水利水電工程師水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)及管理

1工程概況

壩體土局部含有鈣質(zhì)結(jié)核與碎石，填土干密度較低，填筑質(zhì)量較差;筑壩時(shí)對(duì)壩基覆蓋層及強(qiáng)風(fēng)化層清除不徹底，形成滲漏通道，影響水庫(kù)的正常運(yùn)行。灌溉洞設(shè)在大壩中部，為半圓拱無壓洞，進(jìn)口由錐形球閘控制，卷?yè)P(yáng)機(jī)斜攔鋼絲繩啟閉。涵洞長(zhǎng)80m，洞寬1.2m，高1.7m，進(jìn)口底板高程720m，縱坡1/200，最大泄量為1.0m3/s。大壩建成蓄水初期，由于壩體填土質(zhì)量差，左側(cè)壩體有明顯沉陷，最大沉陷為70cm，大壩沉陷導(dǎo)致灌溉洞進(jìn)口混凝土體斷裂，產(chǎn)生漏水現(xiàn)象;灌溉洞側(cè)墻砌石部分砂漿脫落，涵洞內(nèi)有多處縱橫向裂縫，距進(jìn)口1m處有兩條縱向裂縫，寬1cm～4cm，長(zhǎng)15m左右;錐形球閘及卷?yè)P(yáng)機(jī)由于多年運(yùn)行，損壞老化嚴(yán)重，止水功能失效，漏水嚴(yán)重。溢洪道位于大壩右側(cè)，為開敞式溢洪道，進(jìn)口底高程733.2m，設(shè)四孔砌石拱工作橋，斷面凈寬26m，總長(zhǎng)90m，消能形式為陡坡挑流消能，陡坡段長(zhǎng)20m，坡比1:3。設(shè)計(jì)最大泄量630m3/s。溢洪道與大壩連接處岸坡滲漏明顯，整個(gè)岸坡潮濕，滲漏量大;溢洪道底部清基不徹底，有砂卵石層，沿溢洪道底部有滲流現(xiàn)象，溢洪道進(jìn)口處護(hù)砌太短，右岸坡有明顯坍塌現(xiàn)象。水庫(kù)管理房破損嚴(yán)重;水庫(kù)無必要的觀測(cè)設(shè)施。

2工程建設(shè)任務(wù)

由于歷史原因，大壩建成后就存在諸多隱患，因此，水庫(kù)自建成后就是一座“病庫(kù)”。經(jīng)過35年帶病運(yùn)行，經(jīng)復(fù)核水庫(kù)現(xiàn)狀壩高滿足三十年一遇設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)，三百年一遇校核洪水標(biāo)準(zhǔn)，但溢洪道基礎(chǔ)滲漏嚴(yán)重;下游壩坡的穩(wěn)定安全系數(shù)小于允許值，壩體有明顯沉陷，對(duì)大壩安全構(gòu)成威脅;壩基施工時(shí)未對(duì)壩基風(fēng)化層進(jìn)行清理，滲漏量較大，有可能發(fā)生管涌。大壩缺少安全監(jiān)測(cè)設(shè)施、滲流觀測(cè)設(shè)施、通訊設(shè)施落后、無水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)、防汛搶險(xiǎn)道路不暢通、管理設(shè)施薄弱等諸多問題，嚴(yán)重影響大壩正常安全運(yùn)行。因此，2008年6月，大壩被鑒定為三類壩，屬病險(xiǎn)水庫(kù)。若不及時(shí)對(duì)大壩進(jìn)行加固處理，勢(shì)必影響壩體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和工程安全。水庫(kù)防洪保護(hù)范圍包括汾村、下院等13個(gè)村莊1.2萬多口人、1萬畝耕地、25家企業(yè)及聞垣公路，區(qū)域內(nèi)人口稠密、農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)、工業(yè)興旺。如水庫(kù)潰壩一旦發(fā)生，必將造成巨大損失，下游的公路、農(nóng)田、工礦企業(yè)及沿岸13個(gè)村莊，將被淹沒，經(jīng)濟(jì)將受到嚴(yán)重影響。因此，對(duì)三河口水庫(kù)大壩進(jìn)行除險(xiǎn)加固是非常必要的。三河口水庫(kù)除險(xiǎn)加固的主要內(nèi)容為：對(duì)大壩防滲加固處理;對(duì)大壩上游壩面塌陷部位、下游壩面進(jìn)行培厚;對(duì)溢洪道進(jìn)口基礎(chǔ)進(jìn)行防滲處理，對(duì)溢洪道側(cè)墻進(jìn)行修復(fù);對(duì)灌溉洞進(jìn)口及洞身進(jìn)行維修加固;對(duì)進(jìn)水口錐形球閘、啟閉機(jī)進(jìn)行更換;對(duì)壩頂?shù)缆愤M(jìn)行硬化，對(duì)防浪墻進(jìn)行修復(fù);增加大壩滲流及變形觀測(cè)設(shè)施;對(duì)水庫(kù)管理站進(jìn)行改造。

3工程加固設(shè)計(jì)

3.1工程等別及標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及防洪標(biāo)準(zhǔn)》(SL252—2000)規(guī)定，該工程等別為Ⅳ等，主要建筑物級(jí)別為4級(jí)，次要建筑物級(jí)別為5級(jí)。樞紐建筑物的洪水標(biāo)準(zhǔn)為：設(shè)計(jì)為三十年一遇，校核為三百年一遇，泄水建筑物消能防沖設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為二十年一遇。根據(jù)《中國(guó)地震動(dòng)峰值加速度區(qū)劃圖》(GB18306-2001圖A1)和《水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL203-97)第1.0.6條規(guī)定，大壩及建筑物設(shè)防烈度為Ⅶ度。

3.2分部分項(xiàng)工程設(shè)計(jì)

下游壩坡培厚經(jīng)大壩穩(wěn)定計(jì)算復(fù)核，大壩下游壩坡安全系數(shù)小于規(guī)范允許值，需進(jìn)行加固處理。工程主要對(duì)下游壩坡進(jìn)行培厚，新修排水溝及下游壩腳棱體排水。大壩上游壩坡主要進(jìn)行陷坑處理。大壩迎水坡塌陷坑位于灌溉洞頂部，樁號(hào)0+105～0+150段，高程在729m～732.3m之間，沿壩軸線走向呈長(zhǎng)條形，長(zhǎng)45m，寬10m，最大沉陷深0.7m，面積315m2。在溢洪道與右壩肩之間有長(zhǎng)約80m的卵石層滲漏段，高程在726m～735.5m之間，工程對(duì)溢洪道與右壩肩之間80m滲漏段采用鋪設(shè)復(fù)合土工膜進(jìn)行防滲，復(fù)合土工膜鋪設(shè)時(shí)與大壩上游坡面土工膜連為一體，范圍為733.2m～721m之間。由于溢洪道進(jìn)口護(hù)砌不夠，受洪水淘刷，岸坡已部分坍塌。本次對(duì)進(jìn)口進(jìn)行護(hù)砌，長(zhǎng)12m，護(hù)砌總高度為2m～7.5m;對(duì)溢洪道進(jìn)口段底板采用M7.5水泥砂漿砌石護(hù)砌，厚0.5m。溢洪道陡坡段位于砂礫石基礎(chǔ)上，為了減小底板揚(yáng)壓力，在陡坡下部設(shè)排水減壓孔，孔距2m，排距2m，梅花形布置，排水孔孔徑為φ100mm，孔內(nèi)填設(shè)反濾土工布及豆石料。根據(jù)《三河口水庫(kù)大壩安全鑒定評(píng)價(jià)報(bào)告》，因大壩沉陷導(dǎo)致灌溉洞進(jìn)口混凝土斷裂滲漏;涵洞側(cè)墻砌石部分砂漿脫落，內(nèi)有三條縱向裂縫，裂縫部位有滲水，危及大壩的安全運(yùn)行。本次將灌溉洞進(jìn)口拆除重建，為現(xiàn)澆C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，進(jìn)口為兩孔，單孔凈寬0.9m，側(cè)墻厚0.3m，長(zhǎng)4.2m，高4.15m;對(duì)涵洞全斷面采用內(nèi)襯C25鋼筋混凝土進(jìn)行加固，厚0.15m，并對(duì)其涵洞進(jìn)行回填灌漿。此外，需要對(duì)觀測(cè)設(shè)施等進(jìn)行完善，增加大壩浸潤(rùn)線、滲透壓力和位移觀測(cè)設(shè)施;對(duì)壩頂路面、防浪墻、水庫(kù)管理站進(jìn)行修復(fù)改造。

4工程施工組織管理

三河口水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程的施工場(chǎng)地，主要分布在主壩上。該水庫(kù)距縣城30km，水庫(kù)壩址現(xiàn)有8km公路與后宮鄉(xiāng)連接，路況較好，滿足施工運(yùn)輸?shù)囊?。施工用電，可就近從附近村莊接線。工程施工用水可直接從庫(kù)中抽取，生活用水可架管道從附近水井引用。工程所需的水泥、鋼材、炸藥、汽(柴)油、木材由聞喜縣城采購(gòu)供應(yīng)，運(yùn)距30km。工程所需的毛塊石料、碎石料及砂料可用水庫(kù)下游河谷及兩岸的塊石，巖性主要為花崗巖、灰?guī)r。經(jīng)過加工可作為粗骨料及細(xì)骨料使用，質(zhì)量較好，儲(chǔ)量大，交通方便，開采條件好，運(yùn)距為2km。砂料可選用河底料場(chǎng)的砂料，距離大壩20km。本工程施工導(dǎo)流只須解決基流導(dǎo)流，清水流量約為0.08m3/s。根據(jù)大壩實(shí)際情況，利用大壩原有的灌溉洞導(dǎo)流，在第一年春澆完后泄空水庫(kù)，到汛期過后，進(jìn)行壩前淤泥開挖，就近堆放與大壩平行形成自閉圍堰，以攔蓄少量清水以備施工使用，多余河水用一根直徑為40cm的鋼管導(dǎo)入灌溉洞后流入河槽。三河口水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程的主體工程為大壩防滲加固處理、大壩上游護(hù)坡塌陷部位及壩坡護(hù)腳處理、溢洪道基礎(chǔ)進(jìn)行防滲處理、灌溉洞進(jìn)行加固、壩頂防浪墻修復(fù)、大壩滲流變形及水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)、管理站改造等工程建設(shè)。根據(jù)工程特點(diǎn)，該工程總工期為一年，施工天數(shù)365天。

5結(jié)論

在工程設(shè)計(jì)施工過程中，要堅(jiān)持和諧管理、和諧施工的理念。該水庫(kù)的除險(xiǎn)加固不但可以充分發(fā)揮其綜合效益，而且有利于進(jìn)一步增強(qiáng)區(qū)域抵御自然災(zāi)害的能力。

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