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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
关键词:水洞排水沟溢洪道

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。

3 结语

采用以上的除险加固工程措施,工程完成后,加固了大坝坝体,完善了溢洪道的泄流条件,改善了水库的周边环境,使防洪、灌溉、旅游、养鱼等效益大大提高。 同时,也保障了水库下游沿岸抵御洪水能力,使下游免受洪涝灾害,保证了人民群众的生命财产安全,促进了经济社会的持续稳定发展。

[1]SL55-2000,中小型水利水电工程地质勘察规范[S].

[2] 白永年.土坝坝体和堤防灌浆[M].北京:中国水利水电出版 社,1985.

[3] SL60-94,《土石坝安全检测技术规范》[S].

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