臥虎山水庫除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)

李志乾 耿波

摘 要：臥虎山水庫大壩、溢洪閘、放水洞存在壩體壩基滲漏、溢洪閘不滿足防洪要求、閘結(jié)構(gòu)裂縫及放水洞廊道滲漏等病險(xiǎn)害，通過增加壩基防滲墻、壩面復(fù)合土工膜及采取抗滑樁加固溢洪閘進(jìn)口左岸滑坡體、閘室采取外包混凝土以及新建放水洞一系列的加固措施，保證了水庫的正常運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：臥虎山水庫；除險(xiǎn)加固；溢洪閘

1 工程概述

臥虎山水庫位于濟(jì)南市歷城區(qū)仲宮鎮(zhèn)境內(nèi)，錦繡川、錦陽川、錦云川三川匯流處的玉符河上游，是一座具有防洪、灌溉和城市供水功能為一體的大型水庫。樞紐工程由大壩、溢洪道和放水洞等組成，水庫設(shè)計(jì)總庫容1.185億立方米，為大（2）型水庫。

水庫大壩為粘土寬心墻土石混合壩，最大壩高約37.0m，壩頂寬8.75m，壩頂高程139.5m，上游坡坡比1：2.28～1：3.5，下游坡坡比1：1.90～1：2.75，大壩總長985.0m，大壩壩基為砂層，厚3.0～12.2m，壩下齒槽寬10m，部分壩段寬3.0m，其下為寒武系頁巖。

溢洪閘位于大壩左岸，為壩肩式溢洪道，全長242.12m，其中閘前鋪蓋長33.50m，泄槽段長129.5m，寬78m，縱坡坡降1/100，泄槽末端接消能工，消能工為連續(xù)式挑坎?，F(xiàn)狀溢洪閘為1976年在拆除原溢洪閘后新建的，為開敞式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，共5孔，總凈寬70m，每孔14m，閘室總長28m，最大墩高24.78m，閘底板高程118.3m，門槽處設(shè)一低駝峰堰，堰頂高程121.0m，閘門為弧型鋼閘門，尺寸14×11m。引渠翼墻及泄槽邊墻均為衡重式混凝土漿砌石擋墻。

放水洞位于大壩右側(cè)壩，1960年建成，全長188.0m，放水洞采用漿砌石城門洞型廊道，廊道寬2.66m，高3.0m，拱圈半徑1.33m；內(nèi)置砼管，砼管內(nèi)徑為1.5m，砼管外徑為2.54m。進(jìn)口底高程108.0m，出口底高程為105.38m，放水洞最大泄流量為9m3/s。

2 存在的病險(xiǎn)

經(jīng)地質(zhì)勘測及現(xiàn)場的查勘，臥虎山水庫大壩壩基存在未按設(shè)計(jì)施工及清基不徹底，壩體填筑壓實(shí)度取樣實(shí)測86.4%～99.4%，不滿足規(guī)范要求且壓實(shí)度不均勻，大壩心墻在壩0+040～0+140m間普遍存在粉細(xì)砂薄層透鏡體，壩基、壩體存在滲漏及右壩肩繞滲。壩上游護(hù)坡護(hù)坡石存在沉陷、脫空滑塌，沒有反濾層，下游護(hù)坡排水溝大部分損毀。左岸溢洪閘右側(cè)存在滑坡體，致使引渠未按設(shè)計(jì)開挖且左邊坡出現(xiàn)變形，閘室及泄槽出現(xiàn)大量貫穿性裂縫、閘門高度不滿足防洪運(yùn)行要求，閘頂交通橋設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不足，閘門止水老化漏水嚴(yán)重等。放水洞的壩下漿砌石廊道出現(xiàn)環(huán)向裂縫、砌體砂漿脫落及30多處的滲漏點(diǎn)，高水位時存在大量射流，最大流量為84.0L/min。

2007年11月經(jīng)安全鑒定，臥虎山水庫大壩鑒定為三類壩，需要進(jìn)行除險(xiǎn)加固，加固由萬年一遇校核洪水標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整為5000年一遇校核的洪水標(biāo)準(zhǔn)。

3 加固設(shè)計(jì)

3.1 大壩加固設(shè)計(jì)

根據(jù)復(fù)核，計(jì)算所需最大壩頂高程139.19m，現(xiàn)狀大壩壩頂及閘室頂高程139.50m，滿足防洪要求，壩頂不需加高，僅需對壩體、壩基壩肩滲漏以及壩坡進(jìn)行加固處理。

（1）壩體防滲

水庫大壩填筑壓實(shí)質(zhì)量差且不均勻，壩竣工16年后壩頂平均累計(jì)沉降量1739mm，最大沉降量2632mm，達(dá)壩高的4.7%。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，壩體沉降量小于壩高的1%時，壩體不會發(fā)生裂縫；沉降量在壩高的1%～3%之間時，壩體就會發(fā)生裂縫；當(dāng)沉降量大于壩高的1%～3%時，壩體大多會發(fā)生裂縫。實(shí)際情況也正是這樣，臥虎山水庫大壩在幾次改建和擴(kuò)建后的運(yùn)行過程中曾多次出現(xiàn)過多處縱橫向裂縫，其中1964年發(fā)現(xiàn)較大的裂縫12條，總長度389.80m。

針對這種情況，結(jié)合壩上游坡的加固，壩體防滲采用了復(fù)合土工膜進(jìn)行防滲。復(fù)合土工膜鋪設(shè)上部到壩頂，下部到115.0m高程；左岸跟溢洪道右裹頭混凝土護(hù)坡相連，右岸與山體相接。復(fù)合土工膜規(guī)格為200g/0.5mm/200g，土工膜為聚乙烯（PE），拉伸強(qiáng)度≥13MPa，斷裂伸長率≥300%，土工織物采用聚酯（滌綸）短纖針刺非織造土工布。

（2）壩基防滲

針對大壩壩基防滲問題，結(jié)合庫死水位112.70m，自高程115.0m平臺以下從大壩右岸灌0+000到大壩左岸溢洪道鋪蓋齒墻處灌0+980.50的壩體和壩基覆蓋層采用混凝土防滲墻處理?；炷练罎B墻厚度確定防滲墻厚度由下式計(jì)算確定？啄=，式中δ為混凝土防滲墻厚度，ΔH為作用于混凝土防滲墻i點(diǎn)水壓力，[J]為混凝土防滲墻允許滲透坡降，取90。經(jīng)計(jì)算墻厚0.36m可滿足防滲需要，實(shí)際采用墻厚0.40m。

由于灌0+200.00～灌0+800.00的基巖透水性等級為弱透水，經(jīng)過計(jì)算比選，該段可以不布置帷幕灌漿，僅將防滲墻入巖按3.0m，其余防滲墻入巖1.0m。防滲墻采用C10混凝土，抗壓強(qiáng)度R28≥15MPa，彈性模量E<2×104MPa，滲透系數(shù)K<（1～9）×10-8cm/s，抗?jié)B等級為W8。

在靠近河床左岸與河床右岸的防滲墻下接帷幕灌漿，左端沿溢洪閘新建引渠邊墻至閘室基礎(chǔ)0+1027.00，右端沿壩肩至右岸壩頂山體0-151.50。帷幕灌漿采用單排帷幕，三序灌漿，孔距2.0m。灌漿后基巖的透水率不大于5lu。

（3）壩坡修復(fù)

根據(jù)復(fù)核，上游護(hù)坡干砌塊石計(jì)算所需厚度為0.24m，現(xiàn)護(hù)坡方塊石厚度為0.18～0.25m。為充分利用現(xiàn)有塊石，上游壩坡采用125.0m高程以下采用0.20m厚塊石，125.0高程以上采用0.25m，其下面分別增加厚0.20m的碎石墊層及厚0.10m的粗砂墊層，在兩墊層之間鋪設(shè)規(guī)格為200g/0.5mm/200g的復(fù)合土工膜。用于護(hù)坡的塊石料應(yīng)清潔、堅(jiān)固、耐風(fēng)化，其抗壓強(qiáng)度應(yīng)不小于50MPa，石料小于150mm粒徑的含量小于10%。大壩下游壩面排水溝由于毀損嚴(yán)重，全部拆除重建。

3.2 溢洪閘加固設(shè)計(jì)

溢洪道加固的主要是消除溢洪閘開裂、配筋不足、交通橋標(biāo)準(zhǔn)低的自身結(jié)構(gòu)隱患，消除左岸滑坡體的安全隱患及按設(shè)計(jì)開挖渠底及左岸邊坡，恢復(fù)溢洪閘泄洪能力，使溢洪閘滿足水庫的防洪運(yùn)行要求。

（1）引渠

由于引渠左岸III號滑坡體存在下滑隱患，現(xiàn)狀引渠渠內(nèi)的小山包未按設(shè)計(jì)挖除，小山包高程126.27m，同時左岸坡在滑坡體的影響下，變形嚴(yán)重。模型試驗(yàn)顯示，由于小山包偉岸設(shè)計(jì)挖除，引渠兩側(cè)存在較大回流區(qū)，致使溢洪閘泄洪能力不足。

根據(jù)地質(zhì)勘測，III號滑坡體是早期巖石重力失穩(wěn)而形成的老滑坡體，呈扇形分布，其失穩(wěn)類型以底滑帶滑動為主，主滑方向滑動方向?yàn)?0～75°。通過對滑坡體的穩(wěn)定進(jìn)行分析，此次加固沿滑動方向布置矩形抗滑樁，樁尺寸3.0m×4.0m，呈單排環(huán)向布置，樁間距8.0m，布樁共12根。經(jīng)計(jì)算，加固后III號滑坡體沿1#軟弱面安全系數(shù)K為2.59，沿主滑面安全系數(shù)k為1.16，滿足k≥1.15的設(shè)計(jì)要求?；麦w加固后，重新將渠底小山包開挖至溢流閘堰頂高程121.50m，同時將左岸邊坡進(jìn)行開挖修復(fù)，右岸裹頭132.0m高程以下加長至115.0m高程壩腳，保證水流平順入閘室。

（2）閘室

溢洪閘起調(diào)水位為正常蓄水位130.5m，根據(jù)泄洪復(fù)核計(jì)算，將閘底坎抬高0.50m，過流凈寬由原來的70.0m調(diào)整為65.0m，最大下泄流量7030m3/s，此時校核洪水位137.51m，相應(yīng)計(jì)算所需最大壩頂高程139.19m，小于現(xiàn)狀大壩壩頂及閘室頂高程139.50m，滿足防洪要求，閘底板、閘墩具備外包混凝土0.5m，采用增大結(jié)構(gòu)斷面進(jìn)行加固的條件。同時經(jīng)對閘結(jié)構(gòu)裂縫成因分析及配筋復(fù)核，閘墩裂縫主要是結(jié)構(gòu)配筋不足及施工縫處理不當(dāng)導(dǎo)致的，閘底板裂縫成因主要是運(yùn)用初期溫降導(dǎo)致溫度應(yīng)力過大導(dǎo)致的，閘墩配筋面積1546mm2，閘底板配筋面積4926mm2，弧門牛腿推力428.8噸，閘墩配筋及牛腿配筋遠(yuǎn)不滿足設(shè)計(jì)要求。經(jīng)過對拆除重建閘室和閘室外包混凝土兩個方案的比選，溢洪閘閘室選用了保留老閘室主體、外包混凝土的加固方案。

針對閘室存在的混凝土碳化、止水破損漏水、交通橋設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)汽-13，不滿足現(xiàn)行道路的通行要求以及閘門高度不滿足防洪運(yùn)用要求、缺少檢修閘門等一系列病險(xiǎn)害，設(shè)計(jì)采用了對延伸長度大于5m、深度大于50cm（底板）或深度大于20cm（閘墩）的寬裂縫（δ>0.5mm），采用環(huán)氧樹脂進(jìn)行灌漿修補(bǔ)；對碳化層及弧門牛腿、交通橋等采取了鑿除5cm和拆除；隨外包混凝土加大結(jié)構(gòu)斷面的同時，增加檢修門槽、弧門檢修孔、止水、重新設(shè)計(jì)弧門牛腿、交通橋及按照閘門擋水要求重新設(shè)計(jì)弧形閘門等，完善閘室功能。為保證新老混凝土粘結(jié)效果，在新老混凝土之間布置插筋，插筋間排距1.0m，梅花形布置。

（3）泄槽及挑坎

泄槽及挑坎邊墻裂縫，混凝土碳化、止水破損、鋼筋裸漏銹蝕等，采用了鑿除5cm碳化層，新澆30cm厚C30混凝土的加固措施，并隨新澆混凝土布置φ20，間距200mm鋼筋網(wǎng)，重新布置止水。

3.3 新建放水洞

考慮到放水洞漿砌石廊道的斷裂、滲漏可能已經(jīng)導(dǎo)致廊道四周壩體土流失，形成空洞，對大壩安全構(gòu)成潛在威脅，通過高壓灌漿加固、開挖壩體加固以及新建放水洞三個方案的比選，放水洞加固選用了新建放水洞、封堵老放水洞的方案。

新建放水洞布置在大壩右側(cè)山體中，由進(jìn)口塔架、壓力洞、出口消力池、取水鋼管四部分組成，進(jìn)口高程108.0m，出口高程101.50m，放水洞全長469m。新建放水洞除放空水庫外同時兼顧向下游補(bǔ)給生態(tài)流量及向水廠供水1.5m3/s。進(jìn)口塔架按分層取水布置，在塔架122.00m高程（上層）、115.00m高程（中層）、108.00m高程（底層）布置了3個取水口，上層、中層取水流量2m3/s，底層取水流量10m3/s。壓力洞為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，圓型，洞徑2.00m。隧洞出口布置Y型鋼岔管分別與出口消力池及取水鋼管聯(lián)接，向下游河道下泄水量及向供水渠供水。

老放水洞施工期做為導(dǎo)流洞使用，施工完畢后廢棄。廢棄前將廊道內(nèi)管道拆除，在廊道頂拱180°范圍內(nèi)向壩體回灌水泥粘土漿封堵廊道外側(cè)空洞，回灌壓力為0.01～0.05MPa，并在上游洞段0+000.00～100.00m回填C15混凝土進(jìn)行封堵。

4 結(jié)束語

臥虎山水庫除險(xiǎn)加固于2009年開始實(shí)施，2011年主體工程基本完成。2012年通過竣工驗(yàn)收，目前工程運(yùn)行狀況良好，達(dá)到了工程除險(xiǎn)加固的預(yù)期目的。

作者簡介：李志乾（1974，8-），男，河南鄭州人，畢業(yè)于鄭州大學(xué)，碩士，工程師，主要從事水利工程設(shè)計(jì)工作。