孫 娜

黑峪水庫除險(xiǎn)加固主體工程設(shè)計(jì)簡要分析

孫 娜

（遼寧省觀音閣水庫管理局，遼寧本溪117100）

黑峪水庫為典型的“三邊”工程，存在設(shè)計(jì)方案與實(shí)際施工不符、大壩產(chǎn)生變形、溢洪道底板和護(hù)岸混凝土嚴(yán)重破損、輸水洞設(shè)計(jì)與施工不完善等諸多問題，水庫存在安全隱患，因此必須進(jìn)一步對(duì)水庫采取安全加固措施。工程主體由大壩、溢洪道、輸水洞組成，文章就主體工程現(xiàn)狀，存在問題及解決方案意見，加固方案等一系列問題進(jìn)行分析。

黑峪水庫；大壩；溢洪道；輸水洞；設(shè)計(jì)方案

0 引 言

黑峪水庫位于本溪縣草河城鎮(zhèn)黑峪村水庫座落在草河支流黑峪河上，草河屬鴨綠江流域，是鴨綠江的主要支流，壩址以上河長2.18 km，流域面積1.8 km2，河道平均比降43.6‰。

現(xiàn)狀工程規(guī)模屬于?。?）型，黑峪水庫樞紐工程由攔河壩、溢洪道、輸水洞組成。攔河壩類型為黏土心墻壩，最大壩高19.0 m；位于右岸開敞式溢洪道位于右岸，由進(jìn)口寬頂堰、陡坡段、挑流消能工組成，輸水洞設(shè)在大壩右端，取水采用分級(jí)臥管方式。

1 黑峪水庫大壩工程設(shè)計(jì)分析

1.1 大壩現(xiàn)狀

壩型為黏土心墻砂殼壩，土壩工程上游設(shè)有干砌石護(hù)坡，壩頂設(shè)有防浪墻。壩全長78 m，最大壩高19 m，攔河壩下游壩面雜草、灌木叢生，上游壩面護(hù)坡存在不均勻沉陷現(xiàn)象，護(hù)坡嚴(yán)重破壞。

壩底河床屬于砂礫沖積層，其深度約為1 m，以下均為基巖，采用混凝土截水墻防滲方案，將黏土心墻與基巖緊密相連，以達(dá)基礎(chǔ)防滲的目的。黏土心墻頂寬2.0 m，底寬6.0 m。心墻頂高程295.9 m。

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測，現(xiàn)狀壩頂高程297.31～297.39 m，防浪墻頂高程298.31～298.39m，壩頂寬4.1～5.1m，上游壩坡為（從上至下）：1∶2.75、 1∶2.45；下游壩坡為（從上至下）1∶1.85、1∶2.6。

護(hù)坡：上游設(shè)有干砌石護(hù)坡，厚度0.5 m，下游壩面無護(hù)坡，壩面雜草、灌木叢生。

施工未達(dá)到原設(shè)計(jì)要求（大壩原設(shè)計(jì)：壩頂寬5 m，心墻頂寬2 m，大壩上游坡度為1∶3，大壩下游坡度為1∶2.5，上游壩坡為塊石護(hù)坡，下游壩面設(shè)碎石護(hù)坡及貼坡排水）。

1.2 大壩存在問題及解決意見

1.2.1 大壩壩體存在問題

攔河壩壩頂防浪墻漿砌石部分脫落，有裂縫。壩坡嚴(yán)重變形，存在局部破壞及沉陷現(xiàn)象。通過現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，大壩上游壩坡局部塌陷，迎水坡底部（水面以下）下沉比較明顯，后壩坡坡面不規(guī)整。上游干砌石護(hù)坡石嚴(yán)重破壞。下游無護(hù)坡、排水設(shè)施，已嚴(yán)重影響大壩的安全［1］。壩面雜草、灌木叢生，對(duì)壩體產(chǎn)生破壞。下游現(xiàn)狀局大部分坡比為1∶1.8～1∶1.9，局部壩坡有滑落的現(xiàn)象。計(jì)算復(fù)核壩坡不穩(wěn)定。壩頂有一電桿，對(duì)大壩結(jié)構(gòu)安全、防汛、交通、施工不利。原路面已經(jīng)損毀，對(duì)大壩防汛、交通不利。

1.2.2 解決方案

方案意見：拆除漿砌石墻，重建混凝土防浪墻。壩坡進(jìn)行消坡，整形。上游干砌石護(hù)坡：拆除護(hù)坡及墊層，拋石至上游壩腳部位成拋石體補(bǔ)強(qiáng)原干砌石護(hù)坡，拋石體以上重新設(shè)置干砌石護(hù)坡；下游壩面清基、設(shè)置碎石護(hù)坡、貼坡排水體及壩面排水設(shè)施。對(duì)下游不穩(wěn)定壩坡進(jìn)行培厚成穩(wěn)定壩坡。拆除、改建線路。清基、鋪筑沙石路面［2］。

1.2.3 大壩壩基存在問題

基部位黏土心墻置于巖石之上，透水性微弱，壩基滲漏量不大。水庫經(jīng)過多年運(yùn)用及觀察，正常運(yùn)行時(shí)，壩后稍有滲漏現(xiàn)象發(fā)生。

1.3 大壩壩頂高程復(fù)核結(jié)果

壩頂超高計(jì)算成果見表1，壩頂高程計(jì)算成果見表2。

表1 壩頂超高計(jì)算成果表

表2 壩頂高程計(jì)算成果表

由表1～表2可以看出，本次計(jì)算壩頂高程均低于現(xiàn)狀防浪墻頂高程，即現(xiàn)狀壩頂高程滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求。

1.4 大壩加固方案

加固壩頂總寬度為4.5m（原設(shè)計(jì)壩頂總寬度為5.0m，現(xiàn)狀4.1～5.1m），設(shè)有防浪墻，墻頂高程即為設(shè)計(jì)壩頂高程，墻頂高于壩頂路面1.0m，防浪墻采用鋼筋混凝土擋土墻結(jié)構(gòu)，防浪墻墻基結(jié)合黏土心墻0.4m。下游壩肩設(shè)混凝土路緣石，埋深0.8m。路面為砂礫石路面，路面厚度為30 cm，壩體295.40 m以上壩體清挖并填筑回填砂礫料；其余部分均利用原壩體斷面。

主壩上游面邊坡邊坡至上而下為1∶2.75、1∶3.0，從286.0 m高程起始分界。向上設(shè)置干砌石護(hù)坡，向上為拋石體護(hù)坡。其加固處理內(nèi)容為：

1）從286.0m高程起始向上，原干砌石護(hù)坡因損壞嚴(yán)重和壩坡削坡需清挖并從新砌筑，干砌石護(hù)坡厚40 cm。墊層總厚35 cm（2層碎石）。

2）從286.0m高程起始向下，利用原干砌石護(hù)坡及碎石墊層（總厚50 cm）進(jìn)行拋石，拋石體頂面寬1.0m，邊坡1∶3.0。

3）考慮到心墻的防凍問題，同時(shí)鋼筋混凝土防浪墻亦可起到防滲的作用，故將心墻頂高程設(shè)于295.4m高程。防浪墻的設(shè)置同時(shí)滿足壩體防滲及黏土心墻的凍脹結(jié)構(gòu)要求。

下游面邊坡為1∶2.5。其加固處理內(nèi)容為：

1）對(duì)現(xiàn)狀邊坡清基0.5m，并培厚，填筑材料為沙礫料。

2）壩頂至296.0m高程設(shè)置碎石護(hù)坡，厚20 cm碎石；296.0 m高程至壩腳地面加設(shè)干砌塊石貼坡排水厚40 cm，碎石墊層（總厚60 cm）。

3）下游面高程重新鋪設(shè)橫向漿砌石排水溝，同時(shí)上下游壩腳與山體相交處加設(shè)漿砌石排水溝，下游壩坡設(shè)兩道人行踏步。

現(xiàn)狀壩頂電桿處理：拆除、改建線路1 km。

2 黑峪水庫溢洪道工程設(shè)計(jì)分析

2.1 溢洪道現(xiàn)狀

溢洪道工程位于右岸，為開敞式溢洪道，由進(jìn)口導(dǎo)墻段、溢流寬頂堰、陡坡段、消能工等組成，根據(jù)現(xiàn)場全長實(shí)測，溢洪道全長96.5 m，堰頂高程294.81～294.87 m，凈寬4.8 m，寬頂堰長20 m。陡坡段總長58 m，消能采用挑流式消能型式。

該工程座落在巖石地基上，底板采用混凝土護(hù)面；左岸有漿砌石墻體，長度30m，采用混凝土護(hù)面，護(hù)面厚10 cm，墻高2～4.0m。左岸其它部位及右岸，由于歷史原因，未做結(jié)構(gòu)邊墻，為強(qiáng)風(fēng)化山體。

通過現(xiàn)場檢查，溢流道底板混凝土坑洼不平，現(xiàn)有溢洪道墻經(jīng)多年運(yùn)行，多年沒有維修養(yǎng)護(hù)，多處已坍塌、裂縫、變形現(xiàn)象。

2.2 溢洪道存在問題及解決意見

溢洪道底板表面混凝土裂縫較多，且多處起層，底板混凝土下無排水，產(chǎn)生冬脹。左岸局部有漿砌石邊墻，多處已坍塌、裂縫、變形。溢洪道左右岸（左岸局部有漿砌石邊墻）由于歷史原因，未做結(jié)構(gòu)邊墻，為較陡的強(qiáng)風(fēng)化山體。行洪時(shí)影響流態(tài)及泄量，同時(shí)水流的沖刷作用，強(qiáng)風(fēng)化山體局部有坍塌的可能，一旦行洪時(shí)局部坍塌，將對(duì)水庫安全造成極大危害。風(fēng)化巖，經(jīng)過多年凍融和夏季雨水沖刷，風(fēng)化巖就會(huì)脫落，如長時(shí)間不處理，影響溢洪道的安全。無交通道路，人、車均不能到達(dá)溢洪道處，不利于防汛觀察及搶險(xiǎn)［3］。

方案意見：底板：拆除、重建。左岸邊墻：拆除、重建。左右岸強(qiáng)風(fēng)化山體：加設(shè)左右岸邊墻；上部風(fēng)化巖坡進(jìn)行錨噴防護(hù)處理。交通設(shè)施：方案意見：加設(shè)交通道路，滿足防汛觀察及搶險(xiǎn)要求。

2.3 溢洪道工程加固方案

加固工程在溢洪道原位進(jìn)行，本次設(shè)計(jì)主要結(jié)構(gòu)形式同原設(shè)計(jì)形式，其主要結(jié)構(gòu)形式特性：為開敞式溢洪道，由進(jìn)口導(dǎo)墻段、溢流寬頂堰、陡坡段、消能工等組成，溢洪道全長96.5 m，寬頂堰頂高程294.80 m，凈寬4.8 m，寬頂堰長20 m。消能采用挑流式消能型式。消能工后設(shè)15 m混凝土護(hù)坦。

主要加固內(nèi)容：

1）拆除及巖石開挖：

現(xiàn)狀混凝土底板及左岸邊墻拆除。

由于左岸山體較低，斷面不足部分向左岸山體開挖，開挖邊坡1∶0.5。

2）底板及邊墻結(jié)構(gòu)：

由于溢洪道凈寬（4.8m）較小，底板及邊墻結(jié)構(gòu)采用“U”型槽結(jié)構(gòu)，最大墻高4.0m，墻頂寬40 cm，底寬60 cm。底板厚40 cm，下設(shè)縱橫向排水。

3）防汛道路：

加設(shè)交通道路，與壩頂路連接，結(jié)構(gòu)同壩頂路面。

3 黑峪水庫輸水洞工程設(shè)計(jì)分析

3.1 輸水洞現(xiàn)狀

輸水洞設(shè)在大壩右端，由取水口、圍巖隧道、消能段及出口尾水渠組成。取水采用分級(jí)臥管方式。

進(jìn)口采用翻轉(zhuǎn)閘門控制。共有10級(jí)臥管，臥管上部為漿砌石擋水墻，頂高程同壩頂高程（298.40m）。

洞身穿過大壩底部，為洞挖結(jié)構(gòu)，洞身巖石裸露、未襯砌，洞長74 m，其洞內(nèi)凈尺寸為1.75m× 1.7m城門洞形，出口高程底高程280.35m。

出口為開敞式，直接接尾水渠道、未做消能及護(hù)砌，輸水洞設(shè)計(jì)最大泄量為0.50 m3／s。

3.2 輸水洞存在問題及解決意見

輸水洞洞身為洞挖結(jié)構(gòu)，穿越大壩基礎(chǔ)基巖，洞身巖石裸露、未襯砌?，F(xiàn)狀洞身堵塞嚴(yán)重，出水量很小，達(dá)不到設(shè)計(jì)流量，其功效已不能發(fā)揮。輸水洞嚴(yán)重漏水，導(dǎo)致輸水洞周圍的壩體出現(xiàn)裂縫、沉陷、嚴(yán)重變形，己危及壩身的安全。輸水洞洞身圍巖局部出現(xiàn)裂縫、掉巖塊現(xiàn)象對(duì)大壩的滲透和安全造成隱患。輸水洞進(jìn)口為分級(jí)臥管結(jié)構(gòu)，臥管上部設(shè)漿砌石擋水墻，該漿砌石墻現(xiàn)以局部損壞，高水位時(shí)漏水嚴(yán)重，危害大壩壩肩及壩腳的滲透安全。出口為渠道、未做消能及護(hù)砌，對(duì)洞身結(jié)構(gòu)不利。

方案意見：洞身堵塞、漏水及圍巖塊石脫落：對(duì)輸水洞洞身進(jìn)行混凝土襯砌及固結(jié)灌漿處理。進(jìn)口漿砌石擋水墻：拆除漿砌石墻，重建混凝土擋水墻。出口消能：出口增設(shè)消能工。

3.3 輸水洞工程加固方案

工程加固方案控制邊界條件：輸水洞為無壓洞，輸水洞設(shè)計(jì)最大泄量為0.50 m3／s。進(jìn)口底高程為死水位高程281.39m。

1）洞身混凝土襯砌及固結(jié)灌漿處理：

洞長74m，其現(xiàn)狀洞內(nèi)凈尺寸為1.75m×1.7m城門洞形。清淤，洞身圍巖整形后進(jìn)行襯砌及固結(jié)灌漿處理，混凝土襯砌厚度為30cm，加固后洞內(nèi)凈尺寸為1.15m×1.1m城門洞形。進(jìn)口底高程為死水位高程281.39m，出口底高程為280.65m。

2）進(jìn)口擋水墻

拆除老墻，原位加固擋水墻為混凝土結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)底高程同原結(jié)構(gòu)，頂高程同壩頂高程298.40m，長度為8.0m。

出口消能結(jié)構(gòu)：

出口為開敞式，增設(shè)采用底流消能形式，鋼筋混凝土“U”型槽結(jié)構(gòu)，設(shè)有護(hù)坦。

4 結(jié) 論

由于這座水庫為典型的“三邊”工程，存在設(shè)計(jì)方案與實(shí)際施工不符；大壩產(chǎn)生變形；溢洪道底板和護(hù)岸混凝土嚴(yán)重破損；輸水洞設(shè)計(jì)、施工不完善等諸多問題，水庫存在安全隱患，因此必須進(jìn)一步對(duì)水庫采取安全加固措施。

［1］李銳.綏化分局小型病險(xiǎn)水庫險(xiǎn)情分析及除險(xiǎn)加固建議［J］.現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)，2009（11）：25-27.

［2］郭文斗.般若院水庫除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)［J］.河北水利，2007（06）：25-26.

［3］王志明.水庫放水涵管除險(xiǎn)加固的處理辦法［J］.中國水運(yùn)：學(xué)術(shù)版，2007（02）：61-62.

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2015-06-28

孫娜（1979-），女，遼寧本溪人，助理工程師。