河南南阳二郎山水库除险加固工程措施

2011-04-13陈梅枝

黄河水利职业技术学院学报 2011年1期

陈梅枝，周晔

(河南省桐柏县水利局，河南桐柏 474750）

0 引言

二郎山水库位于河南省南阳市桐柏县城西北35 km 的大河镇李沟村三夹河支流鸿鸭河上，属长江流域唐白河水系。水库控制流域面积61 km2，总库容4 019 万m3，是一座以防洪、灌溉为主，兼有水产养殖、供水等综合效益的中型水库。其主要建筑物有大坝、溢洪道、输水洞等，大坝为均质土坝，坝顶长630 m，最大坝高24 m，坝顶宽4.6 m。水库原设计防洪标准为50 年一遇，校核标准为1 000 年一遇。工程于1958 年动工，后因多种原因施工，多次中断（先后经历了4 次施工过程），1979 年6 月竣工。

水库自运行以来，发挥了较大的社会效益，但同时存在许多工程隐患。而水库一旦失事，将给下游重要基础设施和沿河人民群众带来严重灾害。

1 水库安全鉴定及存在的问题

1.1 水库安全鉴定

2007 年3 月，桐柏县组织技术力量对水库大坝和溢洪道等进行工程地质调查。按照《水库大坝安全评价导则》（SL258-2000），结合水库现状，提出了《大坝安全鉴定报告书》。安全鉴定结论为：（1）二郎山水库位于唐白河水系三夹河支流上，下游有南阳油田、安棚碱矿及安棚、埠江等7 个乡镇和宁西铁路、312 国道等重要设施，地理位置重要。（2）经复核，水库防洪能力满足国家《防洪标准》GB50201-94规定要求。（3）坝体填筑质量较差，防浪墙裂缝多；迎水面护坡石局部风化、脱落、凹陷，垫层淘空；输水洞多处裂缝漏水，工程质量不合格。（4）经复核，大坝坝坡抗滑稳定安全系数满足规范要求，但上游局部无衬砌。溢洪道位于强风化基岩上，构造面倾向与边坡一致，岸坡不稳，局部坍塌，未衬砌，无消能设施，底部冲刷下切严重，输水洞进口的翼墙局部坍塌，洞身多处出现裂缝、射水。结构安全性为C级。（5）河槽段坝基为强透水的中粗沙层，截水槽不完整，防渗体系不完善；左右坝肩位于强风化基岩上，裂隙发育，存在接触渗漏，下游沼泽化严重；坝体大面积散浸。渗流安全性为C 级。（6）根据《中国地震动参数区划图》，该区动峰加速度小于0.05g，相应地震烈度为Ⅵ度，不需进行抗震安全复核。（7）输水洞进口钢闸门锈蚀、变形、漏水，出口钢筋混凝土闸门碳化、剥蚀、漏水，启闭机设备老化失修，丝杆弯曲，电动启闭设施损坏。金属结构安全性为C级。（8）监测和管理设施不完善。

综上所述，水库病险严重，为三类坝。

1.2 水库工程存在的问题

根据水库鉴定结果，水库存在的主要问题有以下几点：（1）大坝上游护坡石局部松动、塌陷、垫层掏空，无衬砌护坡处淘刷严重。（2）河槽段坝基为强透水的中粗沙层，截水槽不完整，防渗体系不完善。（3）右坝段及左坝肩座于强风化基岩上，裂隙发育，下游坝脚沼泽化，坝体大面积散浸[1]。（4）溢洪道在全强风化岩体中开挖，边坡不稳定，局部塌滑，底部冲蚀严重，出口有村庄，溢洪道无工程措施。（5）输水洞进口翼墙局部坍塌，洞身混凝土裂缝、渗漏。（6）输水洞进口闸门锈蚀、变形，出口混凝土闸门碳化、剥蚀。（7）大坝安全监测设施不完善，管理设施陈旧落后。

2 除险加固工程措施

针对二郎山水库工程中存在的问题，对水库的大坝、溢洪道、输水洞等建筑物进行除险加固。

2.1 大坝主体工程的除险加固

2.1.1 坝基防渗加固

二郎山水库0+050～0+630 段坝基岩石存在渗漏问题，加固处理措施采取帷幕灌浆方案。对河槽段宽150 m（0+017～0+167）段采用高压旋喷灌浆。

2.1.2 坝基灌浆工程

水库0+050～0+630 段坝基岩石存在渗漏问题，对这一段采用帷幕灌浆，在坝顶沿坝轴线方向布置一排孔，孔距2 m，下部进入弱风化岩石5 m，上部进入坝体2 m。大坝河槽段0+017～0+167 坝基采用高压旋喷灌浆，沿坝轴线方向布置灌浆孔一排，孔距1m，下部进入弱风化岩石1 m，上部进入坝体5 m[2]。

2.1.3 坝顶工程

坝顶0+060～0+110 段混凝土防浪墙拆除重建，0+616～0+630 段新建防浪墙，设计防浪墙宽50 cm、高180 cm，下部埋深80 cm，路面以上高100 cm。设计坝顶路面净宽4.3 m，为18cm 厚的C20 现浇混凝土，下设15 cm 厚的沙砾层。防浪墙和路面每隔5 m设一道伸缩缝，缝内填聚乙烯闭孔泡沫板。坝顶下游侧设厚20 cm、高60 cm 的C15 混凝土路沿石，埋深40 cm，并在坝坡横向排水沟对应位置预留20 cm×20 cm的缺口。在坝顶上游侧设置照明设备，每隔50 m设路灯一盏，并敷设配套的照明线路。坝顶照明采用41XY-DN308 电灯杆、JTY-23 灯具。

2.1.4 上游坝坡工程

迎水坡桩号0+000～0+100 段，兴利水位以下护坡粒径小，局部风化；桩号0+005～0+430 段，高程198.5 m 以下护坡垫层掏空、块径小、松动、脱落；其余段护坡基本平整，但局部长草、凹陷。设计对桩号0+000～0+100 段进行全部翻新，对其他破坏部位局部翻修。翻新时，采用块石（块径大于30 cm）砌筑，厚度为40 cm，下面设厚度均为15 cm 的碎石和粗沙垫层在高程198.00m 设2m 戗台一道，护坡坡脚设齿墙，采用Mu60M7.5 浆砌石砌筑。

2.1.5 下游坝坡整修工程

背水坡桩号0+270～0+375、高程191.0～198.0 m间有凹陷、隆起现象；桩号0+010～0+180、0+270～0+390、0+560～0+590 段坝坡有大面积散浸、漫浸现象。当库水位达到200.0m 时，右坝段坝脚发现明流。背水坡上坝踏步局部倾斜、断裂。下游坡经培厚加固后，进行草皮护坡处理，修理时按照准备草皮、整理坝坡、铺植草皮和洒水养护的工艺流程进行施工。

2.1.6 排水体修复高程

大坝桩号0+050～0+180、0+240～0+358 段原棱体坡式排水体施工质量较差，坡面护坡石松动，且风化石多，其中桩号0+050～0+150 大部分淤塞失效。设计对桩号0+050～0+180 原排水棱体拆除翻修，0+240～0+358 段在现棱体排水体基础上加设帖坡式排水体，使坝体浸润线在排水体以下溢出，满足规范要求。贴坡排水体上部设40 cm 厚的干砌块石，下部分别为2～4 cm 的碎石垫层、直径为0.5～2 cm 的碎石和粗沙各一层，厚20 cm。

2.1.7 坝坡排水沟翻修

原排水沟为素混凝土，横向排水沟向内倾斜，局部断裂、脱落；纵向排水沟扭曲断裂、淤塞，基本报废。本次除险加固工程对坝坡排水沟全部拆除重做，共建横向排水沟14 条，总长292 m；纵向排水沟3 条，总长366 m；岸坡排水沟6 条，总长528 m。排水沟采用MU60M7.5 浆砌石，纵向排水沟净断面尺寸（宽×深）为40 cm×40 cm，设在高程198.00 m 台地处；横向排水沟净断面尺寸（宽×深）为30 cm×30 cm。排水沟外护砌块石，每隔10 m 设伸缩缝一道，填缝材料为聚乙烯闭孔泡沫板。岸坡排水沟采用1∶0.3的梯形断面，底宽70 cm，深100 cm。

2.1.8 上坝踏步

上坝踏步倾斜、断裂。为便于高程管理，本次设计将桩号0+270、0+410 处原C15 混凝土上坝踏步拆除重建。新建踏步为C15 混凝土结构，总宽2.5 m，净宽2.0 m。

2.1.9 白蚁防治

在坝体桩号0+390～0+510 段发现有蚁穴。本次除险加固工程采用药物灌浆法，对坝体白蚁进行治理。该方法在本地有成功经验，又经济实惠，可以起到良好的效果。具体做法为：在背水坡桩号0+390～0+510、高程198.00～189.00m 范围内，进行钻孔投药，孔距1.5 m，排距1.5 m，孔深2.5 m。药剂采用五氯酚钠或敌百虫，水土比为1∶2，药剂在水中的含量为0.1%～0.2%。

2.2 溢洪道工程的除险加固

由于溢洪道无工程措施，设计整修溢洪道进水渠，新建溢洪道泄槽段、消能防冲段及溢洪道两侧边墙。溢洪道为开敞式，全长393.8 m，其中进水渠长200 m，为梯形断面，C20 混凝土护坡，坡比1∶2。后20 m 为渐变段，底宽由90 m 渐变至70 m。控制段为开敞式宽顶堰，堰坎厚15 m，宽70 m。泄槽段水平长度133.8 m，首端底部高程为201.00 m，末端底部高程为186.00 m。桩号0+215～0+265 为渐变段，两侧对称渐变至宽50 m。该段底坡为1∶20，矩形断面。桩号0+265～0+270 为抛物线连接段。桩号0+270～0+348.8 为弯道段，转弯半径为6 倍泄槽宽，即300 m，其纵坡为1∶7。桩号0+348.8～0+373.8 为消力池段，池深2.5 m。桩号0+373.8～0+393.8 为海漫段，其后为河床。

2.3 输水洞工程的除险加固

2.3.1 输水洞闸室维修

针对输水洞存在的问题，对输水洞进口闸室屋面板、启闭机梁及以上结构拆除重建，启闭机梁及以下结构利用。拆除了重建输水洞工作桥。工作桥长33 m，共3 跨，每跨11 m；桥台为重力式U 型桥台，高3.5 m，与道路和大坝坝顶连接。

2.3.2 洞身加固

为防止原输水洞洞身漏水在周围产生空洞，洞身与坝体之间形成接触渗漏通道，输水洞洞内采用灌浆加钢丝网喷护方案加固。对原输水洞洞身进行洞内固结灌浆加固，灌浆材料采用纯水泥浆，灌浆范围为原输水洞洞身段。

2.3.3 输水洞进口维修

输水洞进口八字翼墙老化、局部坍塌，本工程对其翼墙和底板拆除重建。

2.3.4 出口消能防冲设施

输水洞出口消力池底板断裂，左侧墙倾斜。对输水洞出口消力池拆除重建，消力池墙采用浆砌石结构，底板采用C20 混凝土。

2.3.5 输水洞下游泄洪、灌溉闸重建工程：

输水洞下游泄洪、灌溉闸混凝土闸门碳化、钢筋外露，启闭机老化，启闭塔排架有裂缝，漏筋，混凝土崩裂。对输水洞下游泄洪、灌溉闸闸室拆除重建。重建泄洪闸顺水流方向的轴线与泄洪渠道轴线一致，由闸前防渗铺盖、闸室、闸后连接段及消能防冲段组成。灌溉闸顺水流方向的轴线与泄洪渠道轴线呈25°夹角，由闸前防渗铺盖、闸室、闸后连接导墙组成。

2.4 机电、金属结构更新

2.4.1 机电设备及金属结构的选型、布置

输水洞进口工作闸门和检修闸门均为一扇平面钢闸门，尺寸为2.2m×2.0m，启闭设备为1 台20 t手电两用螺杆式启闭机。泄洪闸门为两孔铸铁闸门，尺寸均为2.6 m×2.8 m，启闭设备为2 台8 t 手电两用螺杆式启闭机。灌溉闸门为一孔铸铁闸门，尺寸为2.2 m×2.8 m，启闭设备为1 台8 t 手电两用螺杆式启闭机。

2.4.2 电气主接线方案

外接电线接入配电箱，配电箱引出线接照明、风扇、插座及20 t 手电两用螺杆式启闭机。

2.5 坝体观测设计

2.5.1 大坝变形监测设施

本次除险加固工程重新设置大坝变形检测点。表面竖向位移和水平位移观测公用一个测点。位移观测点拟在0+045、0+250、0+550 断面的迎水坡坝前8 m、坝顶、背水坡坝后15m 处各布置观测标点一个，并在两端布置相对固定的校核基点3 个。起测基点和校核基点各3 处，共6 处。

2.5.2 大坝水流观测工程

根据《土石坝安全检测技术规范》SL60-94 中渗流观测布置及埋设要求，二郎山水库大坝渗流观测设施有坝体浸润线管、坝基测压管、渗流流量观测堰3 种[3]。其具体布置为：（1）坝体浸润线管。共布置3 排10 孔，其中主河槽0+095 断面设4 孔，台地段0+335 以及副坝段0+555 断面各设3 孔。（2）坝基渗流压力观测管。共布置3 排10 孔，其中主河槽0+105 断面设4 孔，台地段0+340 以及副坝段0+560断面各设3 孔。（3）渗流流量观测堰。在大坝背水坡下游桩号0+100 处设三角量水堰一座。