赛美水库除险加固工程综述

周扩军

（湖南省湘阴立业水利建筑安装有限责任公司 湘阴县 414600）

1 工程概况

赛美水库位于湖南省湘阴县东塘镇龙潭冲洞庭湖小支流下游。水库控制集雨面积14.27 km2，库容1 029万m3。水库枢纽由主坝、宋家塘副坝、茶场副坝、六塘副坝、溢洪道、输水涵等组成。主坝、副坝均为均质土坝，其中主坝顶高程55.72 m，最大坝高18 m，坝顶轴线长508 m，宽6 m。低输水涵位于主坝左端，为宽×高=1.2 m×1 m钢筋混凝土箱涵。高输水涵位于主坝右端，为内径Φ=0.7 m钢筋混凝土圆涵。溢洪道位于主坝右坝肩，为宽顶堰型，堰顶高程54.6 m，设单孔宽×高=2.5 m×4 m的钢筋混凝土平板闸门,最大下泄流量为39.2 m3/s。

水库始建于1958年，初为小（Ⅰ）型水库，1970年扩建为中型水库，属典型的“三边”工程，由于防洪标准低，渗漏严重，防洪能力差，湘阴县水利局对出现的问题进行了多次小规模处理，但由于经费不足和其它条件制约未能彻底处理，工程存在较多的安全隐患，成为湘阴县的病险库之一。

2 水库除险加固前存在的主要问题

2001年12月，经对水库大坝安全鉴定并经水利部大坝管理中心复核，确认为三类坝，存在的主要问题为：

（1）主坝渗漏，主坝坝基渗漏较严重，坝端接触面渗漏严重，下游排水反滤设施失效。

（2）宋家塘副坝坝顶高程不能满足挡洪要求，坝身、坝基渗漏严重。

（3）茶场副坝坝身单薄，坝顶高程不能满足挡洪要求。

（4）六塘副坝坝顶高程不能满足挡洪要求，涵闸老化破坏。

（5）溢洪道水毁严重，不能安全泄洪。

（6）输水涵渗漏严重，启闭设备老化，已无法满足正常运用要求。

（7）主、副坝上游坝坡均未护坡。

（8）无大坝观测设施。

（9）防汛抢险道路不畅，管理房屋年久失修等。

3 除险加固主要措施及施工

3.1 除险加固主要措施

由武汉大学设计研究总院完成的 《湖南省湘阴县赛美水库除险加固工程初步设计报告》和湖南省水利水电勘测设计研究总院完成的 《湖南省湘阴县赛美水库除险加固工程技术设计报告》中，针对大坝安全鉴定提出的问题，经优选方案和优化设计，采取了以下主要措施：

（1）主坝坝顶采用冲抓回填措施，在距坝顶中心线上游侧1.5 m处定为冲抓回填套井中心线，其轴线与坝轴线平行，轴线总长573 m。采用帷幕灌浆处理主坝接触渗漏，帷幕灌浆总轴线长为573 m，共计钻孔192个。主坝帷幕灌浆按两序进行，一序灌奇数孔，二序灌偶数孔。

主坝上游坡面在高程44.0 m以上至坝顶范围内采用六角形混凝土预制板护坡，混凝土预制板厚度为15 cm。

主坝下游坡面修建纵、横排水沟，构造坡面排水系统。横向排水沟靠平台内侧布置，纵向排水沟沿山体与坝面交界线布置。纵横向排水沟横断面尺寸均为30 cm×40 cm（宽×高），内表面采用C15混凝土衬砌，厚度为10 cm。

坝趾设置纵横导渗沟，构造坝趾排水系统。纵向排水沟设置在主坝下游二级平台（高程43.8 m）的外侧，沟底宽度1 m，垂直深到基岩面。导渗沟内分别于38.5 m、39.0 m和39.5 m 3个高程埋设纵向排水暗管采用PVC材料，内径110 mm，管外包裹3层土工织物，以尼龙绳绑扎。横向排水沟以桩号0+264断面为基准向左、右每隔10 m设置一条导渗沟，共计30条，其中沟底宽1 m，垂直深到基岩面。导渗沟内分别于38.5 m、39.0 m和39.5 m三个高程埋设横向排水暗管与纵向排水暗管相接，横向排水纵坡I=1/200，采用上述同样的方法对排水管进行处理。最后在导渗沟外以砂砾石回填，上部采用干砌石护面。

（2）主坝低输水涵加固将对涵洞进行回填灌浆，将灌浆孔布置在顶拱120°范围以内，呈梅花型布置，排距2 m。奇数排钻孔2个，偶数排钻孔1个。并对伸缩缝和涵洞表面重新修补，更换检修闸门、工作闸门，修补门槽、机座及启闭机房、工作桥。

（3）主坝高输水涵重新进行钢筋混凝土衬砌，改造涵闸进水口、增设工作桥，改建闸门及启闭设备。

（4）在宋家塘副坝坝顶增设防浪墙，防浪墙高程为55.4 m，墙底高程 53.4 m，墙体高度2.0 m，坝顶以上1.2 m，深入坝体0.8 m，墙身厚度0.4 m，墙底宽度1.2 m。防浪墙长度130 m，采用钢筋混凝土结构。防浪墙每隔10 m设一伸缩缝，缝宽2 cm，以沥青杉板嵌缝。防渗护坡采用土工膜防渗，以六角形混凝土预制板护坡，混凝土板厚度10 cm。对两岸坝肩采取接触灌浆处理，按单排孔布置，间距3.0 m，孔深2.0 m。

（5）在茶场副坝坝顶增设防浪墙，防浪墙高程为54.72 m，墙底高程52.8 m，墙体高度1.92 m，坝顶以上1.12 m，深入坝体0.8 m，墙身厚度0.4 m，墙底宽度1.2 m。防浪墙长度80 m，采用钢筋混凝土结构。防浪墙每隔10 m设一伸缩缝，缝宽2 cm，以沥青杉板嵌缝。对茶场副坝上、下游坝坡采用六角形混凝土预制板护坡，混凝土板厚度10 cm。

（6）在六塘副坝坝顶增设防浪墙，防浪墙高程为55.7 m，墙底高程53.8 m，墙体高度1.9 m，坝顶以上1.1 m，深入坝体0.8 m，墙身厚度0.4 m，墙底宽度1.2 m。防浪墙长度240 m，采用钢筋混凝土结构。防浪墙每隔10 m设一伸缩缝，缝宽2 cm，以沥青杉板嵌缝。对六塘副坝上、下游坝坡采用六角形混凝土预制板护坡，混凝土板厚度10 cm。

（7）溢洪道加固将进口八字墙加固，增设启闭设备。恢复重建500 m泄洪渠，渠底宽为3 m，内坡坡比1∶2，渠底纵坡I=1/2 000，渠高3.0 m，堤顶宽度2.0 m，泄洪渠内侧采用C15混凝土衬砌，厚20 cm。沿水流方向每5 m设一条伸缩缝，缝宽2 cm，采用橡胶止水带止水，沥青杉板嵌缝。

（8）对原管理站房进行维护，新建管理所办公用房300 m2，硬化防汛公路，完善观测设施等。

3.2 除险加固工程主要施工方法

赛美水库除险加固工程在施工单位的选择上依法进行了公开招标，华容水利水电建筑工程有限公司中标。该工程主要包括土方开挖、混凝土浇筑、浆砌石砌筑、混凝土预制块护坡、帷幕灌浆、冲抓开挖回填、金属结构设备及安装等。

3.2.1 混凝土浇筑

混凝土拌制采用1座HBZ50型混凝土搅拌站进行拌和，拌和站设置PL1600型配料机，该配料机有砂、小石、中石、大石四个料斗，粗、细骨料均由配料机准确称量，人工倒袋装水泥，保证了混凝土的拌和质量。混凝土运输采用皮带输送机进行入仓浇筑。浇筑混凝土时采用拌和站利用积料斗直接放到皮带机上，皮带机运输混凝土至浇筑仓面的上方，用刮刀、串筒使混凝土入仓。

浇筑过程中通过控制水温、避开高温时段浇筑等方法控制入仓混凝土温度。采用预埋钢管利用探针式温度计和水银温度计测混凝土内部温度，从而加强表面养护，保证混凝土不产生温度裂缝。使用混凝土含气量测定仪测定混凝土的含气量，以保证混凝土的抗冻标号。每班4次测定混凝土出机、入仓坍落度，确保混凝土的水灰比和和易性符合要求。混凝土振捣采用2台振捣棒人工振捣，人工平仓。成型并达到设计强度后进行拆模养护，养护时间不少于28 d。

3.2.2 混凝土预制块护坡

（1）混凝土板预制。

首先选定预制场地，对预制场地平整夯实,铺设砂隔离层。混凝土板采用钢模施工，按设计图纸要求加工成六边形板。预制板采用C15混凝土，按要求作配比实验，混凝土取样检测合格后，才进行加工预制。采用1台0.4 m3混凝土搅拌机，每次拌和时间为3 min。采用双胶轮车运输混凝土，保证供料及时，不漏浆。采用2.2 kW平板式振捣器振捣密实，不允许混凝土出现蜂窝、麻面。混凝土采用草袋铺盖，用潜水泵抽水并洒水养护，以防混凝土烧坏或冻伤。混凝土养护至一定强度后才能拆模，并确保不缺损、不掉角。

（2）混凝土预制板铺砌。

用汽车将已达到养护期的混凝土预制块运至坝顶，并用人工转运至施工坡面。对坡面纵横拉线放样，坝坡转变处样线加密，适当调整样线两端间距。采用M7.5水泥砂浆砌筑，表面采用砂浆勾平缝。砌缝内砂浆应填充饱满，水平缝宽应不大于1.5 cm，竖缝宽不得大于2 cm。在护坡砌筑时应从下依次向上铺砌，不得坡中起砌，并按施工图纸规定进行分段分缝。预制块表面保持平整美观，表面平整度采用2 m尺检验，不应超过±10 mm。表面溅染的砂浆应抹除干净。铺砌完工后，表面应整洁、砂浆平缝清晰，无砂浆、沥青等污染。预制混凝土块在砌筑之后（12～18）h内开始养护，经常保持外露面的湿润，持续养护14 d。

3.2.3 块石砌筑

对开挖后形成的砌体土基，必须清理表面的松散土，采用人工或机械夯实。浆砌石采用铺浆法砌筑，砌筑块石基础的第一皮石块座浆，且将大面向下。块石基础扩大部分，若做成阶梯形，上级阶梯的石块应至少压砌下级阶梯的1/2，相邻阶梯的块石应相应错缝搭接。

块石砌体应分批卧砌，并应上下错缝、内外搭砌，砌体每日砌筑高度保证在1.2 m以内。块石砌体的灰缝厚度不大于25 mm，砂浆应饱满，石块间较大的空隙应先填塞砂浆，后用碎块或片石嵌实，不得采用先摆碎石后填砂浆或干填碎石块的施工方法，石块间不应相互接触。块石砌体第一皮及转角处、交接处应选用较大的平块石砌筑。砌体外露面，在砌筑后（12～18）h内开始养护，经常保持外露面的湿润，持续养护14 d，在养护期间经常洒水，无碰撞和震动。

3.2.4 主坝冲抓回填

冲抓回填套井中心线位于距坝顶中心线上游侧1.5 m，其轴线与坝轴线平行，轴线总长573 m。钻孔采用8JZ-95型自动挂御冲抓式打井机，钻孔按一排布置，孔距0.6 m，共钻956孔。钻孔伸入坝体与基岩接触面以下0.5 m，与主坝帷幕灌浆相接达1.5 m，形成垂直防渗体。钻孔要求铅直，钻孔偏斜率应不大于1/50。在钻孔时为防止井孔偏斜，造孔时钻头中心要对准桩点，三角架应保持平稳不得移位，挂钩器要保持平衡，造孔回填采用二序法进行，先主井、后套井。回填土料采用粘土，要求粘土粘粒含量为35%～50%，渗透系数小于1×10-6cm/s，含水量控制在最优含水量附近，其误差不得超过±2%～3%，填筑后的土料干容重不小于1.55 g/cm3。填土分层进行，回填一层，夯实一层，不得边填边夯，每层填土厚度控制在（0.3～0.5）m。填土夯击采用马蹄形混凝土夯锤，夯击时一般控制夯距为3 m。当夯实10 m以下的井段时，可适当加大夯锤的冲击力，扩大对周围土体的挤压影响；当接近井顶部位时，则应减少夯锤的落距，以防坝面开裂或孔周土体隆起。在落夯时，保持（1～2）s的稳定时间，以免夯锤晃动，碰撞孔壁，降低夯击功能。

3.2.5 帷幕灌浆

主坝坝基帷幕灌浆沿坝轴线上游侧1.5 m处设单排灌浆孔，孔距为3 m，总轴线长为573 m。钻孔使用XY-2型及XY-2PC型两种类型地质钻机，采用Φ75 mm金刚石钻头，清水钻进技术，并对先导孔及指定的孔进行岩芯描述，并计算岩芯采取率，采用CX-45型测斜仪进行孔斜控制，使孔底偏差控制在技术要求允许范围内。等待造孔完毕后采用压力水进行裂隙冲洗，直至回清净水时为止。孔内冲洗压力为灌浆压力的80%，并不大于1 MPa。灌浆材料采用新鲜的硅酸盐水泥，其强度等级为42.5或以上，浆液的稠度根据基岩的吸水率确定，一般当q≥10 Lu时起始水灰比采用5∶1；当q≤10 Lu时起始水灰比采用8∶1；以后采用 3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1。 浆液稠度变浓的原则是：当注入400 L以上吸浆量仍很大时即改浓一级；同时吸浆量大于30 L/min时，根据具体情况越级变浓。灌浆采用自上而下孔内循环式灌浆方法。灌浆压力接触压力为0.45 MPa,下一段压力为0.65 MPa。

3.2.6 金属结构及电气设备安装

利用水工建筑使用的桩号控制线和高程点，用经纬仪、水准仪和经校验过的钢卷尺分别测放出每孔的的孔口中心线、闸门底槛中心线和高程控制点，校核正确后做永久控制点。按施工图实地测放出平面闸门埋件的位置大样，逐步测放出底坎、主轨、反轨、护角以及侧轨等部件的实样，并在埋件防腐后进行安装。

4 结语

赛美水库除险加固工程在参建各方的共同努力下，各分部工程已圆满完成，实现了按期完建的目标。赛美水库除险加固工程的完成，不但提高了水库的防洪标准，使设计洪水标准达到了100年一遇，校核洪水位达到了1 000年一遇，彻底摘掉了“病险水库”的帽子，还使水库的面貌焕然一新，防洪、灌溉、农村安全饮水等综合效益得到了充分发挥。