某水庫除險加固中樞紐建筑物改造研究

孫亞南

（盤錦海陸土木工程有限公司，遼寧盤錦124010）

1 工程概況

某水庫工程是一座防洪兼顧下游農田灌溉的小（1）型水利樞紐工程，由大壩、溢洪道和引水隧洞組成，總庫容為443.52 萬m3。大壩為雙曲拱壩細石混凝土砌石壩，壩頂高程為151.60 m，防浪墻頂高程為152.50 m，壩高最大值為41.80 m。溢洪道堰頂高程為151.80 m，凈寬70.00 m，位于大壩中部，采用混凝土實用堰及挑流消能方式，鼻坎高程為146.94 m，反弧半徑R=4.00 m，挑射角為15.0°。引水隧洞位于壩體左岸，長1.76 km，引水隧洞斷面采用圓形有壓型式，內徑大小為1.80 m，進口洞底高程為122.50 m，出口洞底高程為98.00 m。由于工程建設施工受技術、條件的影響，在工程運行中出現較多質量問題，部分工程質量已達不到規范要求，特別是大壩右岸山體較為單薄，對重力墩穩定不利，直接威脅著大壩結構穩定。水庫已經運行15年，目前水庫工程存在諸多的質量問題和隱患，進行水庫除險加固改造，一方面能夠提高工程本身結構安全、運行安全，保障人民生命財產安全；另一方面水庫除險加固后更好地對下游防洪發揮作用，改善提高水庫防洪、灌溉和發電等綜合效益。

2 存在的問題分析

1）大壩：現場踏勘時，水庫水位約為133.00 m，大壩下游左側壩肩115.00 m 高程處巖體有滲水現象，沿裂隙面滲水，流量比較小；下游右側壩肩117.00 m 高程處壩體施工臺階縫隙有水滲出，滲流量觀測值約為1 L/min。根據水庫相關工作人員定期觀察，庫區高水位期間，滲流點的滲流量并沒有增加，可以判斷庫區與滲流點之間沒有滲漏通道，滲流來自山體地下水溢流。檢查壩頂非溢流壩段時發現3 條貫穿性裂縫，壩體右側裂縫較大，寬2.0～3.0 mm，壩體左側有2條裂縫，寬1.0～2.0 mm。當水庫水位較高時，受庫水的推力裂縫會變小，根據現場調查，大壩建成運行3～4 年后出現裂縫，裂縫出現后沒有增加的跡象，目前處于穩定狀態。

2）溢洪道：經現場檢查，溢流面混凝土表面多處開裂且較長，下游消力池存在沖坑。

3）放水系統：沖砂孔采用內徑為0.60 m 的鋼管，位于壩內，放水孔底高程為114.70 m，中心高程為115.00 m，壩后連接閘閥銹蝕嚴重，并有小股水流出。

大壩左岸上游約50.00 m 處為引水隧洞進水口，據現場調查，由于水位波動變化區域的斜桿長期腐蝕嚴重，通氣管尺寸較小，在閘門開啟時會發生井噴。引水隧洞襯砌質量較差，表面存在孔洞和麻面，并且局部有塌落。引水洞內滲水現象較多，滲漏量大、滲水點多。隧洞出口山體邊坡漏水嚴重，流量很大，采用三角堰量測得出庫水位在130.00 m 高程時滲流量為16.563 L/s，水庫水位在135.00 m 高程時滲流量為23.340 L/s，說明隧洞襯砌混凝土與巖體之間存在滲漏通道，并通過巖體流向隧洞出口。

4）觀測設施：大壩無水平、位移觀測設施。

3 除險加固改造措施

此次水庫除險加固改造措施主要包括壩體防滲、右岸壩肩巖基帷幕灌漿、固結灌漿、壩頂加高、更換進水口通氣管和沖砂孔閘閥、隧洞出口套鋼管處理、大壩沉降和位移觀測設施完善等。

3.1 大壩防滲加固措施

大壩防滲加固措施采用壩體迎水面邊坡化學灌漿和壩肩固結帷幕灌漿，壩體迎水坡面化學灌漿設計圖見圖1，具體措施和方法如下：

圖1 壩體迎水坡面化學灌漿設計圖

3.1.1 壩體防滲設計

化學灌漿需經過鉆孔→沖孔→嵌縫→壓水→吹干→灌漿→清理等6 道工藝流程，其化學漿液粘度低、流動性好，灌漿后防滲效果好。此次灌漿材料選用無毒水玻璃系漿液，水泥、水玻璃漿液水灰比（水∶水泥）采用0.5∶1.0，水泥漿與水玻璃體積比為1.0∶0.5，水泥采用42.5，施工時在水泥水玻璃中摻用緩凝劑磷酸氫二鈉外加劑來防止漿液凝膠時間太快。

灌漿孔布置：在迎水面邊坡140.0 m高程以下壩段采用梅花形布孔。孔距為2.00 m，孔深1.50～2.00 m，共布1 020 孔，總進尺長1 530.00 m。灌漿壓力控制在1.0～1.5 kg/cm2，防止砌石面抬動破壞。

3.1.2 壩肩防滲設計

右岸壩肩采用帷幕灌漿、固結灌漿處理。先對強風化巖體進行固結灌漿處理，然后用帷幕灌漿處理壩基。固結灌漿布置6 排孔，孔距、排距均為2.00 m，孔徑為?91 mm，梅花型排列布置。固結灌漿底高程為124.20 m，共布置63 個孔，鉆孔深28.60 m，固結灌漿總進尺長2 132.00 m；帷幕灌漿底高程為124.20～136.30 m，共布置13 個孔，鉆孔深28.60 m，帷幕總進尺長349.00 m。

帷幕灌漿前應先采用壓力水沖洗鉆孔，壓力采用灌漿設計壓力的80%，灌漿應分二序孔進行，孔距均為4.00 m，灌漿順序為先一后二，灌漿采用自上而下循環式分段灌漿法：開始段（接觸段）長2.00 m，以下每段長均為5.00 m，段長長度可根據工程實際地質情況進行調整。

灌漿材料主要為水泥，滲漏量較大的位置可摻入外加劑速凝劑硅酸鈉(水玻璃)，通常摻入量一般為水泥重量的3%～5%。灌漿漿液水灰比采用5.0，3.0，2.0，1.0，0.8，0.6 和0.5等7個比級，漿液從稀至濃逐級變化，開灌水灰比可采用5∶1，也可根據試驗進行調整。灌漿壓力根據地質情況，通過公式計算或者參照灌漿經驗，第一序孔采用0.30 MPa、第二序孔采用0.45 MPa，具體值可在灌漿過程中適當調整。

帷幕灌漿采用自上而下分段灌漿，在設計壓力下，單位吸漿量不大于0.4 L/min 時，且延續灌注1 h 后結束灌漿。灌漿完畢后，封孔采用分段壓漿法進行封孔，用灌漿泵將水灰比為0.5∶1.0 的密實水泥漿壓入孔內，封孔密實后，待凝固3 d，孔上部剩余部分用粘土球封嚴。

3.2 壩體裂縫處理措施

根據調查，大壩有3 處豎向裂縫，裂縫1、裂縫2 分布于距左壩肩約6.00，12.00 m 處，裂縫寬1.0～2.0 mm，均橫切壩上下游。裂縫1 在壩前0.70 m、壩后 2.00 m 時尖滅，裂縫 2 延伸 1.50 m 即尖滅。裂縫3 分布于距右壩肩約19.50 m 處，壩頂裂縫寬度為2.0～3.0 mm，裂縫沿壩體向下延伸，裂縫寬度逐漸減小，壩體在141.60 m 高程處裂縫寬 1.0～2.0 mm，以1.0 mm 為主，在 136.80 m 高程處裂縫寬度小于0.2 mm。當水庫蓄水水位超過145.00 m 時，裂縫寬度變小，趨于閉合。低水位壩頂裂縫寬度為2.0～3.0 mm。此次對壩體裂縫處理措施：水位降至冬季最低水位時進行施工，先將裂縫沖洗干凈，再將上下游縫槽進行勾縫，采用環氧乳液微膨脹水泥砂漿進行勾縫，待凝固達到要求強度后，再采用環氧樹脂砂漿進行補強灌漿，灌漿壓力控制在0.3～0.4 MPa，各孔自下而上進行灌漿。此次裂縫處理長度為上游17.00 m，下游18.30 m。

3.3 壩右岸山體護坡加固措施

大壩右壩肩近東西向有1 條大沖溝，致使右壩肩山體較為薄弱，經過長時間雨水沖刷，坡度較陡，巖體較破碎，水土流失嚴重。此次擬對大壩右岸下游高程 124.54～151.83 m 之間，長45.00 m 的岸坡采用保水、固土措施：在高程124.50 m 處新建M10 漿砌塊石擋土墻，高4.00 m、頂寬1.50 m，外坡1.0∶0.5，內坡直立。墻頂至151.83 m 高程做坡，坡比為1.0∶2.0，每隔6.00 m 設置1 道馬道，并在山體兩側設排水溝。

3.4 溢洪道改造措施

此次溢洪道加固設計對開裂混凝土溢流面采用開槽法修補裂縫。根據現場調查，大壩下游河床受水流沖刷已造成沖坑兩處，每個沖坑寬1.50～3.00 m、深 0.60～0.80 m、長 4.00～5.00 m。此次加固采用C15 埋石混凝土回填，回填體積為18.5 m3。

3.5 防水系統改造措施

沖砂孔采用內徑為0.60 m 的鋼管，位于壩內，放水孔中心高程為115.00 m，底高程為114.70 m，壩后連接閘閥銹蝕嚴重，此次加固設計更換沖砂孔?600 mm 閘閥，型號為PZ43H。

引水隧洞進水口設置斜拉閘門啟閉，采用直徑1 300 mm 鋼管與隧洞連接，通氣管采用?350 mm鋼管。此次加固設計方案更換直徑?500 mm 通氣鋼管、更換直徑?65 mm 斜拉桿。加固采用直徑1.50 m 鋼管襯砌，采用M10 水泥砂漿進行縫隙充填，引水隧洞洞身加固處理圖見圖2。

圖2 引水隧洞洞身加固處理圖

3.6 增加觀測設施

此次除險加固對大壩左、右岸安裝水平位移、沉陷觀測設施。 大壩位移觀測標點總共設置4個，左右岸壩頂各2 個，同時設置2 個工作基點、2個后視基點、1 個起測基點和1 個水準基點。大壩布設2 條視準線，每條視準線控制2 個位移標點。各個標點設置要求如下：

1）工作基點宜選在左岸，各工作基點必須設置在較堅硬的地基上，采用現澆C15 混凝土墩，埋置經緯儀托架高1.20 m，確保觀測視線通視良好。

2）后視基點設置在大壩的右岸堅硬地基上，采用強制對中底盤，底盤置于C15 混凝土墩，高度根據地形地勢條件實際確定。

3）每個觀測基點安裝一個強制對中底盤，底座采用C15 混凝土墩，鋼筋與壩頂錨固，離壩面0.30 m。

工作基點結構為C25鋼筋混凝土方錐形柱體，底座尺寸為50 cm×50 cm，頂部尺寸為30 cm×30 cm，安裝托架，柱體高2.35 m，基礎埋深1.30 m。后視基點結構也為C25 鋼筋混凝土方錐形柱體，底座尺寸為36 cm×36 cm，頂部尺寸為30 cm×30 cm，柱體高1.20 m，基礎埋深0.90 m。為便于觀測配備1 套觀測設施：1 臺水準儀、1 臺經緯儀和變形觀測專用銦鋼尺（2.00 m）1 付，并配置1 套固定覘標和1 套活動覘標。

4 結語

除險加固完成后，該水庫各項指標滿足要求，可正常運行。對該水庫進行除險加固工作能有效提高水庫的運行效率，能更好地為本地人民服務，促進本地社會建設、經濟發展；后期對水庫的管理也要加強力度，提高管理人員的風險防范意識和責任心，提高水庫的安全性和穩定性。