湖北某河流中型水庫大壩除險加固設計

袁東

摘要：中小型水庫在全國水庫中所占比例巨大，更容易發生病險問題，水庫除險加固需求尤為迫切。對水庫進行除險加固設計，不但會對社會經濟帶來效益，還將消除洪水對周邊下游城鎮、道路等基礎生活設施的威脅，充分發揮水庫的防洪減災作用。本文結合某中型水庫除險加固的工程案例，探討了大壩除險加固的地質條件、工程布置、壩頂加高方案選擇、混凝土裂縫處理及觀測設計等步驟，提出相關建議，相信對從事相關工作的同行能有所裨益。

關鍵詞：水庫 大壩 除險 加固

Study on Danger Elimination and Reinforcement Design of a Medium-Sized Reservoir Dam in A River in Hubei Province

YUAN Dong

（Honghu Water Resources Survey and Design Institute， Honghu， Hubei Province， 433200 China）

Abstract： Small and medium-sized reservoirs account for a large proportion of reservoirs in China， which is more prone to dangerous problems. The demand for danger elimination and reinforcement of reservoirs is particularly urgent. The danger elimination and reinforcement design of the reservoir will not only bring benefits to the social economy， but also eliminate the threat of flood to the surrounding downstream towns， roads and other basic living facilities， and give full play to the flood control and disaster reduction function of the reservoir. Combined with the engineering case of danger elimination and reinforcement of a medium-sized reservoir， this paper discusses the geological conditions， engineering layout， selection of dam crest heightening scheme， concrete crack treatment and observation design of dam danger elimination and reinforcement. It puts forward relevant suggestions， which is believed to be beneficial to colleagues engaged in relevant work.

Key Words： Reservoir; Dam; Danger elimination; Reinforcement

1工程概況

某水庫壩址上方集水面積185km2，干流長28km，河道平均落差1.4%，水庫區域年平均降水量1670mm年平均流量5.84m3/s。水庫正常庫位346.00m，總庫容6094萬m3，電站裝機容量13MW。主體建筑由主壩、次壩、溢洪道、引水洞、導流洞、電站等組成[1]。在消除和加固災害之前，該水庫工程任務主要是發電，兼顧灌溉和防洪;該水庫經除險加固后，為中型水庫，主要用于防洪、發電、灌溉。

大壩存在的主要問題有：（1）水庫壩頂高程不符合防洪安全要求;大壩滲漏穩定性及安全隱患; （3） 1#～2#和21#～22#面板接頭變形近年來有發展趨勢[2]。

2除險加固設計

根據大壩安全技術鑒定提出的問題，某一級水庫大壩除險加固有以下解決措施：（1）加高壩頂高程;（2）對主壩上游混凝土面板裂縫進行處理;（3）延伸主壩兩岸帷幕灌漿[3]。

根據一級水庫大壩的特點，大壩除險加固有兩方案進行比選：方案1是上游面板延長加高，下游壩體采用堆石材料進行拼寬;方案2是在原有滑模平臺頂部增設直立擋墻。經各方案技術經濟比較，大壩加固采用了方案一，主要理由有：（1）壩頂擋墻高度在合理范圍內，擋墻底部應力情況較好;（2）新老混凝土面板、面板與防浪墻接縫受力情況較直立擋墻方案較好;（3）下游堆石加高施工面較大，堆石體碾壓施工方便[4]。

總體加固方案：（1）拆除原壩頂上游原擋土墻和原壩頂下游擋土墻，346.30m以上高程開挖道碴和巖體，對壩體進行分區新填石。 （2）上游前面板以1：1.3的斜率延伸上升。加長面板采用C25W6F100鋼筋混凝土面板，厚度為0.3m。延伸板以“L”形連接到新建的波紋混凝土墻[5]。 （3）新舊面板的伸縮縫，面板與上游波浪墻之間的伸縮縫采用兩種滯水方式。底部采用“W”型止水銅箔，前水面采用SR止水材料。（4）在下游巖體強化過程中，拆除下游原有塊石護坡。下游壩坡加坡后坡度為1：1.3，采用混凝土桁架梁結合條石護坡和局部綠化處理。 （5）二級壩位于大壩主壩右岸的細盆內，溢洪道與大壩二級壩相連，位于二級壩右側。引水洞入口位于大壩主壩右壩肩上游150 m處的陡壁內。大壩加固鋼筋截面如圖1所示。

2.1 大壩壩頂加高設計

主壩加固后，壩頂長度與原壩頂長度相同，仍為217.70 m，壩頂最大高度為78.32 m，距壩頂寬度為6.0 m，壩頂高程為354.50 m，擋浪墻頂高程為355.70 m。新填壩體的填石子墊區、過渡區、主要填石區、次要填石區和壩脊靜碾壓區共有5個主要填筑區。此外，在板接縫附近建立了一個特殊的緩沖區域。緩沖區水平寬度為1.5 m，過渡區水平寬度為3.5m。

347.02m高程上的上游面是原始面板基礎上的延伸和凸起面板。攤鋪時，截去保留鋼筋混凝土面板上三角區域，使新舊混凝土接觸面垂直于鋼筋混凝土面板表面。延伸段面板采用C25W6F100混凝土，厚度0.3m，坡度1：1.3。面板中部采用單層雙向鋼筋，縱橫向平均配筋率為0.4%。面板下方有水平寬度為1.5m的緩沖層和水平寬度為3.5 m的過渡層。

2.2 上游壩面混凝土裂縫處理設計

（1）面板周邊接縫與岸坡段底墻伸縮縫缺陷的處理。采用新型SR-2型SR納米保水塑料材料、EPDM橡膠增強SR防滲保護套和HK966彈性密封件，將周邊接縫、伸縮縫等故障部位的表面從坡腳墻擋住銀行的部分。更換封邊劑、不銹鋼膨脹螺栓和平板，恢復周邊縫SR材料的鼓包形狀，恢復SR防滲系統以適應接頭變形，密封防滲性能。根據實際情況，加工件（主要是海拔320.0m以上的部分）將添加一種新型納米SR-2 SR塑料水塞材料，恢復周邊材料SR的凸起形狀密封墊，恢復防水系統的充分性、SR密封墊變形密封的防滲性能，原防滲保護片、不銹鋼膨脹螺絲、板等保留。

（2）面板張力縱縫缺陷的處理。在垂直面板拉接頭上切槽?？拷e臺面的面板混凝土應先打磨，使混凝土面板平整，然后加EPDM橡膠增強SR防滲保護層和HK966彈性封邊劑密封防滲漏，與周邊融為一體接縫。

（3）面板裂紋和缺陷的處理。對于死水位（323.68m）以下的混凝土板0.5mm以上的裂縫，先用LW/HW水溶性聚氨酯進行化學灌漿，并粘貼SR增強SBS防水罩板和HK966彈性邊密封膠密封防水，在其表面形成一個整體靈活的SR防水系統。

2.3 攔河壩觀測設計

（1）壩體表面變形觀測。攔河壩主壩上游面板利用原保留的三向位移標點進行觀測，共23個測點，面板重建后在原高程補設4個測點，原有19個三向位移測點保留。（2）面板變形觀測。保留原有的16只球閥式水管沉降儀進行觀測。（3）壩體內部變形觀測。利用原有的垂直位移計各7個測點。（4）接縫變形觀測。原面板周邊縫有5組三向測縫計，本次加固新增3組三向測縫計，左岸擋墻與面板接縫。（5）面板應力應變觀測。保留原有的應變計和無應力計進行觀測，不再增設。（6）大壩滲流量觀測。繞壩滲流新增12只孔隙水壓力計。

2.4 大壩除險加固效果

根據大壩運行后實測數據分析，加固后大壩運行基本正常。 （1）壩頂新安裝的鋼筋混凝土板表面光滑，板內未發現明顯裂縫。 （2）一旦隱患消除并加固，壩基處的廊道不再有滲水現象，廊道已完全干燥。 （3）除險加固后，計量堰出水量明顯減少，說明大壩具有較好的防滲效果。（4）除險加固重新蓄水后，水管式沉降儀觀測資料表明，壩體沉降已趨于穩定，壩體最大沉降變形10mm，新老混凝土面板接縫處伸縮縫變形最大值6mm，大壩變形總體正常。（5）繞壩滲流觀測資料表明，大壩左、右岸繞壩滲流的可能性較小，壩基防滲效果較好。

3攔河壩除險加固設計特點

混凝土面板堆石壩除險加固結合工程實際情況進行設計，具有以下特點。

（1）主壩采用面板壩加高技術。主壩除險加固后，大壩壩頂加高了4.70m。設計方案根據工程實際情況，上游面鋼筋混凝土面板加高部分在原面板基礎上延長加高，對原面板頂部水平止水銅片進行局部修補處理。設計過程中充分重視新、老壩體之間的不均勻沉降問題，采用有限元方法進行分析計算，并對壩體結構分區、填筑設計標準等進行了深入研究，較好地解決了以上問題。該方案的應用充分照顧工程現狀，加快了施工進度，節省了工程投資，為工程盡快發揮效益創造了有利條件[6]。

（2）原混凝土面板裂縫處理特點。除險加固期間利用水庫放空對主壩上游混凝土面板趾板及伸縮縫進行了全面檢查。本次加固針對裂縫的不同成因，因地制宜、分別采用SR止水材料、三元乙丙橡膠增強型SR防滲保護蓋片、HK966彈性封邊劑、LW/HW水溶性聚氨酯和SBS增強型SR防滲蓋片等新型止水材料進行防滲處理，效果明顯，保證了大壩的安全運行。

4經驗與建議

由于水庫原導流洞進口已采用混凝土進行封堵，本次除險加固施工期間只能通過兩根直徑0.9m的放水管進行放空導流，且由于水庫已運行20多年，放空管進口處泥沙淤積嚴重，因此施工期導流難度較大。雖然施工期間采取了多種措施進行處理，但由于放水管管徑較小，而大壩上游集水面積有185km2，施工期間只能是邊清淤邊導流，對施工進度產生了一定影響。因此，在今后的類似工程設計過程中，應重視施工期導流問題，在查明水庫原有資料的前提下，根據導流能力合理安排工期。

參考文獻

[1]費強. 上年水庫除險加固工程設計[D].沈陽：沈陽農業大學，2018.

[2]朱龍，趙珊珊.北京市中小型病險水庫除險加固經驗總結[J].人民長江，2018，49（S1）：219-222.

[3]粟強.淺談水庫大壩防滲墻混凝土加固與設計策略[J].珠江水運，2020（7）：66-69.

[4]陳方. 共青城市肖家水庫除險加固工程的設計與研究[D].南昌：南昌大學，2019.

[5]王增.水利工程中小型水庫除險加固設計研究[J].工程技術研究，2020，5（18）：223-224.

[6]鄭善磊.陡山水庫放水洞除險加固設計方案比選[J].山東水利，2020（7）：20-22.

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