蔡宜洲 陳傳林

(三峽大學(xué)，湖北 宜昌 443000)

五峰南河水庫(kù)除險(xiǎn)病害特征及除險(xiǎn)加固措施

蔡宜洲 陳傳林

(三峽大學(xué)，湖北 宜昌 443000)

南河水庫(kù)始建1976年，于1986年完成大壩主體工程，受當(dāng)時(shí)施工技術(shù)條件限制，水庫(kù)運(yùn)行近20年后，水庫(kù)存在諸多不安全隱患。本文以南河水庫(kù)為例，闡述了水庫(kù)存在的病害問(wèn)題，提出了相應(yīng)的處理措施，基本能夠滿(mǎn)足水庫(kù)樞紐的正常運(yùn)行，為水庫(kù)發(fā)揮社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。

南河水庫(kù);滲漏;灌漿;除險(xiǎn)加固

引言

我國(guó)目前已建成各類(lèi)水庫(kù)大壩8.8萬(wàn)余座［1］，由于年久失修或者設(shè)計(jì)不合理及自然災(zāi)害的影響，其中有4.7萬(wàn)余座為病險(xiǎn)水庫(kù)，約占水庫(kù)大壩總數(shù)的53%左右［2］。針對(duì)這些病險(xiǎn)水庫(kù)大壩，我國(guó)開(kāi)展了有計(jì)劃分步實(shí)施的除險(xiǎn)加固工作，并取得了一定的成果，但是也存在一些問(wèn)題，其中較典型的就是除險(xiǎn)加固方案的優(yōu)選。大部分水庫(kù)屬于病險(xiǎn)水庫(kù)，對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)環(huán)境的破壞和致災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)逐年增大，嚴(yán)重威脅社會(huì)穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)發(fā)展［3］，我國(guó)水庫(kù)病害主要包括水庫(kù)防洪不安全、抗震不安全、大壩結(jié)構(gòu)不安全、大壩滲流不安全、輸水及泄洪建筑不安全、金屬結(jié)構(gòu)和機(jī)電設(shè)備不安全、管理設(shè)備不安全等七個(gè)方面［4］。本文以五峰南河水庫(kù)為例，分析水庫(kù)現(xiàn)狀存在病害特征，針對(duì)水庫(kù)病害提出相應(yīng)的處理措施。

1.工程概況

南河水庫(kù)位于湖北省宜昌市五峰土家族自治縣漁陽(yáng)關(guān)鎮(zhèn)田家坪村，攔截長(zhǎng)江一級(jí)支流洈水流域的南河水系。壩址以上承雨面積44.0km2，主河道長(zhǎng)9.0km，河道坡降156.0‰?？値?kù)容193萬(wàn)m3，水庫(kù)發(fā)電裝機(jī)320KW。南河水庫(kù)是一座以灌溉為主，兼有防洪、水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合效益的小 (1)型水庫(kù)。水庫(kù)樞紐主要由攔河大壩、壩頂溢洪道、左壩下輸水管、廠(chǎng)房等建筑物組成，大壩、溢洪道、廠(chǎng)房為4級(jí)建筑物，其他建筑物為5級(jí)。

2.水庫(kù)病害特征

該水庫(kù)原由五峰水電局設(shè)計(jì)，宜昌水電局批準(zhǔn)興建，是建國(guó)后五峰土家族自治縣第一座小 (1)型水庫(kù)。水庫(kù)1978年10月動(dòng)工興建，1986年因資金短缺停工，1999年工程開(kāi)始進(jìn)入水庫(kù)續(xù)建加固設(shè)計(jì)。在整個(gè)建設(shè)過(guò)程中，未作地勘工作，僅進(jìn)行了庫(kù)區(qū)地形圖測(cè)繪就倉(cāng)促上馬，其設(shè)計(jì)工作不能滿(mǎn)足現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)調(diào)查，南河水庫(kù)存在的問(wèn)題主要有:(1)防洪能力不足。經(jīng)校核，溢流堰流量系數(shù)小，過(guò)流能力低，通過(guò)設(shè)計(jì)洪水 (重現(xiàn)期為30年一遇)時(shí)，洪水流量為518.99m3/s，堰頂水位586.32m，當(dāng)通過(guò)重現(xiàn)期200年一遇洪水時(shí)，流量為1131.73m3/s，堰頂水位為588.41m，超過(guò)非溢流壩高程，在運(yùn)行期間已發(fā)生洪水漫頂現(xiàn)象;(2)溢洪道挑流鼻坎較短，挑距亦較短，小流量的下泄水流完全跌落壩身，沖刷壩體;下泄大流量洪水時(shí)，由于水流的向心影響，造成壩后沖坑深度較大，目前實(shí)測(cè)沖坑度已達(dá)8.4m，且壩址處被淘刷，近壩處淘深約1.0～1.5m，已危及壩體安全;(3)壩滲漏水嚴(yán)重;(4)壩址基巖裂隙構(gòu)造較為發(fā)育。在作壩肩已發(fā)現(xiàn)有一條沿裂隙發(fā)育的滲漏通道，造成左壩肩漏水，右岸有一滲漏點(diǎn)。(5)灌溉輸水鋼管與襯砌混凝土未進(jìn)行防滲處理，漏水嚴(yán)重;(6)閘門(mén)銹蝕嚴(yán)重，啟閉設(shè)施老化;(7)安全監(jiān)測(cè)設(shè)施不完善，管理設(shè)施落后，放汛道路標(biāo)準(zhǔn)低。

3.水庫(kù)加固措施

3.1 大壩加固設(shè)計(jì)

大壩為單曲拱壩，主要的除險(xiǎn)加固項(xiàng)目有:①加高壩頂部分非溢流壩段壩體、改造溢洪道溢流堰、壩體防滲灌漿、壩基帷幕灌漿和增設(shè)壩頂交通橋等。非溢流壩壩頂采用C20砼澆筑至壩頂高程589.30m，寬度為現(xiàn)有壩頂寬度3.30m。壩頂上下游均設(shè)置1.20m高的不銹鋼欄桿。②對(duì)于拱壩滲漏問(wèn)題，采用“上阻下排”的原則。壩體灌漿布孔，在漏水壩段沿壩頂中心線(xiàn)，單排布置，以孔距2m，孔深鉆至漏水部分以下1-2m。壩體與基巖接觸部分和壩基灌漿，采用在上游壩腳打斜孔灌漿堵漏。

3.2 壩基加固設(shè)計(jì)

壩基帷幕灌漿防滲采用自壩頂鉆孔進(jìn)行基礎(chǔ)帷幕灌漿。由于壩體采用帷幕灌漿防滲，因此，基礎(chǔ)帷幕灌漿軸線(xiàn)與壩體灌漿軸線(xiàn)重合，利用壩體鉆孔灌漿平臺(tái)進(jìn)行帷幕灌漿施工，將基礎(chǔ)防滲和壩體防滲結(jié)合，形成封閉防滲系統(tǒng)。帷幕灌漿軸線(xiàn)基本平行拱壩軸線(xiàn)布置，兩岸布置灌漿平洞，左右岸平洞各長(zhǎng)40m。帷幕單排布置孔距2m。大壩防滲帷幕下限550.00m，孔深12.05～40.00m，壩體、壩基帷幕灌漿總進(jìn)尺3506m。

3.3 溢洪道加固設(shè)計(jì)

南河拱壩溢洪道為壩頂無(wú)閘控制泄洪表孔，水庫(kù)溢洪道位于大壩中間，型式為開(kāi)敞式溢洪道，進(jìn)口高程為582.80m，寬度35.60m，采用挑流式消能結(jié)構(gòu)，最大下泄流量801.00m3/s。由于原溢洪道挑流鼻坎過(guò)短，挑距過(guò)近，造成大壩泄洪時(shí)，對(duì)壩體、下游河床和岸坡的沖刷破壞較大。針對(duì)溢洪道存在的問(wèn)題，溢洪道采用保持溢洪道堰頂高程不變，拆除原溢流堰堰面，重建溢洪道溢流堰，改善泄流條件，根據(jù)防洪復(fù)核結(jié)果增加壩頂高程至589.30m。堰面曲線(xiàn)采用WES冪曲線(xiàn)，堰面曲線(xiàn)下接反弧段，采用挑流鼻坎挑流消能，改善對(duì)下游壩腳的沖刷，反弧段半徑為2.5m，鼻坎頂高程為579.98m，挑射角度為25°。根據(jù)壩頂交通橋要求，溢洪道頂部橋墩水平長(zhǎng)度為3.0m，橋墩厚度為0.5m，采用等厚型式，進(jìn)口為半圓型，出口為矩形。橋墩采用C25鋼筋混凝土澆筑，人行橋路面采用C20鋼筋混凝土澆筑，厚0.2m，堰體采用C25混凝土澆筑。

3.4 下游消能防沖設(shè)計(jì)

南河大壩采用挑流消能，下游河床表部為5.50m厚的碎塊石，抗沖刷極差，其下部及近壩處為大冶組下段灰?guī)r夾頁(yè)巖，巖層產(chǎn)狀90°＜24～26°，其間夾頁(yè)巖性軟，為軟弱結(jié)構(gòu)面，且裂隙發(fā)育有可能被沖刷剪斷，危機(jī)大壩。為解決下游的抗沖刷問(wèn)題，采用先清楚塘內(nèi)淤積的泥沙和雜物，開(kāi)挖表層覆蓋物至基巖面，清洗基巖面，采用漿砌石覆蓋，覆蓋厚度為下游河床面高程一下1.0m，漿砌石上至河床面采用1.0m厚C20混凝土保護(hù)，采用錨桿將護(hù)坦的混凝土與漿砌石錨固于基巖。護(hù)坦長(zhǎng)度按消能防沖洪水標(biāo)準(zhǔn)20年一遇時(shí)下泄挑距加安全距離確定，護(hù)坦確定長(zhǎng)度為11.0m。

3.5 輸水設(shè)施加固設(shè)計(jì)

輸水鋼管布置在左岸壩體內(nèi)，輸水鋼管為圓形斷面，直徑為0.88m，長(zhǎng)13.0m，進(jìn)口高程為555.0m，在壩后采用蝶閥控制。輸水管運(yùn)行20多年，現(xiàn)在已經(jīng)銹蝕，由于混凝土澆筑質(zhì)量和鋼材的繼續(xù)銹蝕問(wèn)題，造成輸水管滲漏嚴(yán)重。根據(jù)實(shí)際情況和節(jié)約投資，采用將壩體埋管出口部分鑿?fù)?，鑿?fù)诤穸葹?0cm，重新埋設(shè)輸水管與原管焊接，在輸水鋼管出口采用閘閥控制，更換閘閥并增設(shè)一道檢修閘閥和閘閥室。出口段鋼管外包0.5m厚C20混凝土，鋼管末端接渠道，出口流速較大，增設(shè)消力坎。

3.6 防汛道路加固設(shè)計(jì)

水庫(kù)現(xiàn)有防汛公路起點(diǎn)為大壩左岸壩肩處，為村級(jí)公路，長(zhǎng)度為2km，路基寬4.5m，無(wú)路面結(jié)構(gòu)，結(jié)合水庫(kù)樞紐主體工程除險(xiǎn)加固，按鄉(xiāng)級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)整修路基，泥結(jié)石路面，以利于防洪搶險(xiǎn)。本次路面結(jié)構(gòu)自路基以上依次為15cm厚碾壓碎石墊層、15cm厚C10水泥穩(wěn)定層、20cm厚混凝土路面，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C25。路面混凝土設(shè)橫向伸縮縫，間距為5cm，采用瀝青灌縫，全線(xiàn)路肩寬度0.5m，采用漿砌石砌筑。

3.7 工程觀(guān)測(cè)設(shè)計(jì)

南河水庫(kù)為Ⅳ等工程，大壩為4級(jí)建筑物，大壩安全監(jiān)測(cè)采用人工觀(guān)測(cè)和巡視檢查，工程監(jiān)測(cè)只對(duì)水位觀(guān)測(cè)和滲流量觀(guān)測(cè)。水位觀(guān)測(cè)在上游壩面高程設(shè)置水尺進(jìn)行觀(guān)測(cè);滲流量為壩體滲流量，在壩下游壩腳集水溝的出口處設(shè)三角堰觀(guān)測(cè)總滲流量，觀(guān)測(cè)壩體和壩基滲漏量。

4.結(jié)論

南河水庫(kù)是一座灌溉為主，兼有發(fā)電、防洪、養(yǎng)殖等綜合利用效益的小 (1)型水庫(kù)。水庫(kù)自1978年開(kāi)始興建，1986年完成壩體主要工程，水庫(kù)樞紐建筑物存在質(zhì)量問(wèn)題，致使水庫(kù)不能充分發(fā)揮灌溉、防洪、發(fā)電等方面的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。經(jīng)過(guò)除險(xiǎn)加固處理后，南河水庫(kù)能夠消除安全隱患，發(fā)揮應(yīng)有的設(shè)計(jì)效益。南河水庫(kù)運(yùn)行多年，促進(jìn)漁洋關(guān)鎮(zhèn)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，緩解水庫(kù)下游地區(qū)地區(qū)防洪壓力，增加了9000畝耕地的灌溉用水水源，使得水庫(kù)灌區(qū)農(nóng)田保證穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)，保障了水庫(kù)蓄水發(fā)電效益，獲得了豐碩的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

［1］孫繼昌.中國(guó)的水庫(kù)大壩安全管理 ［J］.中國(guó)水利，2008，20:10-14.

［2］陳雷.加大工作力度 強(qiáng)化建管責(zé)任 著力做好小 (2)型病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固工作 ［J］.中國(guó)水利，2011，08:1-4.

［3］嚴(yán)祖文，魏迎奇，張國(guó)棟.病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固現(xiàn)狀分析及對(duì)策［J］.水利水電技術(shù)，2010，10:76-79.

［4］鈕新強(qiáng).水庫(kù)病害特點(diǎn)及除險(xiǎn)加固技術(shù)［J］.巖土工程學(xué)報(bào)，2010，01:153-157.

蔡宜洲 (1968—)，男，漢族，湖北省荊州市，副教授，單位:三峽大學(xué)，研究方向:水利工程施工技術(shù)。陳傳林 (1990—)，男，漢族，湖北省麻城市，在讀研究生，單位:三峽大學(xué)，研究方向:流體力學(xué)(水利工程)。