冶源水库放水洞病害检测及除险加固

林立廷，吕燕亭，宋会良

（临朐县冶源水库管理局，山东 临朐 262605）

1 工程概述

1.1 工程概况

冶源水库位于临朐县境内沂山北麓弥河干流的上游，控制流域面积786 km2，总库容2.03亿m3，是一座以防洪为主，兼顾灌溉、城市供水、发电、养鱼、旅游开发等综合运用的大（2）型山谷水库。水库于1958年5月动工兴建，1959年9月建成蓄水。枢纽工程由主坝、副坝、溢洪道（闸）、东西两座放水洞、东西两座水电站等建筑物组成。

东放水洞位于副坝桩号1+043处。原结构型式采用砌石拱内衬钢筋混凝土压力涵管式，进口采用渐变的喇叭式，在上游坝肩处设有砌石竖井式启闭机房，安装15 t手摇、电动两用启闭机。放水洞内径Φ2.0 m，平板后止水钢闸门，进口底高程126.0 m，设计输水流量30.9 m3/s。

1.2 地质条件

地层岩性为白垩系火山碎屑岩，放水洞基础坐于强风化火山集块岩上，火山集块结构，主要由火山岩的集块、火山角砾等火山碎屑物组成。该岩石力学强度满足建筑物设计要求。

1.3 运行中曾出现的问题

1）闸门破损，漏水相当严重，根据下游水量估计流量达0.3 m3/s左右，主要是闸门破损、止水缺失造成。2）在提闸放水时，廊道出口外的一片平地受漏水漫浸而沼泽化，停止供水时漏水逐渐减少。3)在闸门后第1节与第2节、廊道中部第19与20节、第27与28节混凝土涵管连接处各发现环形裂缝，长2.5 m左右，宽0.5～1 mm。原因是廊道基础在上部不均匀荷重作用下发生不均匀沉陷造成的。

2 东放水洞病害检测分析

依据 《回弹法检测砼抗压强度技术规程》JGJ/T23—1992、《贯入法检测砌筑砂浆抗压强度技术规程 》Q/JY11—1998、 《 砌 石 结 构 设 计 规 范 》GBJ3—1983、《混凝土强度检验评定标准》GBJ107—1987等相关规范标准，对东放水洞进行全面检测分析。

2.1 竖井段

1）砂浆强度。在竖井内抽取30个测区检测了浆砌石砂浆强度。经检测，竖井内壁砂浆强度平均值为7.6 MPa，离散系数为0.15，砂浆强度推定值为7.6 MPa，砂浆强度偏低。2）砂浆剥蚀。洞内壁有轻微剥蚀，相对剥蚀面积12%，剥蚀深度6 mm，剥蚀损坏等级为B级。

2.2 廊道段

检测前东放水洞廊道出口一直处于半封闭状态。为检测廊道，查明廊道内壁的渗漏情况和外侧坝体填土的质量，凿开廊道出口进行了检测。

1）砌石挡土墙砂浆强度。经检测，挡土墙砂浆强度平均值为6.8 MPa，离散系数为0.16，砂浆强度推定值为6.8 MPa，砂浆强度偏低，其等级评定为C级。2）廊道砂浆强度。经检测，廊道段砂浆强度平均值为9.2 MPa，离散系数为0.15，砂浆强度推定值为9.2 MPa，砂浆强度偏低。3）裂缝。廊道内壁有若干处渗水、滴水现象，个别出现射流，渗水点处多伴有裂缝。其裂缝等级评定为B级。4）渗流溶蚀。廊道检测表明：廊道内壁两侧及拱顶渗漏较严重，溶蚀出逸点20余处，渗漏带多伴有砂浆勾缝脱落，白色钙化层结晶析出；廊道顶部多处白色结晶析出后形成钟乳石状，伴有渗漏水明流或滴水。现场检测表明：输水管在提闸放水时因承压和管身破裂而出现喷射水流，说明输水管已不能安全运行；高压射流喷射在廊道内壁上，长期积累将降低砂浆强度，淘刷砂浆，威胁其安全运行。其渗漏溶蚀等级评定为D级。5）砂浆剥蚀。廊道内壁勾缝砂浆质量较好，但在渗流溶蚀严重处伴有砂浆剥蚀脱落，其等级评定为B级。

2.3 东放水洞安全状态评价

从以上检测结果可以看出，东放水洞竖井和廊道砂浆强度偏低，廊道渗漏、溶蚀较严重，钢筋混凝土涵管损坏，输水时射流严重，对廊道形成威胁。根据规范要求，鉴定东放水洞属三类洞，必须进行除险加固处理。

3 东放水洞除险加固方案比选

3.1 东放水洞拆除重建（方案一）

现有建筑物全部拆除重建，新建涵洞及竖井采用钢筋混凝土结构。新建穿坝涵洞过水断面面积原则上与原放水洞过流断面面积相当，同时兼顾施工要求，故设计选用洞身断面为1.8 m×1.8 m，放水洞长度88.8 m，与原洞相同，竖井处设拦污栅、检修闸门和工作闸门，将拦污栅与检修闸门共槽布置。上游引水渠两岸挡土墙拆除重建，采用浆砌石结构。

3.2 东放水洞加固（方案二）

将原放水洞浆砌石竖井及其上游廊道、引水渠拆除重建，竖井下游洞身加固。新建上游涵洞及竖井采用钢筋混凝土结构，竖井内设工作闸门和检修闸门，涵洞进口设拦污栅，其下游设渐变段与原放水洞连接，上游引水渠两岸采用浆砌石结构；保留不动的涵管采用加固措施，利用高压混凝土泵将原混凝土涵管与浆砌石廊道之间的空隙灌注细石混凝土，以防止涵管漏水，危及大坝安全。

3.3 方案比选

1）投资比较。根据工程量，经计算：方案一总投资191.67万元，方案二总投资141.58万元。

2）优、缺点比较。方案一的优点是将原结构全部拆除重建，彻底消除了安全隐患，工程质量容易保证，便于今后的运行管理；缺点是投资较大。方案二的优点是投资较省；缺点是因保留了部分涵管，坝体挖除及重新填筑难度较大，新老结构结合施工措施较复杂，不能解决保留涵管浆砌石廊道与坝体接触部位可能出现的接触冲刷和不均匀沉陷问题，给以后的运行管理带来不便。

综合经济、技术和运行管理等方面的科学论证分析，选定方案一，即将原放水洞拆除重建。

4 除险加固工程设计

4.1 引水渠段

上游引水渠段两侧边墙为浆砌石八字直墙，引水渠底宽由3.0 m渐变为2.0 m，底高程126.0 m，边墙顶高程由126.5 m渐变为129.5 m。

引水渠与竖井间为钢筋混凝土涵洞共2节，长16.8 m，洞身断面尺寸为1.8×1.8 m。

4.2 竖井段

竖井段位于上游坝坡上，为C25钢筋混凝土结构，孔口尺寸为1.8 m×1.8 m，竖井内设检修闸门和工作闸门各一道，两闸门均采用平板后止水钢闸门，工作闸门启闭采用固定卷扬式启闭机，检修闸门启闭采用电动葫芦，拦污栅与检修闸门共槽布置。

竖井地板及边墩厚0.8 m，前墙、后墙厚0.5 m，胸墙厚0.4 m。竖井顶部设检修平台，顶高程138.30 m，检修平台以上设排架、机架桥，机架桥上设启闭机房。启闭机房通过人行便桥与坝顶相连。

4.3 井后涵洞与出口连接段

井后涵洞段洞身断面尺寸为1.8 m×1.8 m，洞身底坡比为1/200，洞身每隔8 m与坝体间设钢筋混凝土截渗环一道。涵洞出口通过渐变段与原水电站压力管道连接。

4.4 防渗与止水设计

永久缝止水既要满足防渗要求，又要考虑适应变形的能力，因此，在每节涵洞之间、涵洞与竖井闸室之间设橡胶止水带和紫铜止水片各一道，在缝表面设一道双组分聚硫密封胶嵌缝，填缝板采用闭孔泡沫板。

5 过流能力核算

放水洞放水时，随着库水位的变化，放水洞内流态是变化的，主要有有压流、半有压流和无压流3种流态。当洞口水头与洞口高比大于1.5时为有压流，根据有压流泄流量公式计算，当库水位达到兴利水位137.72 m时，东放水洞泄流量为31.26 m3/s，比原设计流量多0.36 m3/s，因此，东放水洞拆除重建后的泄流量能力满足原设计要求。