黑峪水库除险加固主体工程设计简要分析

2015-06-21孙娜

黑龙江水利科技 2015年7期

孙娜

黑峪水库除险加固主体工程设计简要分析

孙娜

（辽宁省观音阁水库管理局，辽宁本溪117100）

黑峪水库为典型的“三边”工程，存在设计方案与实际施工不符、大坝产生变形、溢洪道底板和护岸混凝土严重破损、输水洞设计与施工不完善等诸多问题，水库存在安全隐患，因此必须进一步对水库采取安全加固措施。工程主体由大坝、溢洪道、输水洞组成，文章就主体工程现状，存在问题及解决方案意见，加固方案等一系列问题进行分析。

黑峪水库；大坝；溢洪道；输水洞；设计方案

0 引言

黑峪水库位于本溪县草河城镇黑峪村水库座落在草河支流黑峪河上，草河属鸭绿江流域，是鸭绿江的主要支流，坝址以上河长2.18 km，流域面积1.8 km2，河道平均比降43.6‰。

现状工程规模属于小（1）型，黑峪水库枢纽工程由拦河坝、溢洪道、输水洞组成。拦河坝类型为黏土心墙坝，最大坝高19.0 m；位于右岸开敞式溢洪道位于右岸，由进口宽顶堰、陡坡段、挑流消能工组成，输水洞设在大坝右端，取水采用分级卧管方式。

1 黑峪水库大坝工程设计分析

1.1 大坝现状

坝型为黏土心墙砂壳坝，土坝工程上游设有干砌石护坡，坝顶设有防浪墙。坝全长78 m，最大坝高19 m，拦河坝下游坝面杂草、灌木丛生，上游坝面护坡存在不均匀沉陷现象，护坡严重破坏。

坝底河床属于砂砾冲积层，其深度约为1 m，以下均为基岩，采用混凝土截水墙防渗方案，将黏土心墙与基岩紧密相连，以达基础防渗的目的。黏土心墙顶宽2.0 m，底宽6.0 m。心墙顶高程295.9 m。

根据现场实测，现状坝顶高程297.31～297.39 m，防浪墙顶高程298.31～298.39m，坝顶宽4.1～5.1m，上游坝坡为（从上至下）：1∶2.75、 1∶2.45；下游坝坡为（从上至下）1∶1.85、1∶2.6。

护坡：上游设有干砌石护坡，厚度0.5 m，下游坝面无护坡，坝面杂草、灌木丛生。

施工未达到原设计要求（大坝原设计：坝顶宽5 m，心墙顶宽2 m，大坝上游坡度为1∶3，大坝下游坡度为1∶2.5，上游坝坡为块石护坡，下游坝面设碎石护坡及贴坡排水）。

1.2 大坝存在问题及解决意见

1.2.1 大坝坝体存在问题

拦河坝坝顶防浪墙浆砌石部分脱落，有裂缝。坝坡严重变形，存在局部破坏及沉陷现象。通过现场检查发现，大坝上游坝坡局部塌陷，迎水坡底部（水面以下）下沉比较明显，后坝坡坡面不规整。上游干砌石护坡石严重破坏。下游无护坡、排水设施，已严重影响大坝的安全［1］。坝面杂草、灌木丛生，对坝体产生破坏。下游现状局大部分坡比为1∶1.8～1∶1.9，局部坝坡有滑落的现象。计算复核坝坡不稳定。坝顶有一电杆，对大坝结构安全、防汛、交通、施工不利。原路面已经损毁，对大坝防汛、交通不利。

1.2.2 解决方案

方案意见：拆除浆砌石墙，重建混凝土防浪墙。坝坡进行消坡，整形。上游干砌石护坡：拆除护坡及垫层，抛石至上游坝脚部位成抛石体补强原干砌石护坡，抛石体以上重新设置干砌石护坡；下游坝面清基、设置碎石护坡、贴坡排水体及坝面排水设施。对下游不稳定坝坡进行培厚成稳定坝坡。拆除、改建线路。清基、铺筑沙石路面［2］。

1.2.3 大坝坝基存在问题

基部位黏土心墙置于岩石之上，透水性微弱，坝基渗漏量不大。水库经过多年运用及观察，正常运行时，坝后稍有渗漏现象发生。

1.3 大坝坝顶高程复核结果

坝顶超高计算成果见表1，坝顶高程计算成果见表2。

表1 坝顶超高计算成果表

表2 坝顶高程计算成果表

由表1～表2可以看出，本次计算坝顶高程均低于现状防浪墙顶高程，即现状坝顶高程满足现行规范的要求。

1.4 大坝加固方案

加固坝顶总宽度为4.5m（原设计坝顶总宽度为5.0m，现状4.1～5.1m），设有防浪墙，墙顶高程即为设计坝顶高程，墙顶高于坝顶路面1.0m，防浪墙采用钢筋混凝土挡土墙结构，防浪墙墙基结合黏土心墙0.4m。下游坝肩设混凝土路缘石，埋深0.8m。路面为砂砾石路面，路面厚度为30 cm，坝体295.40 m以上坝体清挖并填筑回填砂砾料；其余部分均利用原坝体断面。

主坝上游面边坡边坡至上而下为1∶2.75、1∶3.0，从286.0 m高程起始分界。向上设置干砌石护坡，向上为抛石体护坡。其加固处理内容为：

1）从286.0m高程起始向上，原干砌石护坡因损坏严重和坝坡削坡需清挖并从新砌筑，干砌石护坡厚40 cm。垫层总厚35 cm（2层碎石）。

2）从286.0m高程起始向下，利用原干砌石护坡及碎石垫层（总厚50 cm）进行抛石，抛石体顶面宽1.0m，边坡1∶3.0。

3）考虑到心墙的防冻问题，同时钢筋混凝土防浪墙亦可起到防渗的作用，故将心墙顶高程设于295.4m高程。防浪墙的设置同时满足坝体防渗及黏土心墙的冻胀结构要求。

下游面边坡为1∶2.5。其加固处理内容为：

1）对现状边坡清基0.5m，并培厚，填筑材料为沙砾料。

2）坝顶至296.0m高程设置碎石护坡，厚20 cm碎石；296.0 m高程至坝脚地面加设干砌块石贴坡排水厚40 cm，碎石垫层（总厚60 cm）。

3）下游面高程重新铺设横向浆砌石排水沟，同时上下游坝脚与山体相交处加设浆砌石排水沟，下游坝坡设两道人行踏步。

现状坝顶电杆处理：拆除、改建线路1 km。

2 黑峪水库溢洪道工程设计分析

2.1 溢洪道现状

溢洪道工程位于右岸，为开敞式溢洪道，由进口导墙段、溢流宽顶堰、陡坡段、消能工等组成，根据现场全长实测，溢洪道全长96.5 m，堰顶高程294.81～294.87 m，净宽4.8 m，宽顶堰长20 m。陡坡段总长58 m，消能采用挑流式消能型式。

该工程座落在岩石地基上，底板采用混凝土护面；左岸有浆砌石墙体，长度30m，采用混凝土护面，护面厚10 cm，墙高2～4.0m。左岸其它部位及右岸，由于历史原因，未做结构边墙，为强风化山体。

通过现场检查，溢流道底板混凝土坑洼不平，现有溢洪道墙经多年运行，多年没有维修养护，多处已坍塌、裂缝、变形现象。

2.2 溢洪道存在问题及解决意见

溢洪道底板表面混凝土裂缝较多，且多处起层，底板混凝土下无排水，产生冬胀。左岸局部有浆砌石边墙，多处已坍塌、裂缝、变形。溢洪道左右岸（左岸局部有浆砌石边墙）由于历史原因，未做结构边墙，为较陡的强风化山体。行洪时影响流态及泄量，同时水流的冲刷作用，强风化山体局部有坍塌的可能，一旦行洪时局部坍塌，将对水库安全造成极大危害。风化岩，经过多年冻融和夏季雨水冲刷，风化岩就会脱落，如长时间不处理，影响溢洪道的安全。无交通道路，人、车均不能到达溢洪道处，不利于防汛观察及抢险［3］。

方案意见：底板：拆除、重建。左岸边墙：拆除、重建。左右岸强风化山体：加设左右岸边墙；上部风化岩坡进行锚喷防护处理。交通设施：方案意见：加设交通道路，满足防汛观察及抢险要求。

2.3 溢洪道工程加固方案

加固工程在溢洪道原位进行，本次设计主要结构形式同原设计形式，其主要结构形式特性：为开敞式溢洪道，由进口导墙段、溢流宽顶堰、陡坡段、消能工等组成，溢洪道全长96.5 m，宽顶堰顶高程294.80 m，净宽4.8 m，宽顶堰长20 m。消能采用挑流式消能型式。消能工后设15 m混凝土护坦。

主要加固内容：

1）拆除及岩石开挖：

现状混凝土底板及左岸边墙拆除。

由于左岸山体较低，断面不足部分向左岸山体开挖，开挖边坡1∶0.5。

2）底板及边墙结构：

由于溢洪道净宽（4.8m）较小，底板及边墙结构采用“U”型槽结构，最大墙高4.0m，墙顶宽40 cm，底宽60 cm。底板厚40 cm，下设纵横向排水。

3）防汛道路：

加设交通道路，与坝顶路连接，结构同坝顶路面。

3 黑峪水库输水洞工程设计分析

3.1 输水洞现状

输水洞设在大坝右端，由取水口、围岩隧道、消能段及出口尾水渠组成。取水采用分级卧管方式。

进口采用翻转闸门控制。共有10级卧管，卧管上部为浆砌石挡水墙，顶高程同坝顶高程（298.40m）。

洞身穿过大坝底部，为洞挖结构，洞身岩石裸露、未衬砌，洞长74 m，其洞内净尺寸为1.75m× 1.7m城门洞形，出口高程底高程280.35m。

出口为开敞式，直接接尾水渠道、未做消能及护砌，输水洞设计最大泄量为0.50 m3／s。

3.2 输水洞存在问题及解决意见

输水洞洞身为洞挖结构，穿越大坝基础基岩，洞身岩石裸露、未衬砌。现状洞身堵塞严重，出水量很小，达不到设计流量，其功效已不能发挥。输水洞严重漏水，导致输水洞周围的坝体出现裂缝、沉陷、严重变形，己危及坝身的安全。输水洞洞身围岩局部出现裂缝、掉岩块现象对大坝的渗透和安全造成隐患。输水洞进口为分级卧管结构，卧管上部设浆砌石挡水墙，该浆砌石墙现以局部损坏，高水位时漏水严重，危害大坝坝肩及坝脚的渗透安全。出口为渠道、未做消能及护砌，对洞身结构不利。

方案意见：洞身堵塞、漏水及围岩块石脱落：对输水洞洞身进行混凝土衬砌及固结灌浆处理。进口浆砌石挡水墙：拆除浆砌石墙，重建混凝土挡水墙。出口消能：出口增设消能工。

3.3 输水洞工程加固方案

工程加固方案控制边界条件：输水洞为无压洞，输水洞设计最大泄量为0.50 m3／s。进口底高程为死水位高程281.39m。

1）洞身混凝土衬砌及固结灌浆处理：

洞长74m，其现状洞内净尺寸为1.75m×1.7m城门洞形。清淤，洞身围岩整形后进行衬砌及固结灌浆处理，混凝土衬砌厚度为30cm，加固后洞内净尺寸为1.15m×1.1m城门洞形。进口底高程为死水位高程281.39m，出口底高程为280.65m。

2）进口挡水墙

拆除老墙，原位加固挡水墙为混凝土结构，基础底高程同原结构，顶高程同坝顶高程298.40m，长度为8.0m。

出口消能结构：

出口为开敞式，增设采用底流消能形式，钢筋混凝土“U”型槽结构，设有护坦。