梅縣區汶水水庫加固施工方案分析

史志坤

(梅州市威華水利水電建設工程有限公司，廣東 梅州 514000)

1 工程概況

汶水水庫位于廣東省梅縣區白渡鎮汶水村，距梅州市約18km，水庫于1968年竣工投產，是一座以灌溉為主的小(I)型水庫，工程設計灌溉面積1500畝，捍衛下游人口4000多人，耕地2000多畝。本次除險加固后水庫特征水位：汶水水庫正常蓄水位(防洪限制水位)為131.77m(國家85高程，下同)，相應庫容95萬m3，水庫死水位122.11m，相應庫容8.88萬m3，水庫興利庫容866.11萬m3。水庫大壩壩型為均質土壩，壩頂高程為135.40m，壩頂長244m，壩頂寬3.5m，最大壩高19m，迎水坡坡比1∶2.8，背水坡坡比1∶2.5。工程等別為Ⅳ等，主要建筑物為4級(包括大壩、溢洪道、輸水涵管)，次要建筑物為5級。

2 水文地質條件

庫區屬低山丘陵、溝谷地貌，兩岸為較陡峻的山體，河谷呈不對稱“U”字型，兩岸山體(丘陵)較陡峻，坡度40°～65°，植被較發育，主要為雜草和雜木等。山體表層基本為殘坡積土層覆蓋。庫區內無居民點。根據實地觀察，右岸山體較雄厚，左岸為丘陵，巖土層為相對隔水的粉質黏土，不存在庫水繞壩滲漏問題。根據現場長期觀測，當水庫蓄水位較高期間，壩體下游未見有漏水現象。庫區岸坡主要為第四系坡殘積層岸坡，庫岸未發現其它坍岸、泥石流等影響庫岸穩定的不良地質現象，水庫庫岸總體基本穩定。

本項目區所在地屬于亞熱帶氣候區，緯度低，太陽輻射強，日照天數多，平均氣溫高[1]。本項目區緯度低，熱量豐富，4—10月份平均氣溫均在21℃以上，長達7個月之久。汶水水庫區域內雨量豐富，4—9月雨量占比達到70%，其余時間降雨較少。

3 現狀和實施項目分析

3.1 水庫現狀勘察情況

經現場勘察情況表明：①大壩壩頂寬度低于現行規范標準，填土壓實度和滲透系數不滿足規范要求；大壩防滲和反濾排水設施不完善，滲流逸出點高于反濾排水設施頂高程，不滿足規范要求[2]；②大壩溢洪道結構不合理，穿壩拱涵在泄流時存在嚴重安全隱患，溢洪道漿砌石側墻不滿足抗沖要求；溢洪道進口段漿砌石側墻、泄槽漿砌石側墻存在裂縫，泄槽漿砌石側墻面老化和局部已剝落，泄槽溢洪道底板局部存在裂縫；③輸水涵出口退水渠道、壩腳反濾體上部灌溉渠道為近壩建筑物，退水末端護坎坍塌、渠道變形開裂，灌溉渠道存在滲漏現象，不及時維護將對大壩安全造成影響；④上游混凝土護坡排水設施不完善，防浪墻存在裂縫，壩頂排水排向上游壩坡；⑤輸水涵涵頭水封不夠緊閉，涵頭漏水。

3.2 除險加固擬實施項目

上游護坡加設排水孔、下游壩坡培厚、壩體充填灌漿、新建反濾棱體；溢洪道由有閘控制帶胸腔潛孔式穿壩拱涵改造為有閘控制開敞式溢洪道；輸水涵管套管加固、改造輸水涵出口退水渠道和灌溉渠道；下游河岸防護和清淤疏浚；右壩肩小型滑坡體處理；完善大壩安全監測設施。

3.3 建筑物加固施工方案

3.3.1大壩加固

(1)壩前坡

對整個混凝土面板進行加設排水孔，對受溢洪道改建影響和已破損的混凝土面板拆除重建。壩前坡坡比為1∶2.8，考慮到施工澆注方便等要求，重建護坡采用0.12m厚現澆C30混凝土面板，混凝土護坡下設150mm厚的砂石墊層，縱縫間距8m，橫縫間距均4m，采用三氈四油隔縫。為保證水位驟降時壩體上游坡順利排水，本次設計對前坡整個混凝土面板護坡加設排水孔，每板設4孔，孔距、排距均為2m，梅花形布置，采用直徑150mm水鉆鉆孔施工，孔深300mm，排水管采用DN50PVC排水管，單根管長300mm，臨土側管端設置堵頭，在管周采用電鉆鉆直徑5mm的孔，排水孔之間距離30mm，排水孔按照梅花狀布置設計，排水管臨土側采用土工布包扎結實，周邊采用級配砂回填，排水管周邊采用120mm厚C30混凝土封孔。解決原混凝土面板未設置排水孔，局部面板開裂，不利于水位降落期壩前坡壩內滲水的順利排出，從而影響壩坡穩定的問題。

(2)壩頂

大壩壩頂現狀寬度為3.5m，壩頂長度244m，最大壩高19m。壩頂寬度應根據構造、施工、運行和抗震等因素確定[3]，可采用4～6m。考慮水庫運行期防汛搶險的需要[4]，大壩壩頂寬度培厚至5.0m。

壩頂高程為135.40m，防浪墻頂高程為136.05m。壩頂拆除原混凝土路面，重建C25混凝土路面，路面厚200mm，下部設100mm厚6%水泥石屑墊層，對原漿砌石防浪墻進行鑿毛批擋，下游側設路緣石，路面向下游側傾斜2%，壩頂排水排向下游。

對壩體進行充填灌漿，提高壩體的整體性，降低壩體填土滲透系數。本次設計擬于加固后壩頂中心線兩側各設一排灌漿孔，灌漿孔中心線與壩頂中心線的距離0.5m，排距1m，孔距2m，2排灌漿孔錯位布置，灌漿孔入粉質黏土層1m，灌漿壓力小于50kPa。

(3)壩后坡

結合壩頂培厚，本次設計采用下游坡培厚，仍采用兩級坡，中間設1道馬道，馬道高程129.40m，寬度1m，培厚后壩體后坡坡度均為1∶2.5。由于原壩體填土滲透系數為4×10-4cm/s，為保證壩內滲水順暢排出，防止因浸潤線抬高而危及大壩安全，本次設計壩體培厚土料選用壓實后滲透系數接近原壩體填土滲透系數的土料。

由于后坡培厚拆除了原下壩步級，本次設計在下游壩坡新建下壩步級。方便管理人員日常巡視及汛期巡視，步級采用M7.5漿砌石步級，踏步寬375mm，高150mm。

為使壩體內滲水順暢排出，在下游壩坡坡腳設排水棱體，棱體總高度4.5m，棱體頂高程為122.40m，頂寬1.5m，外坡坡比為1∶1.5，內坡坡比為1∶1，并于排水棱體底部設置集滲溝。排水棱體與壩體及壩基接觸面鋪設3層過渡反濾層由內及外分別是300mm粗砂層、300mm小礫石層及300mm礫石小卵石層，棱體坡腳設集滲溝，內空尺寸為0.75m×0.5m(寬×高)。

下游壩坡周邊設順坡向排水溝，與高程129.40m處水平向排水溝、排水棱體外坡腳排水溝共同組成壩面排水系統，排水溝采用C20混凝土結構，內空尺寸為0.3m×0.3m。壩面交通由棱體頂平臺，與順坡向步級組成，步級在壩面中部設置1個。

3.3.2溢洪道加固施工方案

根據溢洪道加固方案比選，本次溢洪道加固方案為：拆除原有穿壩拱涵，改建為開敞式溢洪道，堰頂高程加高1m，即堰頂高程為128.77m，泄洪閘底寬5.8m，過水凈寬4.8m，中墩1m，共2孔2閘，閘門尺寸2.4m×3.5m(凈寬×凈高)。泄槽段、挑流鼻坎段利用原漿砌石泄槽和鼻坎外包C25鋼筋混凝土加固，消能仍采用挑流消能。加固后溢洪道仍位于大壩左岸，由進水渠、控制段、泄槽段、挑流鼻坎組成[5]，具體如下。

(1)進水渠

由于原進水渠前段邊墻存在貫穿斜裂縫，本次對破損部分進行拆除重建，重建進水渠型式為整體式矩形C25鋼筋混凝土明槽。改建溢洪道進水渠順水流方向長13.5m，進水渠底板為傾向上游坡比為1/42的反坡，底板高程為128.45～128.77m，導水墻墻頂高程為134.80m，底板厚度1m，邊墻厚度0.8m。進口段采用曲面導水墻，曲面圓弧半徑為5m，曲面導水墻后接8.5m順直段導水墻至控制段。

(2)控制段

本次設計拆除原穿壩拱涵的拱頂部分，利用現有溢洪道底板和拱涵的立面墻進行內襯C25鋼筋混凝土加固[6]。本次設計溢洪道控制段為有閘控制開敞式寬頂堰，堰頂高程128.77m，控制段寬度為5.8m，順水流方向長度為13m，設2孔2閘，閘門尺寸為2.4m×3.5m(凈寬×凈高)，閘底板厚度為1m，中墩厚度為1m，邊墻厚度為0.8～1.1m，邊墻頂高程為134.80m。水閘中心線位于控制段起點下游3.3m處，水閘上部布置啟閉機房，啟閉機房采用C30鋼筋混凝土框架結構，分2層，第一層為檢修層，層高3.8m，第二層為啟閉機層，層高3m，屋頂為斜屋頂，啟閉房面積35.7m2，尺寸4.8m×8.75m(長×寬)。溢洪道交通橋位于控制段下游邊墻頂部，交通橋橋面高程為135.40m，梁底高程為134.80m。

(3)泄槽段

泄槽段利用原有溢洪道，原底板混凝土鑿毛后和側墻表面批擋鑿除后，采用外包C25鋼筋混凝土的型式進行加固，外包泄槽底板厚度為0.3m，側墻厚度為0.5m，壓頂厚度為0.3m。泄槽段分為2級陡坡，第一級陡坡長14.60m，坡比為1∶18，寬度由5.8m漸變至7m，底板高程為128.77～127.94m，邊墻高程為134.80～131.85m；第二級陡坡長28m，坡比為1∶3，寬度為7m，底板高程為127.94～119.17m，邊墻高程為134.80～121.54m。溢洪道底板接原排水管排水。

(4)挑流鼻坎

結合泄槽段加固，挑流鼻坎段對原鼻坎外包鋼筋混凝土進行加固，挑流鼻坎反弧半徑9.7m，挑流出射角為18°，鼻坎高程為119.23m，邊墻頂高程121.15m。

3.3.3輸水建筑物加固施工方案

本次施工方案對輸水涵進行內襯鋼管，采用套管法施工，套管管徑0.7m，管長90m，管壁厚度為6mm。輸水涵進口采用煙斗涵型式，涵口設鑄鐵閘門和攔污柵。輸水涵出口采用法蘭和異徑三通岔管進行分水，直向接DN700mm的蝶閥作為放空控制閥，放空控制閥下端接退水渠道；側向接DN500mm的蝶閥作為灌溉控制閥。

(1)退水渠道加固

本次設計對原退水渠道進行拆除重建，放空閥下部設置跌水消能池，采用C25鋼筋混凝土結構，消能池寬1.2m，池長7.33m，池高2.2～3.36m，底板及壁厚均為0.5m，池深0.65m。消能池末端為跌水坎，直接跌水至下游河床。下游河床已有C20混凝土護坦進行防護。

(2)灌溉渠道改造

本次設計將灌溉渠道改為埋管型式，斷面型式DN500mmPE管外包C25混凝土，外包混凝土截面尺寸為1.5m×1.5m(寬×高)。管道走向仍沿壩腳方向接至右側的山體，位置下移至新建反濾棱體坡腳2.5m，灌溉管道進口采用DN500mm蝶閥進行控制。PE管進口高程為121.47m，出口高程為120.20m，管長105m。

3.3.4下游兩岸連接建筑物施工方案

本次對下游兩岸連接建筑加固施工方案為：①修復挑坎右側、退水渠道下部坍塌的護擋墻，長度為10m。該護岸擋墻采用M7.5漿砌石，墻頂高程為119.70m，基礎高程為113.90m，墻身高5.8m，墻趾、墻踵寬0.8m，高0.8m，墻身填土側填筑砂礫料反濾層，層厚300mm，墻身排水采用DN75-PVC排水管。②修復挑坎下游河道右岸的破損漿砌石護坡，長度約10m，對其進行拆除重建，仍采用護坡型式M7.5漿砌石擋墻護坡，護坡厚度為500mm，下部設150mm厚的砂石反濾層，護坡設兩道DN50PVC排水孔，排水孔間2m。③下游河道清淤疏浚，本次設計按20年一遇設計洪水對應的下泄流量71.2m3/s，對河道進行清淤，清淤斷面采用梯形斷面，底寬為5m，邊坡坡比為1∶1.5。

3.3.5泄水閘交通橋施工方案

本次水庫加固改造擬對原有溢洪道進行拆除重建，拆除重建后閘頂為開敞式結構，為保障壩頂應急搶險通暢，故在溢洪道(控制段后半段)新建一座交通橋。交通橋長7.6m，單跨，兩側橋臺為閘室邊墩。橋面凈寬4.7m，橋面中心高程135.40m。橋體結構采用C30混凝土。設計荷載150kN，人群荷載3.0kN/m。

4 本工程重點、難點項目分析及技術措施

4.1 淤泥清挖運輸

4.1.1淤泥挖運難點分析

按設計要求，需清挖淤泥數量大，開挖深度大，位置開挖深度深。首先，挖掘機械無法在大壩邊一次清淤，需要2臺或3臺挖掘機下坎傳挖裝車，下坎的挖掘機很可能陷入淤泥里；其次，運輸困難，因場地限制，基坑開挖后，運輸汽車只能一個方向往返，而且，淤泥車不能上路，只能先找一個堆場堆放，吹干水分后，二次裝車外運；最后，堆泥場地不易尋找，效率較低。

4.1.2挖掘機下坎傳挖土方、淤泥的技術措施

盡量就地取材，先將堤邊挖低1～1.5m，用原有壩邊擋土墻塊石、磚渣填筑一段挖掘機施工走道，在磚渣走道上安置履帶位，根據需要鋪上鋼板，便于挖機下坎開挖，防止挖掘機陷入淤泥中；如果磚渣量不夠，則向外購買塊石或石渣，填筑挖掘機走道。

4.2 充填灌漿施工技術控制

灌漿施工前首先確定好充填灌漿施工觀測點，沿汶水水庫大壩軸線每隔10m布設1組觀測標點。做好灌漿施工機械設備、材料、試驗儀器和記錄圖表。正式施工前，在有代表的壩段開展灌漿測試，根據測試結果優化灌漿工藝參數[7]，為大規模作業取得經驗值。按照造孔、制漿、灌漿、終止、封孔的順序依次進行灌漿施工作業。按照先上游后下游，從下至上下管分段灌漿，每段長度控制在5～10m。先稀后濃，做好灌漿施工記錄。

4.3 混凝土模板制作和安裝

4.3.1模板制安難點分析

考慮到汶水水庫附近屬于風景旅游區，對除險加固施工各方面的要求較高；模板制安質量直接關系到壩、交通橋等構筑物的外觀質量。模板的垂直度、直順度，弧形構筑物的平順度的控制，比較困難。

4.3.2模板制安技術措施

該項目采用定型組合鋼模板制模，模板之間用扣件扣穩，兩側模板用螺栓對拉定型，每隔5米設槽鋼骨肋，墻模底用木枋支牢固定，墻模頂兩側對拉，保證模板不移位、不傾斜。

4.4 混凝土澆筑工藝操作技術措施

4.4.1混凝土接口的平順處理

前一次制作和安裝混凝土墻體模板時，要考慮實際混凝土搗澆長度不能過長，以便下次制作模板；混凝土墻體模板拆除時，在上下兩次墻接口處模板，留1～2m模板不拆除，不松支撐，保證制模不露接口，搗混凝土也不露接口。

4.4.2伸縮縫板的垂直度及位置控制

按設計要求，安裝伸縮縫板，支撐牢固，兩面涂浮化瀝青，在搗澆混凝土時，兩邊同時澆注，確保兩邊混凝土的高度相近，避免分縫板扭曲變形、移位，保證分縫直順。

4.4.3混凝土振搗密實控制

每個班組確定2～3位工人參加混凝土搗澆操作的專門培訓，每班由受過培訓工人負責振搗工作，確保混凝土振搗密實、均勻，分層不留縫。

4.4.4施工縫處理

鋼筋混凝土構筑物，需做兩次裝模搗澆時，會留有施工縫。在制墻模時，應用清潔水沖洗干凈；在搗混凝土前，應再次沖洗；然后，基礎面上灑滿純水泥漿，再接著搗混凝土。避免施工縫滲水銹蝕鋼筋。

4.5 回填夯實

4.5.1回填壓實度難點分析

回填土方厚在施工過程中易超厚回填，或者下一層沒壓實壓平，就進行上一層填土；回填土料不符合設計要求，也會造成土方填筑壓實度達不到設計標準；泄水管包扎及反濾體堆制，容易被忽視。

4.5.2回填的技術措施

每一道施工工序開展前，加強現場施工員和作業隊伍、勞務人員安全技術交底，明確回填夯實關鍵技術要點，提升人員業務水平。在回填過程中，先回填壓實一個標準層，抽樣進行土工試驗，達到設計密實度要求，分層回填，保證回填質量。回填壓實方法，人工撒土檢平，壓路機碾壓，不加振，靠近構筑物的回填土夯實，采用蛙式打夯機夯實。

5 結語

根據汶水水庫的具體情況，從水庫的安全鑒定情況、地質條件、施工現場條件等方面合理選擇汶水水庫大壩的加固施工方案。汶水水庫投入運行3年以來，經歷2022年超10年一遇洪水考驗，水庫運行穩定，各項指標符合設計規范要求。實踐證明，該工程除險加固施工方案合理有效，未發生質量安全事故，也沒有發生滲流現象，成效良好。施工中要按照水庫建設單位時間節點要求，結合現場施工條件和設備物資資源，進一步完善水庫除險加固實施方案，編排施工計劃，合理優化施工工序，提高施工效率，才能確保整個汶水水庫除險加固工程施工整體可控，符合規范要求。