小型病险水库除险加固工程设计研究

2013-01-18王云峰

山西建筑 2013年27期

王云峰

(广西南宁水利电力设计院，广西南宁 530001)

0 引言

通过对病险水库的除险加固，从而提高水库的洪水控制系统，改善了防洪体系、从而消除安全隐患，确保防洪安全;同时，加固后恢复了原来水库的蓄水供水功能，提高了农业灌溉的工作效率，改善了农村用水和城市供水;此外，病险水库的除险加固工程使水库旧貌换新颜，带来了显著的环境效益。姚小丰等［1］结合贵州省余庆县桥边水库除险加固工程，分析了大中型水库病险水库除险加固项目的设计，指出了加固施工技术和施工中应注意的问题;周率［2］分析了小型水库除险加固中常应用的3种施工技术;赵家成等［3］分析研究了中、小病险水库的病险特征、除险加固措施和除险加固措施的原则。

根据《全国病险水库除险加固专项规划》报告指出，全国应进行除险加固研究的三类病险水库即小型水库总数约占全国水库总数的36%，并从2001年开始，计划持续15年完成病险水库的除险加固任务［3］。可见，病险水库的除险加固是非常有必要的和紧迫的。

本文依托龙门水库，针对小型水库除险加固工程设计和施工中的具体过程进行研究，为病险水库的除险加固工作提供参考方法。

1 工程概况

1.1 水库概况

龙门水库位于南宁市心圩镇北面山中，距离南宁市高新区大学路4.1 km，由1座主坝、1座溢洪道组成，水库坝址以上集雨面积为8.43 km2，有效库容为414万m3，兴利库容318万m3。1976年5月开始施工，1980年6月建成并投入使用。主坝为浆砌石梯形支墩坝，坝高为32.6 m，坝基防渗型式为帷幕灌浆处理。溢洪道基础落在砂岩的强风化层中，为混凝土坡面。

1.2 工程地质

龙门水库库区位于龙门江支流心圩江中上游，为丘陵地貌，海拔为100 m～240 m，地表多为残坡积层分布，部分出露强风化砂岩，页岩地层坡度较陡。库区基岩以寒武系砂岩为主，部分为页岩。地表为砂页岩风化及残坡积成因形成的第四纪覆盖土层，表面植被良好。据GB 18306-2001中国地震动参数区划图，工程区地震动峰值加速度为0.05g，地震反应谱特征周期为0.45 s。

1.3 水文地质

龙门水库设计洪水位151.4 m，校核洪水位151.6 m。龙门水库设计灌溉面积6 100万亩，有效灌溉面积6 081亩，年供水能力为350万m3，是一座以灌溉为主，并结合防洪养鱼等综合利用的小型水利枢纽工程。根椐SL252-2000水利水电工程等级划分及洪水标准的等级划分，工程规模为小(1)型库，主要永久性建筑物为主坝、溢洪道及放水设施，其建筑级别为Ⅳ级;水库的设计洪水复核采用50年一遇洪水设计，200年一遇洪水校核，溢洪道消能防冲设施按20年一遇洪水标准设计。库区内地下水类型为基岩裂隙水和孔隙水，裂隙水赋存于基岩构造裂隙和风化裂隙之中，孔隙水赋存于第四纪覆盖孔隙中，水量均较小。

1.4 水库现状

通过对龙门水库进行安全鉴定，龙门水库现为三类病险水库，需要维修加固。其险情主要为:

1)主坝结构虽稳定，但坝体存在严重漏水，坝顶护栏老化、破损。

2)溢洪道结构不稳定:堰体及两侧翼墙严重渗漏、两岸河床被冲刷严重。

3)放水设施结构不稳定:放水涵严重漏水、混凝土老化、剥落严重;放水闸门启闭设施破损严重。

4)进库道路坑洼不平，进库道路桥面下塌，无法过载重车辆。

5)管理房已为危险建筑。

2 除险加固设计

2.1 洪水标准校核

龙门水库的洪水水位校核采用50年一遇洪水设计，200年一遇洪水校核。由暴雨资料推算设计洪水，并且对工程原设计方案进行调洪演算复核。洪水复核结果为设计洪水位151.4 m，校核洪水位151.6 m。水库坝顶高程151.6 m，如表1所示［4］。水库设计的防洪能力满足国家GB 50201-94防洪标准的要求。

表1 洪水校核结果

2.2 除险加固设计

2.2.1 水库主坝

根据安全稳定复核，坝顶高程、抗滑稳定和坝基应力均满足要求。坝体加固主要为对漏水坝段进行防渗帷幕灌浆，灌浆孔沿坝顶轴线方向单排布置，孔径110 mm，孔距1 m，灌浆孔斜度0°，灌浆深度至坝体开挖线以下5 m，灌浆材料为水泥浆;主坝栏杆重建将破烂栏杆拆除，重建C15混凝土栏杆;对主坝下游面清除杂草、青苔，并用20 mm厚M7.5水泥砂浆抹面;防浪墙顶面与下游面做凿毛处理后贴汉白玉瓷砖。

2.2.2 溢洪道

经过多年运行观测资料来看，当水库水位达到149.0 m的高程时，溢洪道堰体及两侧翼墙出现多处集中射水渗漏，当水位达149.60 m以上时，最大漏水点流量达0.10 L/s，且流量随着时间、水位增高而增大，有恶化趋势。堰体及两侧翼墙均为浆砌石重力式，多年运行加上施工时砌筑不密实造成比较严重的渗漏，且砂浆老化剥落严重，使堰体及两侧翼墙形成空洞，只剩下砌石空架子。因此，在保持原溢洪道的坡段及消能设施的组成不变，各泄槽的断面形式及底宽不变，坡降不变时，加固内容有:

1)在堰顶布置灌浆孔，孔位距堰上游面0.5 m，单排布置，孔径110 mm，孔距1.0 m，灌浆孔斜度0°，灌浆深度为岩石强风化下限以下5 m，灌浆范围为整个溢流堰段。

2)溢洪道两岸对溢流堰两侧山体进行灌浆，灌浆深度至强风化下线5 m处。左岸灌浆范围11 m，右岸灌浆范围15 m。设计灌浆孔为双排梅花孔布置，排距1.5 m。孔径110 mm，孔距2.0 m，灌浆孔斜度0°，灌浆压力根据灌浆试验确定。

3)溢洪道原进口两侧翼墙拆除后重建C25混凝土挡土墙。溢洪道挑坎下游冲坑回填C10埋石混凝土，表面铺设0.5 m厚C25混凝土护袒。

2.2.3 放水设施

原有放水设施由梯级斜管和穿坝平管组成。基于存在的隐患，原放水斜管不再使用，将原放水斜管拆除并新建放水塔，且对原放水平管进行加固防渗。新建放水塔为圆形钢筋混凝土结构，塔上部为控制层。塔净宽直径为3.0 m，高36.4 m。采用分层放水，通过闸阀利用管道放水。

新建放水塔通过工作桥与坝顶相连，工作桥长14.5 m，单跨布置，采用箱形钢筋混凝土结构，桥面宽1.5 m，桥面高程152.0 m。

3 除险加固施工组织设计

龙门水库除险加固工程项目主要有:主坝灌浆加固、溢洪道灌浆及加固、新建放水设施及进库公路、上坝公路等。

施工总体布置以方便施工、集中布置、尽量利用水库原有的管理范围的土地，避免新征土地。施工场地规划根椐工程的特点及实际情况，临时生活区和钢筑、模板工厂布置在溢洪道顶部平地及水库旧管理房附近平地。砂石料均考虑外面购进，工地不设专门砂石料加工场，砂石料场地和混凝土拌和站布置在各临时施工场地内。弃渣场布置在上坝公路两侧荒山上。

对外交通方面，有公路可通到南宁市区。对内交通方面，管理房施工可以利用上坝公路作为施工道路，主坝、溢洪道及放水塔等施工需要设临时施工道路，以便连接各施工点。

为了保证放水工程施工正常进行，在大坝上游100 m处设置临时围堰一座，堰高2.5 m，上下游面坡度为1∶1.5。围堰为麻袋装土围堰，为了保证上游来水排放，设置PE排水管。