宁夏海原县石峡口水库除险加固技术探讨

夏继龙，潘春玲，李世虎

（宁夏回族自治区固原市水利勘测设计院，756000，固原）

宁夏回族自治区石峡口水库除险加固工程于2009年动工，2010年6月竣工，并通过了自治区水利厅、发改委组织的竣工验收。

一、工程概况

石峡口水库是宁夏回族自治区坝体最高、库容最大的水库，地处清水河一级支流——西河流域出口处，距中卫市海原县城约40 km，流域面积为1910 km2。水库于1958年动工兴建，1959年建成运行，分别于1965年、1973年、1976年和 1992年进行加固改造。坝顶高程为1458.50 m，总库容为16679万m3，现状淤泥面高程为1452.50 m，淤积库容11430万m3，为中型水库。水库由土坝、泄洪建筑物和取水建筑物三部分组成。土坝为均质土坝，最大坝高69.9 m，坝顶宽6 m，长 286 m，坝前坡比 1∶3.0，后坡比1∶2.5。泄洪建筑物布设于坝体右岸，由泄洪水塔及泄洪隧洞组成。水塔高16.47 m，塔身为钢筋混凝土箱形框架结构，外围尺寸宽×高为9.6 m×5.5 m，水塔底板高程为1442.83 m，泄洪隧洞为城门洞形，宽约5.2m，高约6.57m，长218m。取水建筑物布设于坝体右岸，由卧管和隧洞组成，卧管坡比1∶2.0，设计流量 1.0 m3/s，输水隧洞为圆形，直径1.0 m，长10 m，出口接泄洪隧洞。水库主要以防洪和拦截泥沙为主，水库防洪标准不足1000年一遇。

二、工程设计

1.土坝加高培厚

土坝加高6 m，加坝后坝顶宽10 m，顶长313 m。加坝采用坝前加高，坝后培厚盖重及压脚的方式。新加坝体前坝坡坡比与现状相同，为1∶3.0；从现状淤泥面高程1452.50 m至设计坝顶高程1464.50m，高为12m。

后坝坡从现坝顶高程1458.50 m至1432.00 m，高为 26.5 m，维持原坝坡 比不变，为 1∶2.5。 在 1432.00～1409.00 m高程处设置顶宽20m、坡比为 1∶2.75 的盖重体，在1409.00～1399.00 m高程处设置顶宽34.25 m的压脚。

2.泄洪建筑物改造

（1）水塔加高

泄洪水塔布设在坝右岸山脚处，此次除险加固工程设计在原塔顶加高5.2 m，加高部分断面与原塔体相同。水塔进口底板高程1442.83 m，设计塔顶高程1462.80m，总塔高21.67m。水塔基础坐落在砾岩上，塔身为钢筋混凝土箱形框架结构，外围尺寸宽×高为9.6 m×5.5 m。塔顶设有操作室，面积52.8 m2。水塔和路面间设有长16 m、宽2 m的工作桥，工作桥两侧设有钢管护栏，护栏高1.2 m。

（2）泄洪隧洞改造

隧洞缩短为214 m，隧洞断面为城门洞形，断面尺寸基本维持原断面，对不规则的洞段进行修整。修整后的隧洞断面尺寸：底宽5.2 m，直段高4 m，圆拱半径2.6 m。隧洞用C25钢筋混凝土衬砌，衬砌厚0.5 m，底板和直墙连接处设0.5 m×0.5 m的抹角。

（3）新建泄洪陡坡

泄洪陡坡与泄洪隧洞之间用圆弧段连接，圆弧半径13 m，圆心角34°，圆弧段长 7.7 m。 陡坡坡降 1∶1.5，水平长24.7 m，斜长 29.7 m，矩形断面，底宽5.2 m，边墙及地板均用C20钢筋混凝土砌护，砌护厚为55 cm。陡坡出口采用挑流消能方式，出口挑射角30°，反弧半径10 m，挑坎高为1.5 m。

三、除险加固技术探讨

1.土坝加高

土坝加高是在现状淤泥面上进行的，石峡口水库淤泥面高已达63.9 m,考虑库区淤积物含水量大，为防止加坝过程产生滑坡现象，必须采取措施进行处理。

根据近年宁南山区中小型水库坝前加坝的方式，其主要措施是控制加坝速率，延长施工期，即在淤泥面上土坝加高2～3 m后，暂停施工约1个月，同时监测加坝坝体的沉降量，待其趋于稳定时再在其上继续加高，如此往复。由于该坝从现泥面至设计坝顶高达12 m，造成施工期太长，影响水库安全度汛。鉴于此，在此次水库除险加固中，首次采用在加坝部位淤泥面上打砂井的技术进行抗滑处理。一是可以提高现状淤泥面的承载能力，二是加速淤泥固结排水。

具体技术措施：在加坝部位淤泥面上打呈梅花状布设的孔径为0.3 m、孔距为5.0 m的砂井，内填粒径为3～5 cm的碎石。孔底距离原坝坡0.5 m为准，不能穿透原坝坡，孔深布置在2～12 m之间。在砂井顶部铺筑0.5 m厚碎石垫层，使砂井与碎石垫层连通，然后在碎石垫层上进行加坝。当加坝覆重后，砂井可起到加速淤泥固结排水的作用，淤泥内的水通过砂井及砂井顶部的碎石垫层排向库内。土坝加高完成后，经过半年多的运行，坝体没有出现裂缝和滑坡迹象。

坝体设计控制指标：由于加坝后土坝为高坝，压实度要控制在98%以上，土壤含水率控制在最优含水率13.8%的-2%～+3%之间。

2.土坝培厚

后坝坡根据稳定计算结果，从现坝顶高程 1458.50～1432.00 m高为26.5 m，维持原坝坡比1∶2.5不变。在1432.00～1409.00 m高程处设置顶宽20 m、坡比为 1∶2.75的盖重体，在高程1409.00～1399.00 m处设置顶宽34.25m的压脚，以增加后坝坡稳定性。

坝体设计控制指标：采用两岸砾岩作为土坝培后砂壳料，用孔隙率作为设计控制标准，孔隙率控制在28%左右。

3.泄洪隧洞衬砌

（1）工程地质

石峡口泄洪隧洞位于右坝肩。原隧洞断面为蛋形，宽约5.2 m，高约6.57 m，长218 m，隧洞处于砾岩中。砾岩：土红色，厚层状，粒径 1～10 cm，大者30 cm，呈亚圆形、亚棱角形，成分为灰岩、砂岩，约占70%，泥质胶结，为接角式胶结，局部夹泥质砂岩薄层。强风化层厚3.0 m，中等风化层厚4.0 m。其物理力学指标 （类比）：密度 2.4 g/cm3，内摩擦角 45°，湿抗压 2.0 MPa，软化系数 0.4，变形模量 2×103MPa，泊桑比 0.35，与水塔塔基摩擦系数为0.35。单位弹性抗力系数 25 kg/cm3，坚固系数 2.0，微风化或新鲜（R）为 1000 kPa，边坡比1∶0.75；中等风化（R）为 400 kPa，边坡比 1∶1；强风化（R）为 300 kPa，边坡比1∶1.25。

隧洞走向约40°，基本与砾岩走向正交，这对成洞较为有利。砾岩呈厚层状，属于软岩类。岩体结构面较发育，裂隙2～3条/m，延伸长度2～5 m，张开约 3～10 mm，多数无充填，岩体完整性差。地下水水位在洞室以下，岩体遇水软化，岩体为次块状结构。根据以上特征，隧洞围岩类型为Ⅳ类 （不稳定）。毛洞围岩自稳能力差，自稳时间短，顶拱常有坍落，边墙也有失稳现象，可能产生较大规模变形破坏，应及时喷锚加固，进行全部衬砌。

（2）衬砌方案

宁夏首次引进四川广汉金达隧道机械有限公司生产的一次性成型隧洞混凝土衬砌牵引式台车，在海原县石峡口水库除险加固工程隧洞混凝土衬砌中运用并获得成功，填补了宁夏在隧洞混凝土衬砌方面的空白。

①主要技术参数

台车类型：液压外力牵引式

最大外形尺寸：

11148 mm×5240 mm×6620 mm

门架净空尺寸：2600 mm×3520mm

台车运行速度：300 mm/min

液压电机功率：7.5 kW

台车衬砌长度：9000 mm

②主要技术要求

a.全部模板总装完成后,应对齐调平，接缝间隙不大于2 mm,不得有错位现象，全部螺栓不得松动。

b.工作窗开启灵活，四周间隙不大于2 mm,不得与模板错位。

c.整机装配完毕后，应在现场组装试运行，各行走支撑运行平稳。

d.注浆装置应移动灵活，不得有漏浆现象，各铰接应转动灵活，拆卸自如。

e.液压系统各管路接头不得有渗漏现象，调试压力按液压系统要求进行。

f.台车衬砌工作时，轨道必须固定，且轨道中心线与隧洞中心线偏差不大于20 mm。

③效能与质量分析

工作效能大幅度提高。同样规模的隧洞衬砌，每节长度为10 m，采用常规方法施工，从绑扎钢筋、支模、混凝土浇筑、脱模等工序，一般需要15天左右；而采用一次性成型隧洞混凝土衬砌牵引式台车施工，3～4天即可完成2节20 m长的隧洞衬砌施工。

工程质量不断提升。采用新技术进行隧洞混凝土衬砌施工，与之配套的机械是混凝土压力输送泵，减少了隧洞混凝土浇筑过程的中间环节，提高了工程质量。

[1]白永年，吴士宁，王洪恩.土石坝加固[M].北京：水利电力出版社，1992.

[2]张启岳.土石坝加固技术 [M].北京：中国水利水电出版社，1999.