五峰南河水库除险病害特征及除险加固措施

蔡宜洲 陈传林

(三峡大学，湖北 宜昌 443000)

五峰南河水库除险病害特征及除险加固措施

蔡宜洲 陈传林

(三峡大学，湖北 宜昌 443000)

南河水库始建1976年，于1986年完成大坝主体工程，受当时施工技术条件限制，水库运行近20年后，水库存在诸多不安全隐患。本文以南河水库为例，阐述了水库存在的病害问题，提出了相应的处理措施，基本能够满足水库枢纽的正常运行，为水库发挥社会经济效益具有重要意义。

南河水库;渗漏;灌浆;除险加固

引言

我国目前已建成各类水库大坝8.8万余座［1］，由于年久失修或者设计不合理及自然灾害的影响，其中有4.7万余座为病险水库，约占水库大坝总数的53%左右［2］。针对这些病险水库大坝，我国开展了有计划分步实施的除险加固工作，并取得了一定的成果，但是也存在一些问题，其中较典型的就是除险加固方案的优选。大部分水库属于病险水库，对社会经济环境的破坏和致灾风险逐年增大，严重威胁社会稳定和经济发展［3］，我国水库病害主要包括水库防洪不安全、抗震不安全、大坝结构不安全、大坝渗流不安全、输水及泄洪建筑不安全、金属结构和机电设备不安全、管理设备不安全等七个方面［4］。本文以五峰南河水库为例，分析水库现状存在病害特征，针对水库病害提出相应的处理措施。

1.工程概况

南河水库位于湖北省宜昌市五峰土家族自治县渔阳关镇田家坪村，拦截长江一级支流洈水流域的南河水系。坝址以上承雨面积44.0km2，主河道长9.0km，河道坡降156.0‰。总库容193万m3，水库发电装机320KW。南河水库是一座以灌溉为主，兼有防洪、水产养殖等综合效益的小 (1)型水库。水库枢纽主要由拦河大坝、坝顶溢洪道、左坝下输水管、厂房等建筑物组成，大坝、溢洪道、厂房为4级建筑物，其他建筑物为5级。

2.水库病害特征

该水库原由五峰水电局设计，宜昌水电局批准兴建，是建国后五峰土家族自治县第一座小 (1)型水库。水库1978年10月动工兴建，1986年因资金短缺停工，1999年工程开始进入水库续建加固设计。在整个建设过程中，未作地勘工作，仅进行了库区地形图测绘就仓促上马，其设计工作不能满足现行设计规范。根据现场勘测调查，南河水库存在的问题主要有:(1)防洪能力不足。经校核，溢流堰流量系数小，过流能力低，通过设计洪水 (重现期为30年一遇)时，洪水流量为518.99m3/s，堰顶水位586.32m，当通过重现期200年一遇洪水时，流量为1131.73m3/s，堰顶水位为588.41m，超过非溢流坝高程，在运行期间已发生洪水漫顶现象;(2)溢洪道挑流鼻坎较短，挑距亦较短，小流量的下泄水流完全跌落坝身，冲刷坝体;下泄大流量洪水时，由于水流的向心影响，造成坝后冲坑深度较大，目前实测冲坑度已达8.4m，且坝址处被淘刷，近坝处淘深约1.0～1.5m，已危及坝体安全;(3)坝渗漏水严重;(4)坝址基岩裂隙构造较为发育。在作坝肩已发现有一条沿裂隙发育的渗漏通道，造成左坝肩漏水，右岸有一渗漏点。(5)灌溉输水钢管与衬砌混凝土未进行防渗处理，漏水严重;(6)闸门锈蚀严重，启闭设施老化;(7)安全监测设施不完善，管理设施落后，放汛道路标准低。

3.水库加固措施

3.1 大坝加固设计

大坝为单曲拱坝，主要的除险加固项目有:①加高坝顶部分非溢流坝段坝体、改造溢洪道溢流堰、坝体防渗灌浆、坝基帷幕灌浆和增设坝顶交通桥等。非溢流坝坝顶采用C20砼浇筑至坝顶高程589.30m，宽度为现有坝顶宽度3.30m。坝顶上下游均设置1.20m高的不锈钢栏杆。②对于拱坝渗漏问题，采用“上阻下排”的原则。坝体灌浆布孔，在漏水坝段沿坝顶中心线，单排布置，以孔距2m，孔深钻至漏水部分以下1-2m。坝体与基岩接触部分和坝基灌浆，采用在上游坝脚打斜孔灌浆堵漏。

3.2 坝基加固设计

坝基帷幕灌浆防渗采用自坝顶钻孔进行基础帷幕灌浆。由于坝体采用帷幕灌浆防渗，因此，基础帷幕灌浆轴线与坝体灌浆轴线重合，利用坝体钻孔灌浆平台进行帷幕灌浆施工，将基础防渗和坝体防渗结合，形成封闭防渗系统。帷幕灌浆轴线基本平行拱坝轴线布置，两岸布置灌浆平洞，左右岸平洞各长40m。帷幕单排布置孔距2m。大坝防渗帷幕下限550.00m，孔深12.05～40.00m，坝体、坝基帷幕灌浆总进尺3506m。

3.3 溢洪道加固设计

南河拱坝溢洪道为坝顶无闸控制泄洪表孔，水库溢洪道位于大坝中间，型式为开敞式溢洪道，进口高程为582.80m，宽度35.60m，采用挑流式消能结构，最大下泄流量801.00m3/s。由于原溢洪道挑流鼻坎过短，挑距过近，造成大坝泄洪时，对坝体、下游河床和岸坡的冲刷破坏较大。针对溢洪道存在的问题，溢洪道采用保持溢洪道堰顶高程不变，拆除原溢流堰堰面，重建溢洪道溢流堰，改善泄流条件，根据防洪复核结果增加坝顶高程至589.30m。堰面曲线采用WES幂曲线，堰面曲线下接反弧段，采用挑流鼻坎挑流消能，改善对下游坝脚的冲刷，反弧段半径为2.5m，鼻坎顶高程为579.98m，挑射角度为25°。根据坝顶交通桥要求，溢洪道顶部桥墩水平长度为3.0m，桥墩厚度为0.5m，采用等厚型式，进口为半圆型，出口为矩形。桥墩采用C25钢筋混凝土浇筑，人行桥路面采用C20钢筋混凝土浇筑，厚0.2m，堰体采用C25混凝土浇筑。

3.4 下游消能防冲设计

南河大坝采用挑流消能，下游河床表部为5.50m厚的碎块石，抗冲刷极差，其下部及近坝处为大冶组下段灰岩夹页岩，岩层产状90°＜24～26°，其间夹页岩性软，为软弱结构面，且裂隙发育有可能被冲刷剪断，危机大坝。为解决下游的抗冲刷问题，采用先清楚塘内淤积的泥沙和杂物，开挖表层覆盖物至基岩面，清洗基岩面，采用浆砌石覆盖，覆盖厚度为下游河床面高程一下1.0m，浆砌石上至河床面采用1.0m厚C20混凝土保护，采用锚杆将护坦的混凝土与浆砌石锚固于基岩。护坦长度按消能防冲洪水标准20年一遇时下泄挑距加安全距离确定，护坦确定长度为11.0m。

3.5 输水设施加固设计

输水钢管布置在左岸坝体内，输水钢管为圆形断面，直径为0.88m，长13.0m，进口高程为555.0m，在坝后采用蝶阀控制。输水管运行20多年，现在已经锈蚀，由于混凝土浇筑质量和钢材的继续锈蚀问题，造成输水管渗漏严重。根据实际情况和节约投资，采用将坝体埋管出口部分凿挖，凿挖厚度为10cm，重新埋设输水管与原管焊接，在输水钢管出口采用闸阀控制，更换闸阀并增设一道检修闸阀和闸阀室。出口段钢管外包0.5m厚C20混凝土，钢管末端接渠道，出口流速较大，增设消力坎。

3.6 防汛道路加固设计

水库现有防汛公路起点为大坝左岸坝肩处，为村级公路，长度为2km，路基宽4.5m，无路面结构，结合水库枢纽主体工程除险加固，按乡级公路标准整修路基，泥结石路面，以利于防洪抢险。本次路面结构自路基以上依次为15cm厚碾压碎石垫层、15cm厚C10水泥稳定层、20cm厚混凝土路面，混凝土强度等级为C25。路面混凝土设横向伸缩缝，间距为5cm，采用沥青灌缝，全线路肩宽度0.5m，采用浆砌石砌筑。

3.7 工程观测设计

南河水库为Ⅳ等工程，大坝为4级建筑物，大坝安全监测采用人工观测和巡视检查，工程监测只对水位观测和渗流量观测。水位观测在上游坝面高程设置水尺进行观测;渗流量为坝体渗流量，在坝下游坝脚集水沟的出口处设三角堰观测总渗流量，观测坝体和坝基渗漏量。

4.结论

南河水库是一座灌溉为主，兼有发电、防洪、养殖等综合利用效益的小 (1)型水库。水库自1978年开始兴建，1986年完成坝体主要工程，水库枢纽建筑物存在质量问题，致使水库不能充分发挥灌溉、防洪、发电等方面的社会经济效益。经过除险加固处理后，南河水库能够消除安全隐患，发挥应有的设计效益。南河水库运行多年，促进渔洋关镇工农业生产的发展，缓解水库下游地区地区防洪压力，增加了9000亩耕地的灌溉用水水源，使得水库灌区农田保证稳产、高产，保障了水库蓄水发电效益，获得了丰硕的社会经济效益。

［1］孙继昌.中国的水库大坝安全管理 ［J］.中国水利，2008，20:10-14.

［2］陈雷.加大工作力度 强化建管责任 着力做好小 (2)型病险水库除险加固工作 ［J］.中国水利，2011，08:1-4.

［3］严祖文，魏迎奇，张国栋.病险水库除险加固现状分析及对策［J］.水利水电技术，2010，10:76-79.

［4］钮新强.水库病害特点及除险加固技术［J］.岩土工程学报，2010，01:153-157.

蔡宜洲 (1968—)，男，汉族，湖北省荆州市，副教授，单位:三峡大学，研究方向:水利工程施工技术。陈传林 (1990—)，男，汉族，湖北省麻城市，在读研究生，单位:三峡大学，研究方向:流体力学(水利工程)。