張亞莉

(甘肅省水利廳水利管理局，730000，蘭州)

南營水庫險情分析及除險加固技術方案研究

張亞莉

(甘肅省水利廳水利管理局，730000，蘭州)

水庫；除險加固分析；處理方案

一、大壩工況及險情分析

南營水庫位于甘肅省武威市金塔河干流出口處，距武威市18km，是一座以防洪為主，兼顧灌溉、發(fā)電等綜合效益的中型水庫。水庫始建于1958年，1960年停建，1969年進行二次施工，1970年建成蓄水，水庫樞紐主要由主壩、副壩、壩下輸水涵管、左岸泄洪洞、排沙泄洪洞、輸水洞及壩后電站等組成。主壩為壤土厚心墻砂礫石壩，總庫容為2 000萬m3，最大壩高39.6 m。由于受當時施工條件的限制，施工中對截水墻清基不徹底，水庫滲漏嚴重，曾先后進行過3次保壩加固。主壩最大壩加高到46.0 m，斜墻頂高程1 941.70 m，壩頂高程1 943 m，壩頂設1m高防浪墻，達到現(xiàn)狀規(guī)模。南營水庫地理位置重要，下游涉及武威市城區(qū)30多萬人的生命安全和蘭新鐵路、高速公路、西氣（油）東輸管線等重要基礎設施。

2013年10月，水庫出現(xiàn)了新的險情，主壩上游混凝土面板與防滲墻頂部連接處沉陷變形嚴重。通過安全鑒定后得出結論：①主壩面板與混凝土防滲墻頂部基座明顯沉陷擠壓變形，混凝土基座沉陷約6～8cm；②副壩黏土斜墻下游側未設反濾層，防滲墻延伸長度不足，副壩右段存在滲漏情況，形成局部塌坑，影響壩坡安全；③泄洪洞、排沙泄洪洞閘門、舊輸水洞涵管和閘閥腐蝕較嚴重，無檢修閘門，發(fā)電支洞工作閘門不能正常啟閉。綜合評定南營水庫工程安全性為“三類壩”。

根據(jù)大壩鑒定結論，確定南營水庫此次除險加固主要任務是對主壩混凝土基座與面板錯縫進行工程處理，對副壩采用YKC連續(xù)防滲墻進行防滲處理，更換輸水洞檢修閘門、泄洪洞工作閘門、排砂泄洪洞工作閘門等。

二、大壩除險加固技術方案

①關于主壩面板與混凝土防滲墻頂部基座之間出現(xiàn)沉降變形問題。該壩原設計壩型為壤土心墻壩，2002年除險加固時拆除了上游干砌石護坡，改為現(xiàn)狀混凝土面板；混凝土面板在擠壓破壞前，并不承擔防滲功能。無論面板是否被破壞，主壩實際的防滲體系并未發(fā)生變化，因此混凝土面板破壞對主壩防滲體系不會有影響，混凝土面板的作用僅僅是上游護坡。故變形縫處理的主要目的是維持上游護坡面完整，不要在庫水位降落時從已經(jīng)變形的縫中帶走細顆粒。除險加固的方案為：將基座和面板按照1∶1的邊坡比鑿除5.0 cm；用GB(或SK)填料填充；乙丙板與面板粘結，上壓厚5mm的不銹鋼板；用直徑12mm不銹鋼膨脹螺栓將扁鋼和乙丙板固定在面板和基座上；用SK封邊劑封邊。

②關于左岸防浪墻出現(xiàn)裂縫問題。從現(xiàn)場及觀測資料看，出現(xiàn)裂縫的防浪墻段有明顯的向上游位移和不均勻沉降。經(jīng)分析認為是在2002年除險加固時，在上游面板下鋪筑了厚度50 cm的中粗砂墊層，防浪墻基礎前部位于該墊層上，后部位于原壩體上。該段靠近左岸，大型施工機械無法到達，墊層料在施工時采用小型機械碾壓，局部地段沒有達到設計要求，在運行中因新填部分產(chǎn)生了不均勻沉降，造成防浪墻既有向上游的位移，也有垂直方向的沉降。經(jīng)過10多年的運行，壩體沉降已趨于穩(wěn)定。除險加固方案為：拆除左岸出現(xiàn)裂縫的防浪墻，長度為20 m，用M7.5砂漿找平后重新砌筑防浪墻。

③關于副壩段出現(xiàn)滲漏問題。該工程副壩實際是在右岸Ⅲ級階地前緣陡坎的斜坡面上，經(jīng)人工填筑了貼坡式壤土防滲斜墻后，表面用干砌石防護。沿右岸彎曲向南延伸，目前長度388 m。關于Ⅲ級階地下伏古河槽，根據(jù)基巖面的形態(tài)分析，古河槽呈左側平坦寬緩、右岸陡立的“J”形，且古河槽的右岸被掏刷沖蝕，沉積了巨厚（29.8 m）的砂卵礫石層，岸坡呈近于直立的陡坎。從副壩結構看，貼坡式壤土防滲墻直接夯筑在河床質(zhì)砂礫石上，防滲墻后沒有設置反濾層和過渡層，蓄水時壤土料很容易被帶走，導致上游局部形成陷坑。除險加固目的是重建防滲體，方案有在上游用土工膜防滲和在壩頂做混凝土防滲墻等。鑒于該工程供水任務較重而不能放空水庫、上游用土工膜防滲的方案難以實施，1989年除險加固時副壩段做了一部分混凝土防滲墻等原因，此次決定采用YKC成槽工藝，從壩頂施工，澆筑混凝土防滲墻。設計指標為墻體混凝土標號C20，滲透系數(shù)為小于1.0×10-6cm/s，混凝土28天彈性模量為2 000 MPa，允許滲透坡降為不小于50。防滲墻體面積為18 613 m2。

④輸水洞更換檢修閘門，門槽二期混凝土的鑿除重新澆筑；檢修門啟閉機層拆除重建，啟閉機房拆除重建?；炷翗颂朇30。門槽位置設置直徑20 mm錨桿，錨桿長度100 cm，間距25 cm，錨桿進入一期混凝土長度60 cm。檢修門啟閉機層采用現(xiàn)澆結構，混凝土標號C25。啟閉機房采用框架結構，使用年限按照40年設計。

⑤排砂泄洪洞除險設計。排砂泄洪洞更換工作閘門，門槽二期混凝土的鑿除重新澆筑；啟閉機層拆除重建，檢修門槽二期混凝土結構尺寸為50 cm×45 cm(長×寬)，原設計標號C25，重新澆筑的門槽二期混凝土設計標號C30。為了固定門槽埋件，需要在門槽位置設置直徑20 mm錨桿，錨桿長度100 cm，間距25 cm，錨桿進入一期混凝土長度60 cm。啟閉機層采用現(xiàn)澆結構，混凝土標號C25。

⑥泄洪洞除險設計。更換工作閘門，門槽二期混凝土的鑿除重新澆筑；根據(jù)選定的啟閉設備復核啟閉機層的承載力，檢修門啟閉機層拆除重建，啟閉機房拆除重建。重新澆筑的門槽二期混凝土標號C30。為了固定門槽埋件，需要在門槽位置設置直徑20 mm錨桿，錨桿長度100 cm，間距25 cm，錨桿進入一期混凝土長度60 cm。工作門啟閉機層采用現(xiàn)澆結構，混凝土標號C25。啟閉機房采用框架結構，使用年限按照40年設計。

⑦金屬結構。根據(jù)水庫安全鑒定及審定意見，對金屬結構部分進行改造或更換，共更換各種類型的閘門（閘閥）8套，拆除更換閘門埋件6孔，拆除更換閘閥鋼管1件，除輸水洞進口攔污柵啟閉機維持現(xiàn)狀外，其余所有部位的啟閉機均進行相應更換，共8臺。金屬結構總重量約233t，其中結構件重量約175.5 t，啟閉設備重量約57.5 t。

三、處理方案實施后的效果評價

此次除險加固施工顯著改善了大壩各工程質(zhì)量，使副壩滲漏明顯降低。一是主壩面板與混凝土防滲墻頂部基座之間的錯縫未再發(fā)展，經(jīng)過多年運行，面板下壩體及混凝土防滲墻的沉降已趨于穩(wěn)定，錯縫經(jīng)修補后也處于穩(wěn)定狀態(tài)。二是副壩混凝土防滲墻向右岸延長至基巖出露處，基本解決了右岸副壩滲漏問題，壩后出水點均已消失；據(jù)觀測，副壩后的滲流量約是加固前的1/10。三是泄洪洞、輸水洞及排沙泄洪洞的金屬結構部件在更換后其運行狀況良好，尤其是各洞的止水效果較好，在閘門關閉的情況下洞后已看不到明流。四是通過對泄流系統(tǒng)、啟閉系統(tǒng)的更新改造，大大降低了水庫運行隱患，提高了水庫的調(diào)度運行能力。五是此工程實施后，消除了南營水庫存在的安全隱患，使其調(diào)蓄能力達到設計要求，可以調(diào)蓄并安全宣泄100年一遇的洪水，確保了下游人民生命財產(chǎn)及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)安全。

四、結語

①混凝土基座和混凝土面板之間錯位沉降縫借鑒面板堆石壩施工縫處理措施是合適的。除險加固后，水庫在運行中多次經(jīng)歷正常蓄水位考驗，測壓管水位基本在建基面附近，滲漏量也較穩(wěn)定，反映出大壩滲流總體是安全的。考慮到在2002年除險加固興建上游混凝土基座時，曾對心墻頂部的原黏土斜墻進行過部分挖除，因此在高水位期間還應加強巡視檢查，一旦發(fā)現(xiàn)問題須及時處理。

②南營水庫下游有武威市城區(qū)、蘭新鐵路、G30連霍高速公路、西氣（油）東輸管線、廠礦企業(yè)、機關單位、學校、醫(yī)院等重要目標，水庫擔負著下游城市防洪安全以及12萬人供水、13萬畝（1畝=1/15 hm2）農(nóng)田灌溉的任務，對下游廣大群眾的生命財產(chǎn)安全和經(jīng)濟建設至關重要。水庫管理單位應加緊批復初步設計，實施全面的除險加固工程，確保水庫安全正常運行。同時編制水庫應急預案，搶險隊伍、防汛物資落實到位。

③加強水庫安全運行管理，建立健全安全管理責任制。水庫管理單位要定期巡檢大壩、溢洪道、輸水洞等建筑物及閘門、啟閉設備和機電設備的操作運行情況，發(fā)現(xiàn)問題要及時維修改造。汛期實行24小時值班制，洪水發(fā)生時必須全員全力以赴。汛前對水情自動測報系統(tǒng)各外圍站點進行一次全面的檢查和維護，修訂水文預報方案，確定防汛責任單位的聯(lián)系制度，配合南營電站進行閘門啟閉設備、輸電線路的檢查和試運轉，及時排除隱患。汛期中要加強水文氣象情報的收集，做好水文預報工作，水情自動測報系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)問題要求在24小時內(nèi)趕到現(xiàn)場處理好。

④目前，大壩安全自動化監(jiān)測系統(tǒng)已損壞，無法及時、準確獲取大壩運行情況；水情自動測報系統(tǒng)已開始帶病運行，防汛關鍵時期無法確保及時獲得雨情。若變形監(jiān)測設施選型不當，則無法對大壩變形進行有效觀測，因此應盡快完善大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)。 ■

[1]水庫大壩安全評價導則（SL 258-2000）[S].2000.

[2]碾壓式土石壩設計規(guī)范（SL 274-2001）[S].2002.

[3]甘肅省水利水電勘測設計研究院.南營水庫除險加固工程工程初步設計報告[R].2015.

責任編輯 董明銳

TV697.32

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：1000-1123（2016）06-0038-02

2016-01-28

張亞莉，副局長，高級工程師。