黄羊泉水库工程除险加固设计

郭法强 田 原

（新疆宏昌水利规划设计公司，乌鲁木齐 830000）

黄羊泉水库是一座引白杨河水注入式多年调节水库，其位于新疆准噶尔盆地西侧边缘，为西准噶尔褶皱带扎依尔山麓南部山前地带。场区属低山丘陵地貌形态，总体呈西北高东南低之地势。水库设计库容5800万m3，设计最高水位346.0m，工程设计等别为三等中型工程，主要建筑物为三级建筑物，次要建筑物级别四级。

水库由拦河坝、安全放水涵洞、输水涵洞、坝后消力池、坝后引水渠、沉砂池、泵站等部分组成。坝体分为主坝段、1＃副坝段、2＃副坝段及南岸的护岸段。主坝与副坝共长1215m，护岸长350m。

主坝段总长691.394m，桩号为0＋025～0＋716.394m，坝型为粘土心墙砂壳坝，坝顶高程均为350.00m，坝顶宽为6.0m，坝体上、下游坝坡分别为1∶2.5和1∶2.0，最大坝高27.0m。粘土防渗心墙设于坝体中部，顶部高程347.00m，顶宽4.0m，两侧边坡为1∶0.178，心墙底部穿过中等透水层以下3～5m左右，底部嵌入清除风化层后的基岩中的齿槽部分为倒梯形，底宽3.0m，边坡为1∶0.36。心墙与砂壳之间上、下游均设1.5m厚的反滤层。

安全放水涵洞位于坝体中部，为钢筋混凝土坝下埋管，轴线位于大坝桩号0＋615处，与坝轴线呈90°交角，由进水口、洞身、闸门井三部分组成。涵洞进口高程330.00m，最大泄水流量15m3／s。输水涵洞紧靠安全放水涵洞，洞身系钢筋混凝土门洞形断面，断面尺寸为1.2m×1.2m，全长94m，纵坡为0.005。进口高程 330.00m，最大输水流量1.4m3／s。坝后安全引水渠接涵洞放水管出口，最大过流量为15m3／s。

1 大坝存在的主要问题

（1）大坝作为挡水建筑物，上游坝壳碾压不密实，坝顶高程起伏较大，且曾多次出现滑坡现象，威胁坝体安全运行。

（2）心墙填筑土料为中压缩性粘土，强度较低且局部填压不密实。虽然室内试验成果中渗透系数满足了设计要求，但在野外观察发现部分钻孔基岩压水试验，探坑坑底有返水现象，说明心墙填筑局部质量不好，碾压不实。

（3）通过地质勘探，发现在坝体在桩号0＋380处，马道水下可见部分有塌板现象，下落深度10～20cm，现已做保护措施进行处理。342.2m马道本身于0＋480～0＋520和0＋290～0＋320有大范围的不均匀沉降现象，同时产生马道与下游混凝土护板2～3cm纵向拉裂缝。坝后坡于0＋500～0＋550近坝顶部分出现大范围不均匀沉降现象。以上现象说明局部坝壳料填筑不均匀，碾压不实。

（4）副坝基及主副坝衔接部位 （0＋700～0＋900）为剥蚀洼地，原地面高程345～350m与坝顶高程近一致，主副坝接头部位，地形高差12m；北副坝基主要岩性为砂岩、泥岩及砂质泥岩与泥质砂岩组成；大坝清基深度0～1m，坝基防渗体设计开挖深度3～6m，防渗体座在基岩透水率q为12～100Lu的中等透水层上 （本次勘探钻孔透水率偏低），造成北副坝基和坝肩绕渗；桩号0＋700～0＋850后经帷幕灌浆处理后仍有绕渗现象。这说明坝基及坝肩处理尚未彻底，坝基及坝肩仍存在坝基渗漏及绕坝渗流等问题。根据野外观察，发现部分钻孔基岩压水试验，探坑坑底有返水现象。

（5）针对坝壳料≤5mm含量偏高，含泥量偏高砂砾料含盐量偏高以及坝体砂壳料部分地段碾压不密实，造成坝面结构沉陷断裂等现象，建议在下阶段进行详细勘察、论证，准确确定处理范围及深度，确保坝壳稳定及水库安全。

（6）坝坡上游混凝土板防浪护坡厚度不够，曾于1995年被大风掀起，极不安全。建议在下阶段重新核算其厚度，并采取一定措施进行处理，以达到水库安全运行，确保工程结构合理稳定的。

（7）水库缺乏完善的大坝安全监测系统，使水库的运行、安全和管理带有很大的未知性、盲目性。

2 坝体除险加固设计

坝体加固是针对坝体存在的问题，在原水库坝体基础上进行。本次加固主要针对坝体、坝基防渗；绕坝渗漏；坝体防浪护坡维修；库岸防护；增设观测设施等多方面进行，以达到水库能够正常、安全运行。

2.1 坝体防渗设计

防渗处理范围：坝0＋035～坝0＋940m段。0＋035～0＋879.18坝体采用塑性混凝土防渗墙防渗；0＋879.18～0＋940坝体采用C15混凝土截渗墙防渗。

主坝坝基 （0＋100～0＋700）上覆0.5～1.0m砂卵砾石层 （Q4），坝基主要岩性为砂岩、泥岩互层和厚层泥岩组成，强－弱风化层厚度3～5m，大坝清基深度0.5～2m，坝体均坐落在风化的砂岩、泥岩上，基本满足承载力的要求。大坝防渗体基础开挖深度一般4～5m，基础开挖较深。本次勘探孔（ZK1、ZK2、ZK3）截水墙以下岩体透水率q在0～0.783Lu之间，属微透水层。

北副坝基及主副坝衔接部位 （0＋700～0＋900）为剥蚀洼地，原地面高程345～350m与坝顶高程近一致，主副坝接头部位，地形高差12m；北副坝基主要岩性为砂岩、泥岩及砂质泥岩与泥质砂岩组成；大坝清基深度0～1m，坝基防渗体设计开挖深度3～6m，防渗体座在基岩透水率q为12～100Lu的中等透水层上，造成北副坝基和坝肩绕渗；桩号0＋700～0＋850后经帷幕灌浆处理。基于上述原因，副坝坝基渗漏及绕坝渗漏问题已处理，可不考虑防渗。

坝基垂直防渗：塑性混凝土防渗墙设置在坝顶轴线处，混凝土防渗墙顶高程为350.0m，墙底截至相对不透水层即原心墙截水槽以下1.0m，墙体最大深度为29.577m，墙厚为0.4m。防渗墙采用塑性混凝土防渗墙，要求28天抗压强度为2MPa。抗渗标号为W6，弹性模量E应控制在350～450MPa。设计防渗面积为18738m2。混凝土截渗墙墙体最大深度为5.0m，墙厚为1.0m，混凝土强度采用C15。

2.2 坝体防浪护坡

水库上游坝面混凝土护坡多处发生明显的沉陷、拉裂、折断等变形现象，蓄水位以上出现长150m左右的纵向裂缝，缝宽达2cm；马道高程以下在风浪的冲蚀作用下，局部被掏成空洞；闸井与护坡间明显沉陷；1995年混凝土护坡大面积的被大风掀起折断，混凝土板下的反滤料及垫层料被掏空；水库蓄水后，随着水位的抬高，坝坡渗漏加剧。

根据本工程的当地材料、风向和护坡的实际破坏情况，坝体上游护坡重新设计，初步选用格宾护坡型式。

（1）护坡型式。上游护坡：采用格宾护坡。在坝前高程342.00m处设平台，其宽3.0m，平台上下坡度均为1∶2.5。格宾护坡厚度为400mm，下设无纺布反滤层。护坡采用1.0m宽、3.0m长、0.4m厚的格宾网垫，固脚采用1.0m 宽、3.0m长、1.0m厚的格宾网箱。

（2）材料的要求。格宾网采用PVC镀锌钢丝，由机器编织成的双绞六角形钢丝网。工艺是先热镀锌包塑后编织，采用型号为LW100×130（±5mm），网目为100mm×130mm （±5mm），网身丝径为Φ3.8mm，边丝径为Φ4.5mm，网孔极限偏差为±5%。

1）网格的强度。格宾网材采用低碳钢丝材料，表面涂塑。规格如下：丝径 Φ2.7mm／Φ3.5mm／Φ2.2mm （国标 Q／320281HA J01－2000），包塑后 Φ3.8mm／Φ4.5mm／Φ3.2mm （±0.2mm）；抗拉强度 ＞420MPa（国标 Q／320281HA J01－2000）；伸长率：不小于12%；比重＞1.32（AST－MD412719）；硬度＞50；斜边差＜12mm；网片长宽允差±35mm；镀锌量不小于250g／m2（国家标准GB／T1839－93）。格宾线材必须为蜂巢形，高抗拉强度，具有耐腐蚀、抗腐化、抗老化、抗紫外线、抗冲刷的特性，网目必须均匀，不得变形扭曲，偏差不得大于设计要求的5%；格宾网必须符合设计要求的抗拉强度，抗剪强度。

2）格宾填充料。格宾填充料选用强度高的小块石（规格为10cm～35cm）为主，铺助填塞坚实的狗头石、碎石（或小石），其规格在10～20cm。可视现场石材选定。填充料须密致坚实，抗风化耐久性良好的石材；选用石料填充时，80%以上石料粒径不得小于网目大小：填充石料如有空隙，以小碎石填塞。应选择抗风化性、强度高的石材。

2.3 南岸护坡设计

南岸护坡的目的是使水库南岸山梁不受水库风浪冲蚀，防止库岸坡塌滑，作好库岸防护。该山梁为一单薄的泥岩、砂岩互层体，泥岩砂岩成岩作用差，微胶结，遇水软化，属软弱岩石，山梁被流水冲刷形成大小不等的冲沟，沟梁相间。

南岸原护坡至桩号护坡0＋304，且有多处破坏，现在维修并延伸至桩号护坡0＋350。其坡度为1∶3.0。原山体清坡后，回填至1∶3.0的坡度，坝顶宽6.0m，坝顶高程350.00m，设防浪墙，墙顶高程351.20m。防浪墙的做法与主坝相同。在0＋304处设裹头嵌入岸坡防护。

原混凝土护坡上需要设置排水孔，即在高程330.00m～346.00m之间设排水孔，排水孔直径为100mm、间距3.0m，孔内设PVC排水管。

南岸护坡与主坝相同：均采用格宾护坡。在坝前高程342.00m处设平台，其宽3.0m，平台上下坡度均为1∶3.0。格宾护坡厚度为400mm，下设无纺布反滤层。护坡采用1.0m宽、3.0m长、0.4m厚的格宾网垫，固脚采用1.0m 宽、3.0m 长、1.0m 厚的格宾网箱。

2.4 坝顶照明

在坝顶设置照明路灯，路灯高3.5m，每隔15m设一根，共70盏。

2.5 坝体观测设计

根据需要黄羊泉水库设置的观测项目有：库水位观测、浸润线观测。

库水位观测在水库安全放水闸上设置标尺即可。

在坝体桩号0＋300、0＋500、0＋700各设一个浸润线观测断面，0＋300、0＋500、0＋700处每个断面内的测压管为3根，坝顶下游侧、下游坝脚及前两者之间各布设1根测压管。

测压管底高程根据防渗深度确定，管底高程比坝基防渗深度低2m。测压管材料全部采用2.0英寸镀锌钢管，测管部位的花管段开孔直径为φ5mm，开孔率按15%控制，内壁无毛刺，外部用一层无纺布缠紧后用细铅丝捆扎，管底部预留1.0m沉淀管无需钻孔，管底部封堵，整个测管部位的长度为4m，花管段长2m，管接头采用外箍接头，管口高于地面0.3m、并加盖保护。

3 结 语

黄羊泉水库建于20世纪90年代初，工程至今已运行近20年，对大坝实行定期检查、定期安全鉴定制度是必要的。通过对水库大坝除险加固，消除了隐患。除险加固后，确保了黄羊泉水库工程安全运行，下游地区人民生命和财产安全也得到进一步保证。