提高水庫除險加固措施 確保水庫安全運行

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摘要:通過分析某水庫工程主要樞紐建筑物存在的一些工程安全隱患,從而提出相應的除險加固措施，確保水庫安全運行。 

關(guān)鍵詞:水庫；主壩；除險加固；溢洪道；泄水發(fā)電隧洞  中圖分類號：tv62文獻標識碼：a 文章編號：  1 工程概況  某水庫總庫容1.25 億m3，是一座以防洪、灌溉為主，并兼發(fā)電等綜合利用的大型水庫。其庫區(qū)主要建筑物包括主壩、副壩、溢洪道和發(fā)電站等。水庫建成運行以來，在防洪、灌溉、發(fā)電和水產(chǎn)養(yǎng)殖等方面發(fā)揮了巨大的社會、經(jīng)濟效益，保證了下游鄉(xiāng)鎮(zhèn)、農(nóng)田、人口的安全。但是由于受當時建庫條件限制和多年的運行使用，目前水庫主壩防滲墻、泄洪發(fā)電隧洞、溢洪道等都存在許多安全隱患，極大影響水庫的安全運行，必須采取相應的除險加固措施以消除隱患。  2 存在的主要問題  2.1 主壩存在的問題  主壩為粘土實心墻砂殼土壩，粘土心墻頂寬3m，底寬25m，壩基設(shè)有一道截水槽，共同構(gòu)成主壩防滲體，在水庫安全運行中起著非常重要的作用。由于當時工程技術(shù)薄弱，財力有限，以及建材缺乏，致使壩體建設(shè)遺留問題較多，再加上水庫運行年限已久，存在的問題更為突出，嚴重的危及到主壩的安全，成為影響水庫安全運行的主要工程隱患。  2.1.1主壩壩體不滿足規(guī)范要求  (1) 主壩心墻和殼體填筑壓實度不滿足。為查清主壩壩體的填筑現(xiàn)狀，2006年采用鉆孔、探井、物探和土工試驗等多種方法對主壩進行詳細的地質(zhì)勘察?？辈旖Y(jié)果：壩體填筑土壓實度平均值心墻為0.86、壩殼土為0.91，均未滿足規(guī)范要求。同時壩體土均勻性差、局部壓實度嚴重不足而引起壩體塌陷，心墻土和壩殼土均為中等透水性和壓縮性，阻水性差，致使水庫運行過程中主壩心墻的滲透比降一直大于其允許滲透比降，滲透變形破壞的隱患一直存在。經(jīng)滲流分析計算，設(shè)計洪水位69.51m 工況下，粘土心墻的計算滲透比降為9.6%。根據(jù)粘土心墻室內(nèi)滲透變形實驗成果，粘土心墻的允許滲透坡降為2.0 左右，其臨界滲透比降達10%左右，心墻滲透比降遠大于其允許滲透比降，滲透穩(wěn)定不滿足規(guī)范要求。由此可見，心墻和殼體填筑壓實度不滿足，壩體滲漏嚴重，另外，下游壩腳反濾排水體被堵塞失效，導至壩體浸潤線明顯抬高，在設(shè)計洪水、校核洪水工況下，下游壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)不能滿足規(guī)范要求。  (2)近壩庫岸不穩(wěn)定。某水庫近壩庫岸邊坡為花崗巖殘坡積和全風化土質(zhì)邊坡，土體厚度一般大于5m，花崗巖殘坡積或全風化土在庫水的浸泡作用下強度降大，邊坡巖性條件差；壩體建于山丘間低埡處，近壩岸坡基本呈凸狀三面臨水，庫岸地形條件不利于岸坡的穩(wěn)定。在水庫運行過程中常有發(fā)生庫岸崩塌現(xiàn)象，尤其在臺風多發(fā)的夏季更甚，可見近庫岸的穩(wěn)定性差，不但造成庫岸崩塌和水庫淤積，而且還危及壩體的安全。由于壩肩強風化層透水性較大，局部存在松散耕植土層未清掉和局部存在較厚呈中等透水性的全風化層，造成壩肩嚴重滲漏，對壩肩的穩(wěn)定不利；  2.1.2 主壩壩基和壩肩清基不徹底  壩基巖土體主要為弱風化黑云長花崗巖，局部清基不徹底存在河流沖積形成的粗砂粘土透鏡體；左壩肩頂部表層覆蓋薄層花崗巖殘坡積形成的含砂粘土，中部和下部表層為花崗巖全風化土和強風化層；右壩肩表層為花崗巖殘坡積形成的含砂粘土，局部存在有松散耕植土往下主花崗巖全風土和強風化層?；◢弾r殘坡積形成的含砂粘土呈可塑硬塑狀態(tài),中等壓縮性；花崗巖全風化土和強風化層為一般裂隙很發(fā)育，巖體破碎、屬碎塊狀結(jié)構(gòu)。通過現(xiàn)場壓水試驗，該層的透水率亦比較大，多數(shù)段大于40 lu。由此可見，壩基和壩肩清基不徹底，存在嚴重滲漏，嚴重不利于大壩的穩(wěn)定和安全。  2.2 灌溉發(fā)電隧洞存在的問題  灌溉發(fā)電隧洞主要存在以下問題：①隧洞洞身存在多處混凝土剝落、鋼筋外露，外露鋼筋銹蝕嚴重；②出口處鋼板襯砌銹蝕嚴重，部分鋼板與混凝土脫落分離；③放水塔及其閘門、啟閉設(shè)備老化，部分銹蝕，已不滿足水庫運行要求。  2.3 溢洪道存在的問題  溢洪道位于六副壩與七副壩之間，為正槽溢洪道，由進水渠、寬頂堰、泄槽、消力池組成。存在的問題：①進水渠邊墻高度不滿要求，且出現(xiàn)裂縫，堰上跨溢洪道拱橋出現(xiàn)不同程度的裂縫，存在安全隱患，如出現(xiàn)倒塌，嚴重影響水庫正常溢洪。②溢洪道基礎(chǔ)抗沖性能極差，泄槽陡坡段覆蓋層與基巖接觸帶的粉土受地下水的浸泡軟化，形成相對軟弱的結(jié)構(gòu)面，產(chǎn)生不均勻沉陷；泄槽邊墻及底板均出現(xiàn)裂縫；陡坡段和消力池水流流態(tài)很差，消能效果不好。③消力池鋼筋砼面層混凝土剝落，鋼筋外露；消力底板發(fā)生不均勻沉降，邊墻及底板出現(xiàn)裂縫；地下水從底板裂縫處滲出；消力池底厚度不滿抗沖要求。據(jù)此，2006年安全鑒定溢洪道結(jié)構(gòu)安全性為c級，不具備大量泄洪能力，如強行泄洪將對下游鄉(xiāng)鎮(zhèn)造成嚴重危害。  3 除險加固設(shè)計  3.1 主壩加固設(shè)計  由于主壩心墻和殼體填筑壓實度不足，壩體滲漏嚴重，滲透變形破壞的隱患一直存在，上、下游壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)達不到規(guī)范要求，壩基和壩肩清基不徹底，下游壩腳反濾排水體被堵塞失效，近壩庫岸不穩(wěn)定等原因，導至壩體不安全，同時考慮水庫在防洪等方面的重要性，主壩必須增設(shè)新的防滲體。加固設(shè)計進行了塑性混凝土防滲墻和高壓旋噴防滲墻兩個方案的比較，最終采用主壩全壩線增設(shè)塑性混凝土防滲墻方案。由于風化巖層中造孔較困難，故右壩肩壩基5～20m厚風化巖石層采用帷幕灌漿處理。塑性混凝土防滲墻平行壩軸線，中心線位于原粘土心墻中軸，防滲墻施工過程中不應破壞原有粘土心墻。塑性混凝土防滲墻全長360m，墻頂高程71.31m，高于校核洪水位70.81m，主河床墻底高程33.21m，最大墻高38.1m。左壩段及主河床段（樁號0+000～0+200）風化巖石厚度很小，塑性混凝土防滲墻應進入弱風化、微風化巖石層(相對不透水層)0.5m。右壩段（樁號0+200～0+360）風化巖石較厚(5～20m)，塑性混凝土防滲墻應進入風化巖石1.0m，墻底部風化巖石層采用帷幕灌漿處理，帷幕灌漿采用單排孔，孔距2m，灌漿孔深入巖石弱風化巖層5m，灌漿后風化巖石的單位吸水率小于5lu。防滲墻設(shè)計水頭在37m，取[j]=60（根據(jù)國內(nèi)已建的類似工程經(jīng)驗，塑性混凝土防滲墻允許滲透坡降為60～80），考慮到防滲墻深度和現(xiàn)有的施工機械性能，在參照近年來國內(nèi)已建的類似工程防滲墻基礎(chǔ)上，確定防滲墻有效厚度為0.8m。塑性混凝土防滲墻主要性能指標為:彈性模量小于800～1000mpa，28天抗壓強度不低于10.0mpa，防滲墻滲透系數(shù)小于1×10- 7cm/s，允許滲透比降[j]為60~80。  3.1.1 防滲墻結(jié)構(gòu)計算  防滲墻結(jié)構(gòu)計算中采用以下假定: ①防滲墻與壩體土的關(guān)系采用文克爾假定，防滲墻受荷載作用后，直接支撐在壩體土上，防滲墻和壩體土之間變位相互協(xié)調(diào)，墻上各點的反力與在該點的變位成正比，壩體土反力系數(shù)隨深度直線變化并隨不同地層變化。②土壩壩體自重和水壓力均視為作用在墻上的外荷載，考慮到該水庫運行年限已久，主壩體變形基本完成，因此建墻后墻體兩側(cè)因變形產(chǎn)生的摩擦力很小，所以防滲墻的工作條件是典型的以水平荷載為主的情況。另外，除考慮水平水壓力外，還考慮豎向垂直壓力作用的影響。③取單寬等厚度墻作為計算簡圖，頂端視為自由端，底部視為鉸接，采用有限差分法進行計算。根據(jù)上述假定，選取最大墻身，對防滲墻進行結(jié)構(gòu)計算。計算結(jié)果表明， 防滲墻在設(shè)計洪水工況下， 下游最大壓應力為1.255mpa，小于塑性混凝土抗壓強度，上游未出現(xiàn)拉應力，最小應力1.7kpa