阳坡水库输水洞加固设计简述

2013-04-08赵凝凝

山西水利 2013年1期

赵凝凝

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西太原 030024）

1 工程概况

阳坡水库位于临县湫水河上游，距阳坡村约1 km，是一座以防洪、灌溉为主，兼顾养殖等综合利用的中型水利枢纽工程。阳坡水库所在区域为大陆性气候，气候干燥，流域内降雨量较少，洪涝灾害时有发生，坝址设计灌溉面积0.153万hm2，灌溉保证率50%，坝址控制流域面积251 km2，流域长度24.8 km，除险加固后总库容为1 794 m3。阳坡水库于1958年4月开始动工兴建，1959年水库竣工蓄水后，发现坝下游有部分渗漏，1960年投入使用，运行期间工程一直存在诸多问题，带病运行，虽然经过多次加固和两次改扩建，枢纽建筑物仍存在不同程度的安全隐患。按照国家现行有关规程、规范要求，在分析了水库原设计、工程现状资料的基础上，对其进行除险加固尤为必要。

阳坡水库主要由大坝、溢洪道、输水洞等建筑物组成。大坝为均质土坝，最大坝高为30.2 m，坝顶长705 m，宽5.0 m。溢洪道布置于大坝右岸，为开敞式溢洪道。输水洞位于右岸坡坝下，由取水卧管及浆砌石涵洞组成。

2 输水洞现状

输水洞位于右岸坡坝下，进口距大坝垂直距离大约为120 m，长172 m，由取水卧管及浆砌石涵洞组成。涵洞断面形式采用矩形，长130 m，纵坡1%，进口底高程1 002.3 m，出口底高程1 001.0 m，设计流量5 m3/s，其断面为1.8 m×1.8 m。进水口形式采用斜坡式卧管，管长42 m，进口处设15层斜拉式闸，共30孔，由于库区淤积问题长期存在，现已有5层作了永久性封闭，卧管底部有一混凝土消力池与浆砌石无压拱形涵洞相连接，消力池深1.6 m，长7.5 m。

3 输水洞工程地质条件

工程区位于鄂尔多斯断块与吕梁—太行断块交界附近，次级构造单元为鄂尔多斯断块兴县—石楼南北向褶带东部。工程区地震动反应谱特征周期值为0.45 s，地震动峰值加速度为0.05 g，相应地震基本烈度为Ⅵ度。

输水涵洞是坝下浆砌石涵洞，取水卧管及部分涵洞建设在基岩之上，其余涵洞的基础坐于第四系河床覆盖层上。据水库观测，多年以来涵洞所穿过的坝体附近不断发生坝面沉陷现象，说明坝体沉陷与涵洞有关。勘察中发现，洞顶和两壁（主要是右壁）共计有44处渗水，涵洞伸缩缝处渗水较严重，局部出现射流现象，洞身也有渗水。渗水处多残留灰绿色和浅黄色泥土（表面为黄色，下面为灰绿色），堆积厚度0.5～3.0 cm。在洞壁取样进行颗粒分析后发现，其粒度以粉粒为主，含部分砂粒和粘粒，颗粒组成与坝体土相近，但砂粒含量较坝体土多。涵洞右壁出现大面积灰白色钙质堆积物，即所谓“淌白浆”现象，说明在库水位较高时，涵洞内浆砌石曾发生过较大渗漏，在渗漏过程中渗透水流将水泥砂浆中的钙质成分溶蚀携带，是一种特殊的物理化学渗透变形破坏，其结果是造成浆砌石强度的降低。

4 输水洞存在问题

一是输水洞取水卧管的进口闸门、启闭机年久失修，存在安全隐患。卧管的进水口控制闸门是钢筋混凝土闸门，沿斜坡滑动启闭。自重较大且年久锈蚀，滑动阻力大，高水头关闭非常困难，从而使涵管内水流由无压变为有压，威胁到输水涵洞的安全，且闸门止水破坏，漏水严重。

二是输水涵洞建成近50年，从涵洞洞内渗水、洞壁残留泥土和洞上方坝体反复发生坝面沉陷等现象分析，浆砌石涵洞存在渗漏问题是输水涵洞上方坝体沉陷问题产生的主要原因。涵洞洞身浆砌石存在“淌白浆”现象，钙质流失严重。分缝处止水已破坏，在渗透水流作用下，坝体土被渗透水携带至涵洞内，坝体土不断从涵洞浆砌石裂缝中流失而发生接触流失，洞顶与洞身坝体土的接触冲刷破坏，导致涵洞上部的大坝下游坝坡多次出现塌陷。洞身有裂缝，局部存在射流。

三是涵洞与坝体土间没有经过任何工程处理，多年来涵洞上部坝体土不断的发生沉陷，坝面经常形成深20～50 cm、长5～8 m的塌陷坑。每次发生塌陷后，水库管理处都对其进行开挖并回填夯实。通过在下游马道涵洞上方布置竖井进行勘察，在井深3.4 m范围内全部为块碎石，粒径在10～20 cm间，碎石级配不良。

5 输水洞加固方案设计

5.1 输水涵洞加固设计

针对涵洞洞身漏水严重、强度较低的问题，本次工程设计拟对涵洞进行防渗处理，并对涵洞上方坝体土进行固结灌浆处理，以保证从根本上解决由浆砌石涵洞的渗漏问题导致的涵洞上方坝面沉陷，及大坝安全的工程地质问题。拟在涵洞内壁做C25钢筋混凝土衬砌，其中顶拱及侧墙钢筋混凝土厚为250 mm，底板原为300 mm厚的钢筋混凝土，本次加设150 mm厚钢筋混凝土，即加固后底板厚为450 mm。顶拱范围内进行回填灌浆。衬砌后的断面净尺寸为高1.4 m，宽1.3 m，纵坡为1%，进口高程相应调整为1 002.45 m，出口高程调整为1 001.15 m。经核算，加固后的断面尺寸仍可满足5.0 m3/s的供水流量。坝下涵洞衬砌断面小，作业空间狭窄，施工难度大，采用混凝土0.8 m3搅拌机拌制，水平运输采用机动翻斗车，泵送混凝土入仓。

另外，为了解决洞顶坝体土存在的接触冲刷问题，本次设计决定在输水涵洞出口洞脸处设置反滤层，用以隔绝坝体土随渗流的流失。

5.2 取水卧管进水口闸门及启闭设备更新

本次除险加固前输水洞进水口形式为斜坡式卧管，管长42m，纵坡1∶1.5，取水卧管顶部高程1029.0m，卧管底部混凝土消力池与浆砌石无压拱形涵洞相接，消力池尺寸深1.6 m，长7.5 m，设计流量5 m3/s。经现场勘察和分析，除进水口处闸门及闸门槽因多年使用破损严重，均已锈蚀，难于运用外，卧管管身及其末端消力池仍能满足工程运用要求，故本次设计只将取水卧管闸门由原有钢筋混凝土闸门改为平板钢闸门，并对闸门槽及启闭设备进行更新。

更新后的输水洞取水卧管平板闸门由面板、支承轮、封水及吊耳等构件组成，采用条型止水橡皮做上游四周封水。输水洞取水卧管进口设置20孔平板闸门以适应在不同水头下取水。这样可以根据不断变化的水头来确定开启不同高程上的闸门，可以根据实际情况来决定所需开启的闸门数量。该闸门采用滑动式平板钢闸门，采用静水启闭，其孔口尺寸0.5 m×1.0 m，闸门启门高度30 m，所有闸门共用2台30 kN的手拉葫芦单吊点起吊。

5.3 输水洞取水卧管拦污栅

为确保进入输水洞的水为清水，并从工程实际考虑，选择备用4扇拦污栅，当开启输水洞取水卧管平板闸门时，可以将拦污栅放进门槽内进行工作。拦污栅的结构由栅格和角钢焊接而成，其开启与清污均由人工进行操作。

5.4 更新后闸门与启闭机的运行与维修管理

闸门与启闭机试运转合格后即可投入运行，运行前应建立操作规程和岗位责任制度；管理单位应指派专人负责闸门与启闭设备的管理、运行及维修；管理人员必须熟悉闸门与启闭机的性能及安全操作步骤；闸门与启闭机的运行应建立值班日记，详细记录运行情况，尤其是各种开度下闸门振动的声音等；闸门启闭时，现场操作人员不得少于两人，运行中工作人员不得离开工作岗位；运行前检查启闭机周围和闸门上有无障碍物，并进行清除；冬季闸门漏水造成门叶上有冰冻时，启闭闸门前应对影响启闭运行的结冰清除干净，否则不能开启和关闭闸门；严格执行操作规程，严禁违章操作。对闸门与启闭设备要勤维修，基本做到一年一小修，三年一大修。经常看闸门的止水装置是否正常，发现异常应及时处理；发现闸门有局部锈蚀时，应及时除锈并进行防腐处理，以防闸门继续锈蚀；检查转动部分、行走支承部分活动是否灵活；及时清除闸门与启闭机上的污物、柴草。