燕山水庫除險加固方案設計

王 飛

（江西省永修縣水利局農電站,江西 九江 330300）

不同除險加固方案存在不同的風險,從技術、經濟、工期、安全、施工便利性等方面綜合分析,能夠設計出最佳的方案[1]。病險水庫因建設標準低、水庫設施老化等因素導致其滲水、結構強度不足,致使水庫整體的安全儲備不強。因此,結合燕山水庫現狀,分析病險成因,綜合技術、經濟、施工等因素予以比選分析,優化設計方案。

1 工程概況

燕山水庫是一座以灌溉、供水為主,兼顧防洪、發電等綜合效益的小（1）型水利樞紐工程。水庫總庫容284×104m3,設計灌溉面積0.6萬畝,工程為Ⅳ等水利工程。

永修縣水利局根據大壩安全鑒定結論,結合歷年加固處理資料及運行情況和大壩安全論證報告,提出了《燕山水庫大壩安全鑒定報告書》,報告書確定燕山水庫大壩為三類壩,建議對其盡快進行除險加固。

2 水庫病險

2.1 大壩存在的主要問題

根據對大壩地質勘查、安全鑒定及本次安全復核發現,燕山水庫大壩存在以下主要問題：大壩上游側砼防滲面板表層砂漿局部脫落,壩體下游面施工縫存在多處滲水析鈣現象,堰面砂漿局部存在龜裂,消能護坦末端產生沖坑和積水,壩下灌溉放空涵管出口消力池砼底板局部存在破損,灌溉放空涵管出口閘閥銹蝕,止水不嚴,有少量漏水。

2.2 壩體滲流復核

（1）下游壩坡存在裂縫和漏水點,其中樁號0+103、0+078、0+095、0+119.4等漏水點存在明顯的漏水痕跡,117.80 m高程以下壩面潮濕處有一定程度的滲漏,壩面有較多游離鈣析出。

（2）根據檢測資料初步分析,盡管上游混凝土防滲面板厚度及標號滿足現行規范要求,但水平施工縫處理不到位,止水效果不佳,存在滲水現象導致其在溫度降落和水力作用下使施工縫擴張,對大壩的滲流及結構安全產生一定的影響。

2.3 基礎滲流安全復核

根據鉆探發現,大壩坐落于中～強風化泥質板巖上,板巖透水率10.81 Lu,屬中等透水,壩體中部壩基處由于溢流壩段泄水沖刷及壩基滲水,巖體結構發生變化,巖體防滲性能差。壩體與基礎接觸面在2011 年除險加固工程中采用了混凝土防滲面板加固措施,現狀壩基滲漏問題得到一定程度的改善。

2.4 壩肩滲流安全復核

壩肩及近壩庫岸為剝蝕低山斜坡地貌,均為巖質邊坡。左壩肩岸坡坡度70°左右,近壩庫岸水位線以上坡度45°～60°,覆蓋層厚約1 m,主要為松散的土夾風化碎石,植被良好。水位線以下岸坡陡峻,坡度70°左右,基巖裸露,坡面及坡麓見少量崩塌撒落的碎石堆積。右壩肩岸坡及近壩庫岸陡峻,水位線以上坡度50°～60°,庫岸覆蓋層厚僅0.5 m,為松散的風化碎石土。壩址兩岸未見大的斷層發育,壩肩厚實,庫岸發生大規模崩塌、滑坡的可能性不大,庫岸較穩定。壩肩巖體強～中等風化深度4 m～5 m,裂隙較發育,巖體較破碎,巖層向右下游緩傾。風化巖層具中等透水性,因此為提高巖體整體穩定性,減少基巖面滲透壓力增加抗剪摩擦系數,2011年除險加固工程對壩體與壩肩結合部兩拱座進行了固結灌漿處理,現場檢查時未出現繞壩滲流現象。

3 大壩除險加固

3.1 大壩防滲加固方案

針對大壩現狀存在的問題,結合工程的實際情況,大壩防滲加固設計考慮兩種方案：方案一：改變大壩防滲型式,對大壩埋石砼壩體進行充填灌漿增強壩體防滲性能；方案二：壩體仍采用防滲面板型式,即在壩體上游面重新加設砼防滲面板。

3.1.1 方案一：壩體充填灌水泥漿

為解決大壩滲漏問題,對大壩壩體采用鉆孔灌水泥漿進行充填密實,要求灌后壩身透水率q≤5 Lu,從而利用壩體本身進行防滲。本次設計從壩頂垂直向下鉆孔進行充填灌漿,壩頂垂直灌孔布置1排,孔距2 m,受壩頂寬度限制,為便于施工設備架設,可拆除壩頂下游側欄桿,完工后再增設欄桿。灌漿孔軸線距上游壩面防浪墻0.5 m,最大孔深19.1 m,灌漿孔底高程伸入壩基線以下0.5 m。

3.1.2 方案二：重新加設上游防滲面板

該方案考慮在大壩上游面重新加設C25 砼防滲面板,徹底解決壩身防滲問題。新建防滲面板緊貼現狀大壩上游壩面,上至壩頂,下至壩腳趾板。對大壩上游壩面增設C25 砼防滲面板,頂部厚0.4 m,底部1.0 m,砼防滲面板與老壩體采用錨筋錨固,于壩面上按150 cm×150 cm方格角點鉆孔,埋設Ф22 的Ⅱ級錨筋,孔內采用水泥漿摻入錨固劑錨固,錨筋深入壩體長度不小于1m,同時不小于防滲面板厚度,錨筋前端至防滲面板10 cm,焊接Ф14 鋼筋網,縱橫間距20 cm×20 cm,立模澆筑C25 砼防滲面板。防滲面板每隔10 m設置一橫縫,銅片止水,瀝青杉板填縫。

3.2 大壩除險加固方案比選

上述兩種防滲方案的主要區別在于壩體的防滲型式不同,現從工程加固的地形條件、施工條件及難易程度、加固效果、工程投資等幾個方面,對兩種方案進行比較和選擇。

3.2.1 工程加固地形條件

工程加固的地形條件主要是指加固方案對工程現狀的適應性。方案一對壩體進行充填灌漿,從壩頂及下游壩面進行鉆孔實施,加固處理位置比較明確,但本工程大壩較高,下游壩面鉆孔施工平臺搭設難度較大；方案二是在上游壩面加設砼防滲面板,新面板必須與現壩面緊密結合,對于已建且較高的拱壩而言,面板立模、澆筑均比較困難；故兩種加固方案對工程現狀的適應性各有自身特點,難分伯仲。

3.2.2 工程施工條件及難易程度

從施工導流及工期安排條件來看,方案一施工受庫區水位影響較小,只要燕山水庫保持較低水位即可,而方案二施工工期較緊張,防滲面板趾板的施工需放空水庫,并需要做好施工圍堰、施工導流,但由于水庫為供水水源,水庫放空無法滿足供水需求,新加防滲面板施工工藝較繁雜,有清除壩前淤泥、基礎開挖、修建進庫施工公路、面板施工的腳手架搭設等,各工序相互干擾,壩基灌漿施工工期安排較緊張。因此,從工程施工條件及難易程度來看,方案一較優。

3.2.3 除險加固效果

方案一主要是對壩體空隙進行充填灌漿,達到充填密實,增強壩體自身的防滲性能,屬于補強措施,且灌漿施工為隱蔽施工,施工質量不易控制,效果不徹底。而方案二則更為直觀可靠,施工質量可以更好地得到控制,防滲效果更徹底,壩體厚度的加大也增強了壩體結構的安全度。因此,方案二即加設面板方案防滲效果更好,安全度高。

3.2.4 工程投資

經計算,方案一建安工程投資約334 萬元,方案二建安工程投資約677 萬元,因此,方案一比方案二節省了約343萬元,即方案一較優。

3.3 方案設計

綜上所述,壩體充填灌漿方案較優,其工程實施適應性較好,施工難度較小,工程直接投資較少,只是在工程實施過程中,必須加強灌漿效果檢測,適時調整有關施工參數。因此,本階段大壩防滲加固推薦方案一,要求灌后壩身透水率q≤5 Lu,利用壩體本身防滲。同時,針對大壩上游側砼防滲面板表層砂漿局部脫落問題,本次設計對大壩上游側砼防滲面板局部砂漿剝落和施工縫進行補強處理,采用環氧砂漿抹面修補。

3.4 大壩安全監測設計

現狀工程無安全觀測設施,本次設計增設位移觀測設施、滲漏觀測設施等。

（1）水平、垂直位移觀測基點：位于大壩兩壩肩上、下游各設置一個位移觀測基點,共4個水平、垂直位移觀測基點。

（2）壩頂水平位移標點：大壩壩頂設4個水平位移標點,分別位于大壩及溢流壩兩側壩頂。

（3）拱端壩體位移標點：拱端壩體位移標點位于大壩兩壩端下游壩體上,監控拱端變形位移。

（4）拱端基巖位移標點：拱端基巖位移標點位于大壩兩壩端壩體下游基巖上,監控基巖在拱端荷載作用下的變形位移。

（5）撓度觀測標點：均勻分布于下游壩面中部,監控大壩的變形撓度。

（6）兩岸滲漏量觀測點：設置于兩岸下游,監控繞壩滲流。

4 結語

水庫除險加固設計方案要綜合考慮病險程度、壩體蓄水安全及周邊環境影響,嚴格遵循技術可靠、經濟可行及施工安全便利的原則優化設計方案,發揮水庫工程應有的效益。燕山水庫各項除險加固措施均達到了設計目的,有效解決了水庫滲漏,同時恢復和改善了水庫綜合功能,加固方案和思路可為類似工程提供參考。