接時應有有效的降溫護膠措施。粘鋼完成后，鋼板面涂刷環氧類膠作防腐處理，并粘小豆石增加防護層的結合力。

（3）植筋：

根據螺栓規格，鉆孔成孔孔徑為18mm，孔深210mm，孔內粉塵雜物必須清除干凈；待植入的螺栓需用脫脂棉清除油污；嚴格按照結構膠的使用說明調制植筋膠；采用旋壓法植筋，垂直頂面方向植筋，必須有簡易可靠固定措施，防止結構膠固化前由于螺栓自重滑落。

（7）安裝身縮縫止水：

止水橡膠板沿伸縮縫騎縫安裝，止水橡膠兩側通過高強建筑結構膠粘結在混凝土面，橡膠粘結面應進行糙處理。

（8）混凝土缺陷修補應控制好修補基面的處理質量和界面劑施工工藝，裂縫修補前必須解決其滲水問題。

（9）加固工程施工氣溫在5℃以下時，應采取有效的升溫加熱措施進行養護，保障加固工程施工質量。

3.6豎井外壁防碳化處理

修補豎井外壁混凝土缺陷；用金剛磨片磨去混凝土面碳化層，露出新鮮堅實混凝土基面層，并用清水將其表面粉塵沖洗干凈，使顏色均勻如新；待打磨清洗后的豎井外壁干燥后，再均勻涂刷一層無色透明的混凝土防碳化膠。此方法能使豎井外表面潔凈如新，并能有效地阻止處理過后的混凝土面進一步碳化。

4　1#泉眼處理

4.1基本情況

在主河泓最大斷面，有一孔泉眼（1#泉，在《天門市水利志》以及《湖北省溫泉志》上有關于此溫泉的描述），1#泉建壩前在壩柳河主河泓出露，建壩時用砂石反濾層將該泉水導出壩外，泉水為石炭系灰巖中溶巖水，沿石炭系灰巖與泥盆系石英砂巖接觸面經深部徑流，在覆蓋層（Q2粘土）遭侵蝕后在溝中出露，泉流量864m3/d，水溫50℃。建庫后泉流量達1500m3/d，水溫僅22℃，且水質略顯渾濁，每臨高庫水位時（庫水位在68～72m），泉流量達2000m3/d，表明該泉眼與庫水位相通，存在相互補給關系。1#泉出露點在ZK6附近稍微偏下游，已成為壩基主要的滲漏部位。

4.2設計處理方案比選

綠水堰水庫大壩已建成約50年，原1#泉眼導滲措施反濾料已經堵塞失效，直接造成下游壩坡浸潤線偏高，危及大壩安全，必須進行處理。對此泉眼的處理，因為其出露在下游壩坡，不能采取截滲的辦法，最合理的措施是導滲。選擇三種處理方案進行比較。

方案（一）：從下游坡起開挖至泉眼處，清除原反濾料，在泉眼上方鋪設土工布，重新換填反濾料，形成局部褥墊式排水。

方案（二）：在1#泉眼下游設置減壓井，定時抽取井水或者采取措施將井內水導出。新建的減壓井井管，為直徑200mm無縫鋼管。底部用鋼板封死，管身鉆有直徑10～15mm的小孔，外包50目的銅絲網布以及棕片反濾。濾管段深入中風化層，穿過強透水帶。在減壓井井口設置潛水泵抽除井水。

方案（三）：在1#泉出口設置廊道，在壩體集中出水點處設置豎井，采用頂管設置管道連接豎井和廊道，將泉水導出壩體。

方案（一）的優點是：處理較徹底，質量易控制；缺點是：基坑支護工作量很大，土方量偏大，在施工期對主壩安全不利，開槽最大深度19m，開槽段長約35m，施工過程中對主壩傷害大，難以修復到原狀態，改造后依然存在反濾料被堵塞的可能。

方案（二）的優點是：工程量小，對主壩影響??；缺點是：管井易淤塞、堵死；因為管井內水量無法自流溢出，需要設置抽水設備，管理較煩瑣，后期經費增加。

方案（三）的優點是：處理較徹底，效果明顯，質量易控制，滲流觀測方便，可以直接從廊道進入進行維修，后期管理方便；缺點：施工技術要求高，工期慢。

為了徹底根治1#泉眼險情，減輕水庫的防洪壓力，同時考慮到經濟等方面因素，考慮到為主壩永久管理提供觀測條件和給將來再次進行維修留有余地，采用廊道導出泉水更為徹底，因此推薦采用方案（三）。

4.3處理工程設計

4.3.1滲流出口

在1#泉出口設置廊道，底板上設φ5排水孔，通過廊道把下部滲水導出來。出口段廊道的末端安設三角堰，便于對泉水出水流量進行觀測。

4.3.2豎井（倒掛井）

通過設置地質鉆孔，找準1#泉集中出水點。以確定的1#泉出露點2#孔為圓心，布設內徑為3m的豎井。從壩面開挖豎井至基巖面（一級平臺BK2附近），找到1#泉主出水點及原建壩時的排水反濾材料。利用混凝土井壁封閉切斷出露點與周邊的聯系，使泉水全部從豎井內涌出。采用人工挖孔，現澆混凝土護壁。

豎井底部開挖至基巖后回填濾料形成厚90cm三級反濾層。反濾層由上至下分別為30cm厚級配碎石層 （D=20～40mm），30cm厚級配碎石層 （D=10～20mm），30cm厚中粗砂層。豎井底部泉水通過排水孔導出，反濾層上部設置鋼筋混凝土底板。底板上間距1m設置φ8排水孔，管材為PVC管材，管身鉆直徑5mm濾水孔，孔隙率10%，土工布包裹后插入濾料，管內填滿級配碎石。為便于施工排水，在底板上設置50×50× 50集水井，其下設置反濾措施。底板澆筑和頂管施工完成后采用級配良好的碎石回填集水井。先利用倒掛井抽排泉水，降低浸潤線，減小土體含水量。

豎井兼做頂管施工工作井，斷面采用上圓下方中間漸變連接。豎井頂部高程69.0m，底板高程50.90m，總高度19.5m，上部采用15m采用壁厚30～40cm內徑3m鋼筋混凝土結構，為便于施工，每米分節，隨挖隨澆筑，每節之間設置止水。底部2.5m采用3m×4m矩形斷面，為鋼筋混凝土結構，頂管后座墻厚80cm，其他墻厚60cm。漸變段長2m，平面上由內徑3m圓形漸變為3m×4m矩形斷面，為鋼筋混凝土結構。

豎井頂部設置鋼筋混凝土預制蓋板，板厚15cm。靠井壁側結合現澆頂板設置80cm×80cm檢修孔。

4.3.3連接管道

采取頂管法設置直徑80cm排水管連接豎井和已建廊道，將豎井內泉水導出壩體。頂管段管長34m，由豎井內向廊道方向頂進。管身材料采用預制成品承插管，混凝土強度C50，管身內徑80cm，管接頭鋼板焊接，管身接頭采用橡膠止水圈止水。

4.3.4已建廊道封頭

對已建廊道設置鋼筋混凝土堵頭，采用厚40cm鋼筋混凝土直墻，直墻與原廊道連接處設置橡膠止水帶止水。

4.3.5運行管護

加強壩后排水，啟用壩后二級平臺下縱向廊道減壓排水孔，同時做好壩后反濾保護。加強觀測，著重做好“泉水”的流量、水質、水溫的長期監測與分析工作。

［1］天門市水利水電勘測設計院.綠水堰水庫除險加固初步設計報告，2007.

［2］長江水利委員會長江勘測規劃設計研究院.水利水電工程安全評價與加固，長江出版社，2004.

彭道洲（1979-），男，湖北天門人，工程師，本科，任副院長，主管水利工程規劃、設計工作。

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