寶雞市釣魚臺水庫除險加固壩體防滲方案淺析

呂曉薇

(陜西省寶雞市地下水管理監(jiān)測處，陜西 寶雞 721000)

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寶雞市釣魚臺水庫除險加固壩體防滲方案淺析

呂曉薇

(陜西省寶雞市地下水管理監(jiān)測處，陜西 寶雞 721000)

釣魚臺水庫是建于20世紀(jì)70年代的一座以灌溉為主，兼防洪、旅游為一體的綜合性小(1)型水庫，是庫區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)村經(jīng)濟(jì)和農(nóng)民增收的重要水利支撐，隨著水庫運(yùn)行時間久遠(yuǎn)，出現(xiàn)壩體裂縫和滲漏等安全隱患，針對影響水庫安全運(yùn)行中存在問題對壩體進(jìn)行除險加固，通過對聚合物水泥砂漿、壩前掛網(wǎng)噴射混凝土和壩體固結(jié)灌漿三種加固防滲方案進(jìn)行綜合分析可知，采取壩前掛網(wǎng)噴射混凝土防滲加固方案，能從根據(jù)解決水庫滲漏及裂縫問題，使水庫的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益得到長遠(yuǎn)持久的發(fā)揮。

釣魚臺水庫；壩體防滲；除險加固

釣魚臺水庫位于陜西省寶雞市高新技術(shù)開發(fā)區(qū)天王鎮(zhèn)釣魚臺村，距西寶南線公路約5 km，釣魚臺水庫附近為旅游區(qū)，有省道及旅游專線與工程區(qū)相通，交通方便。水庫位于陜西省渭河南岸一級支流伐魚河上，壩址以上流域面積138 km2，水庫樞紐工程由雙曲拱壩、壩頂溢流堰、放水設(shè)施三部分組成。壩高48.8 m，底部最厚處厚度為9.0 m，壩頂寬度2 m，厚高比為0.18，屬薄拱壩。水庫原設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為50 a一遇洪水，200 a一遇洪水校核，總庫容225萬 m3，滯洪庫容27萬 m3，死庫容20萬 m3。正常蓄水位642 m，設(shè)計洪水位644.0 m，校核洪水位644.4 m，設(shè)計灌溉面積3.2萬畝，有效灌溉面積2.8萬畝，是一座以灌溉為主，兼防洪、旅游為一體的綜合性小(1)型水庫，水庫樞紐為IV等工程，主要建筑物等級為4級。

1　庫區(qū)地形地貌及水文地質(zhì)

1.1地形地貌

釣魚臺水庫位于秦嶺北麓的中低山區(qū)，地勢南高北低，河谷狹窄，岸坡陡峻、基巖裸露，植被覆蓋較好；壩址區(qū)以北約200 m處至柏坡村一帶為丘陵區(qū)，多發(fā)育近南北向的沖溝，柏坡村以北為渭河沖積平原，地形較平坦。根據(jù)地形測繪結(jié)果，壩址區(qū)河床高程為597 m，壩頂高程645.8 m，水庫樞紐區(qū)河谷底部寬40～45 m，壩肩斜坡坡面傾角50°～60°。

1.2地層巖性

工程區(qū)及外圍出露的地層巖性主要為：(1)基巖：為燕山期(γ53)侵入花崗巖，粗粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要出露在釣魚臺水庫及以南的秦嶺山地區(qū)。(2)第四系(Q)松散堆積：為第四系中、上更新統(tǒng)及全新統(tǒng)堆積的卵石、漂石、黃土類土及壤土等，出露在釣魚臺水庫以北的丘陵區(qū)及渭河沖積平原區(qū)，厚度較大。

1.3地質(zhì)構(gòu)造及地震基本烈度

釣魚臺水庫位于北秦嶺印支褶皺帶北部邊沿地帶，地處秦嶺緯向構(gòu)造體系和祁呂賀山字構(gòu)造體系與隴西旋扭構(gòu)造的復(fù)合部位，水庫壩址區(qū)位于秦嶺山前活動斷裂以南約500 m左右，屬陜西省地震部門劃定的“隴寶地震危險區(qū)”。據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖(2001)》，工程區(qū)地震動反應(yīng)譜周期為T=0.40 s，地震動峰值加速度a=0.15 g，相應(yīng)的地震基本列度為Ⅶ度。

1.4不良物理地質(zhì)現(xiàn)象

釣魚臺水庫區(qū)外圍不良物理地質(zhì)現(xiàn)象主要為崩塌及滑塌，崩塌主要發(fā)生在秦嶺山地區(qū)，由于巖體風(fēng)化剝蝕形成了危巖體，在重力作用下形成崩塌，滑塌主要發(fā)生在山前丘陵地帶，由于沖溝發(fā)育，多為松散堆積體，在重力作用和降水作用下產(chǎn)生滑塌，對水庫工程無影響。水庫工程已運(yùn)行了三十多年，在庫區(qū)尚發(fā)現(xiàn)崩塌及滑塌等不良地質(zhì)現(xiàn)象，在壩址區(qū)下游左岸局部發(fā)現(xiàn)有危巖體，穩(wěn)定性差，但對大壩安全基本無影響。

1.5水文地質(zhì)條件

庫區(qū)地下水類型為基巖裂隙水，由大氣降水補(bǔ)給，在基巖裂隙中運(yùn)移，以泉水的形式補(bǔ)給河水。

2　壩體滲漏狀況

我國在20世紀(jì)70年代，修建了一大批砌石拱壩，釣魚臺水庫漿砌石雙曲拱壩就是這個時期一個典型。由于工程的建設(shè)處于特定年代，受當(dāng)時技術(shù)水平、經(jīng)濟(jì)條件、材料設(shè)備等方面的限制，且以“邊勘測、邊設(shè)計、邊施工”、“群眾運(yùn)動、土法上馬”等方式完成，在設(shè)計、施工以及地質(zhì)勘測上都存在一些問題，隨著運(yùn)行時間的延長，不同程度地出現(xiàn)了一系列安全隱患，出現(xiàn)了一些病害和安全隱患，據(jù)水利部西北水利科學(xué)研究所出具的《陜西省寶雞市釣魚臺水庫大壩安全鑒定評價報告》分析，水庫主要病害及安全隱患主要是：(1)水庫大壩壩體出現(xiàn)多處滲漏，滲漏量較大，可能由于施工時水泥質(zhì)量較差，滲漏時伴有游離鈣析出，在背水坡形成白色鈣質(zhì)堆積，冬季時背水坡大量結(jié)冰，影響大壩安全；(2)大壩右壩肩附近有一縱向貫穿裂縫，寬度為5.48 mm，垂向長度達(dá)10.23 m。該裂縫發(fā)生在1978年冬季，當(dāng)時分析認(rèn)為此裂縫屬于壩體變形引起的岸邊伸縮裂縫，對壩體安全無重大影響，故沒有進(jìn)行工程處理，經(jīng)過三十多年的運(yùn)行，該裂縫未發(fā)現(xiàn)重大變化，也未對壩體產(chǎn)生不良影響，說明當(dāng)時的判斷是正確的；(3)壩后滲水說明壩體存在裂縫，裂縫是細(xì)小的可透水裂隙，采用物探無法探測出來，但庫水可沿這些細(xì)小裂縫向水壩下游產(chǎn)生滲漏。

3　壩體滲漏規(guī)律及原因分析

釣魚臺庫區(qū)地形封閉，兩岸山體雄厚，兩岸及庫底均為燕山期(γ53)侵入偉晶花崗巖，屬于整體塊狀構(gòu)造，巖體完整，無深大鄰谷及斷層分布，庫區(qū)兩岸地下水為基巖裂隙水，賦存于表層風(fēng)化裂隙中，水量隨季節(jié)變化，一般以面狀滲流的方式補(bǔ)給河流，且地下水位高于設(shè)計庫水位，根據(jù)大壩運(yùn)行中出現(xiàn)的問題及壩體受力狀態(tài)，認(rèn)為大壩產(chǎn)生細(xì)小裂縫原因：一是有可能在大壩混凝土澆筑時，由于溫度應(yīng)力的作用產(chǎn)生了裂縫，二是釣魚臺水庫屬年調(diào)節(jié)性水庫，每年多次蓄水放水，大壩多次承壓和減壓，致使大壩產(chǎn)生彈性變形，壩體內(nèi)部應(yīng)力調(diào)整，使壩體混凝土和上游的漿砌石砂漿勾縫產(chǎn)生了細(xì)小的裂縫，同時也使外部的漿砌石體、上游的防滲體與壩體混凝土之間產(chǎn)生了裂縫，水庫蓄水沿這樣的裂縫產(chǎn)生滲漏。據(jù)2010年10月份專項安全勘察結(jié)果顯示：對以往存在的水庫微小滲漏點(diǎn)痕跡進(jìn)行測量統(tǒng)計，滲漏出現(xiàn)的最高點(diǎn)為水壩638m高程處，當(dāng)蓄水位到達(dá)640 m高程處時，水壩下游有大量滲漏，滲漏位置較明顯，據(jù)統(tǒng)計滲漏點(diǎn)22處，呈面狀滲流，不同高程均出現(xiàn)滲漏點(diǎn)，滲漏點(diǎn)分布規(guī)律性不強(qiáng)；同年8月7日觀察，蓄水位在634.2 m時，滲漏量及滲漏點(diǎn)明顯減少，壩后基本呈干燥狀態(tài)。

根據(jù)以上的觀測結(jié)果及壩前淤積狀況綜合分析認(rèn)為：壩體滲漏主要發(fā)生在高程634.2～639.9 m段或更小的范圍內(nèi)，當(dāng)庫水位較高時，背水坡不同高程出現(xiàn)的滲漏點(diǎn)多為假象，庫水在高水位時穿過上游漿砌石體的砂漿勾縫及壩體內(nèi)的細(xì)小裂縫向下游滲漏，很少一部分水沿滲出點(diǎn)滲出，絕大部分水沿壩體混凝土與砌石體之間的縫隙向下，順砌石體的縫隙流出壩體形成滲漏點(diǎn)，形成滲漏點(diǎn)很多的假象，下部的石灰華是由于上部滲漏后，水流滴滲長期形成的結(jié)果。水庫運(yùn)行管理單位應(yīng)長期在不同蓄水位時觀測滲漏點(diǎn)的情況，以便更能準(zhǔn)確的確定壩體滲漏位置及與蓄水位的關(guān)系。

4　壩體防滲加固方案比選

針對大壩安全鑒定中提出的問題，結(jié)合目前國內(nèi)此類大壩除險加固的成功經(jīng)驗，通過查閱近年已完成的漿砌石拱壩除險加固設(shè)計文獻(xiàn)，提出三種加固方案作為本次比選，(1)聚合物水泥砂漿；(2)壩前掛網(wǎng)噴射混凝土；(3)壩體固結(jié)灌漿。對三種防滲加固方案進(jìn)行優(yōu)、缺點(diǎn)綜合分析，可以優(yōu)選出釣魚臺水庫壩體防滲加固的合理方案。

4.1聚合物水泥砂漿抹面

4.1.1技術(shù)措施

先對原壩面上污物、淤泥、青苔和其它附著物進(jìn)行徹底清除，露出清潔粗糙的原砌體。在抹面前用聚合物乳液與水泥(配比1:2)基液打底，然后在處理過的壩體表面涂抹厚2 cm的聚合物砂漿，最后涂刷一道2.0 mm的高分子防水防護(hù)材料面層。

在涂抹砂漿時，應(yīng)在表面略干(砂漿表面不粘手)后，使用農(nóng)用噴霧器進(jìn)行噴霧養(yǎng)護(hù)，使面層始終保持潮濕狀態(tài)，養(yǎng)護(hù)時間為7 d，然后自然養(yǎng)護(hù)21 d。

4.1.2技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)

聚合物水泥砂漿是近年來發(fā)展起來的一類新型修補(bǔ)材料，它是將少量有機(jī)聚合物摻入水泥砂漿中，借以改善水泥砂漿各項性能的復(fù)合膠凝材料。與普通水泥砂漿相比，它具有抗拉強(qiáng)度高、彈性模量低，耐磨、耐腐蝕、抗裂、抗沖擊、抗?jié)B、抗凍性能優(yōu)異，與舊混凝土具有良好的粘結(jié)性能，其收縮性與普通混凝土大致相同，且成本低，施工與普通水泥砂漿相似，工藝簡單，易操作和控制施工質(zhì)量，適用于因碳化、氣蝕、凍融破壞及化學(xué)侵蝕而引起的混凝土表層開裂、表面剝蝕破壞的修補(bǔ)及防滲工程中。采用聚合物砂漿既有砂漿的特性，又有砂漿、混凝土難有的柔韌性，而且還可以自下而上施工，受水庫水位影響較小。不能消除因壩體內(nèi)的混凝土防滲墻出現(xiàn)的縫隙而引起的滲漏問題。

4.1.3施工難點(diǎn)

壩體迎水坡包有一層水泥砂漿砌石，砌石由壩底到壩頂先是由里向外錯縫，到中部以后又由外向里收縫，錯臺縫有2 cm，聚合物砂漿在抹面時這個錯臺縫將影響砂漿厚度。另外，腳手架的搭建和在壩體倒懸部分砂漿與原砌石的粘合程度需要特別控制。

4.2壩前掛網(wǎng)噴射混凝土

4.2.1技術(shù)措施

先對原壩面上需要做混凝土掛網(wǎng)的區(qū)段進(jìn)行污物、淤泥、青苔和其它附著物進(jìn)行徹底清除，露出清潔粗糙的原砌體，再在壩面上按100 cm×100 cm方格角點(diǎn)布置充填補(bǔ)強(qiáng)灌漿孔，孔深為原壩體厚度的一半，用0.2～0.25 MPa的壓力壓入水泥漿，盡可能地充填現(xiàn)有的孔隙，膠結(jié)砌體內(nèi)的裂隙，達(dá)到充填補(bǔ)強(qiáng)的目的。在水泥漿尚未初凝之前插入φ20鋼筋，鋼筋深入壩體長度與防滲噴射混凝土厚度相同，防滲噴射混凝土厚度為15～20 cm。伸出長度為該處噴射混凝土厚度減去3 cm，再在插筋前端掛鋼筋網(wǎng)(φ6鋼筋綁扎間距10 cm×10 cm)，鋼筋網(wǎng)外部留3 cm混凝土保護(hù)層。混凝土體設(shè)伸縮縫，縫距為10 m，混凝土體設(shè)橫縫，縫間距為10 m?？p間止水采用塑料止水帶。

4.2.2技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)

在前面的壩體強(qiáng)度三維計算中，采用壩前整體掛網(wǎng)噴射15～20 cm厚混凝土的方案進(jìn)行大壩防滲和穩(wěn)定兩項計算，成果表明此方案對改善壩體應(yīng)力分布和減少滲漏效果十分顯著；缺點(diǎn)主要是混凝土損失量較大。

4.2.3施工難點(diǎn)

腳手架的搭建、鋼筋網(wǎng)的焊接、綁扎、模板的支撐、混凝土澆筑等都有一定難度，在壩體倒懸部分混凝土噴射混凝土與原壩體的粘合程度也是一個問題。

4.3壩體固結(jié)灌漿

4.3.1技術(shù)措施

在壩體中線偏下游位置，采用SGZ—1A型鉆機(jī)金剛石鉆頭鉆進(jìn)，開孔孔徑φ75 mm，灌漿采用分段次灌注，用SJB—30臥式灌漿機(jī)灌漿，灌漿壓力控制在0.1～0.3 MPa，吸漿量0.4 L/min時灌漿30 min結(jié)束。先鉆灌漏水嚴(yán)重部位，后鉆灌漏水少的部位。

4.3.2技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)

可對壩體內(nèi)部縫隙進(jìn)行堵填，達(dá)到密實壩體的作用，從而提高壩體抗?jié)B強(qiáng)度；

釣魚臺水庫壩型采用埋石混凝土漿砌石雙曲拱壩，壩體單薄、曲率大，灌漿孔易打穿壩體，灌漿時又可能從鉆孔上、下游兩側(cè)壩體漏漿，壓力不易控制等問題，況且壩體裂縫有可能出現(xiàn)吃水不吃漿的現(xiàn)象，使灌漿效果難以控制。

4.3.3施工難點(diǎn)

鉆機(jī)平臺的搭建有一定難度，鉆進(jìn)技術(shù)要求高，灌漿壓力要求嚴(yán)格控制。

4.4加固方案的選定

由三種水庫防滲加固方案技術(shù)性和可操作性看，每種技術(shù)各有利弊，結(jié)合工程實際，從該防滲加固工程投資和施工難易程度等方面綜合考慮，采用壩前掛網(wǎng)噴射混凝土措施作為釣魚臺水庫除險加固壩體防滲設(shè)計方案是切合實際。

5　結(jié)語

釣魚臺水庫作為一座以灌溉為主，兼防洪、旅游為一體的綜合性小(1)型水庫，當(dāng)?shù)厝罕妼λ畮煲蕾囆暂^大，水庫所經(jīng)灌區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)村經(jīng)濟(jì)和農(nóng)民增收基本依靠著水庫，解除大壩安全隱患，對水庫進(jìn)行除險加固延長水庫使用壽命，發(fā)揮水庫效益刻不容緩，從實際防滲加固方案技術(shù)性和可操作分析，對聚合物水泥砂漿、壩前掛網(wǎng)噴射混凝土和壩體固結(jié)灌漿三種加固方案進(jìn)行優(yōu)缺點(diǎn)綜合分析，采取壩前掛網(wǎng)噴射混凝土防滲加固是較為切實可行的方案。

2016-04-26

呂曉薇(1979-)，女，陜西岐山人，助理工程師，主要從事機(jī)井管理和水政執(zhí)法工作。

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