赤坳水库主坝除险加固工程方案比选

2016-04-08尹宏伟

山西水利 2016年7期

关键词：主坝除险廊道

尹宏伟

（山西省水利水电科学研究院，山西太原 030002）

赤坳水库主坝除险加固工程方案比选

尹宏伟

（山西省水利水电科学研究院，山西太原 030002）

赤坳水库是一座集供水、防洪于一体的综合利用水利工程。建于1978年，水库建成运行已近30年，未进行过除险加固，经过长时间的运行，目前已出现主坝坝体渗漏、主坝坝体抗滑安全系数偏低等问题。通过对主坝不同加固方案进行比选并进行加固工程施工布置，保证了库区和周边群众的生命财产安全。

主坝加固；方案比选；赤坳水库

1 工程概况

赤坳水库位于深圳市龙岗区坪山河上游支流，始建于1978年，1983年开始蓄水运行，1985年竣工验收。工程主要任务是以灌溉为主，兼有防洪、发电等功能；随着城市建设高速发展，1995年以后，水库已转变为集供水、防洪、调蓄为一体的城市供水水库。水库主要建筑物包括主坝（含溢流坝）、主坝输水涵管、副坝、坝后水电站等，后期修建了倒虹吸输水管、大鹏引水支线应急工程泵站、大鹏半岛支线（供水）工程输水（管）隧洞等。

主坝位于水库西面，主坝为重力式浆砌石坝，由溢流坝段和非溢流坝段组成，坝体偏上游侧设有混凝土防渗墙，平均厚度1.0m。主坝坝顶高程85.1m，防浪墙顶高程86.1m，坝顶长195m，最大坝高39.1m，坝顶宽度2.7～4.3m。主坝上游坝坡1∶0.1，下游坝坡分2级，在70m高程处设有一级宽1.65m的平台；自上而下坡比为1∶0.69，1∶0.68。溢流坝段位于主坝中部，为非真空溢流堰面，总宽30m，净宽25m。设桥墩4个，由工作桥连接大坝，不设闸门。

2 主坝水文地质情况

主坝坝址位于河谷最窄处，宽约70m，原地面高程53.0m，呈较开阔的不对称“U”型河谷。坝址区地下水主要有松散土层孔隙水和块状岩类裂隙水两种类型。发育的上部覆盖层主要为第四系人工堆积层、第四系淤积层（岩性为淤泥）、冲洪积层（岩性为含砂卵石）及第四系残积层（岩性为砾质黏性土），下伏基岩为中生代侏罗纪晚侏罗世中粒斑状黑云母花岗岩。

主坝建成蓄水后，坝后坡及坝下廊道存在渗漏现象，右坝肩后坡潮湿，高水位时存在一定绕坝渗漏。根据收集的主坝量水堰监测记录结果，水库最高水位为正常蓄水位82m，此时渗漏量最大，为578.5m3/d。统计得渗漏量曲线基本随库水位曲线的升降而升降。根据观测数据，库水位高于80.2m时，水库渗漏量急剧加大。水库大坝一旦出现事故，将会对下游构成严重威胁，因此急需对水库进行除险加固工作。

3 主坝加固方案比选

3.1 新增防渗面板，拓宽原有廊道方案（方案一）

该方案主要拓宽原坝体内小廊道，完善坝基防渗、排水，坝体扬压力等观测系统。

水库原有廊道尺寸较小，仅有0.6m×0.65m（宽×高）。廊道小，检修维护极为不便。本方案拟在原有廊道基础上扩大至2.5m×3.0m（宽×高）；同时，新设帷幕灌浆和坝基排水孔以减小坝体扬压力，新设坝基扬压力、坝体应力等监测设施。

本方案施工措施主要是人工拓宽原有廊道，通过钢拱架、锚杆等临时支护措施，结合500mm厚C30钢筋混凝土永久支护，扩宽原有廊道。同时在坝上游新设500mm厚混凝土防渗面板。

由于坝体浆砌石结构运行时间较久，故方案实施前需对坝体进行钻孔取样试验，查明坝体浆砌石结构的现状强度后，方可根据实际采取切实可行的施工方案。同时需做水工试验模型、有限元分析等研究。

3.2 坝上游坡加设防渗面板、廊道方案（方案二）

该方案通过坝前新建防渗墙体，减小坝体扬压力，增加坝体抗滑稳定性，同时解决坝体渗漏、监测设施不完善等问题。

新建坝上游混凝土防渗墙，墙顶厚1.0m，墙底厚8.5m，净高39.0m。新建混凝土墙采用固结灌浆处理。在57m高程处墙顶宽7.2m。新建混凝土墙基础位于微风化花岗岩层，墙体内设坝基灌浆、排水和检查廊道，廊道底高程51m，尺寸2.5m×3m（宽×高），廊道帷幕灌浆孔距2m。

3.3 上游坝面防渗，下游培厚压重方案（方案三）

该方案通过增加坝体自重，提高坝体抗滑稳定。

坝前坡面采用聚合物水泥基防水涂料防渗，坝后坡采用粉煤灰混凝土加重，右坝肩埋置深度约16m，埋置较深，全部开挖土方较大，且开挖影响范围大，对坝体影响较大。因右坝肩埋置较深，无需挖至原设计清基线，本次坝后加固基础仅埋至现状边坡下3m深。

本方案施工较为简单，坝上游防渗施工时可以仅对外露坡面施工，通过上游坡面防渗、下游导渗的措施，减小坝体渗透水压力。

综合比较，方案一施工措施要求较为严格，扩宽廊道需人工操作，施工难度、强度较大，且施工中操作不当，会对老坝体造成损害，甚至导致坝体垮塌的严重后果，不推荐采用此方案。

方案二投资较大，且坝前加固影响水库正常供水，需新建围堰，土方量较大，工期过长，故不推荐采用此方案。

方案三投资相对较小，施工难度不大，通过上游防渗、下游导渗的措施，可有效解决坝体渗漏对坝体造成的危害。总体来看，实施难度较小，推荐采用此方案。

4 施工布置

根据以上分析，上游坝面防渗，下游培厚压重方案，增加坝体自重，提高了大坝的抗滑稳定性，通过上游防渗、下游导渗措施，解决坝体渗漏对坝体造成的损害。同时通过坝体打孔埋设扬压力观测设施，完善坝体监测系统。

沿现有坝顶向后加宽净宽2m，坝顶处开始放坡，坝后坡坡度1∶0.7。对坝体渗水采用“前防、后导”处理，即上游坝体表面防渗处理，坝后新建导渗措施。同时通过坝体打孔埋设扬压力观测设施，完善坝体监测系统。溢流堰后新建2级消力池，改善下游排洪通道泄洪安全。

为解决主坝高水位渗漏量大的问题，拟在坝上游采取防渗措施。坝前坡面采用聚合物水泥基防水涂料防渗，坝后坡采用粉煤灰混凝土，采用Ⅱ级粉煤灰。坝后加固混凝土强度等级为C25，由于混凝土施工方量较大，施工时采用跳仓法分块施工，每块宽度3m，浇筑高度1.5m，同时埋设直径32mm高密度聚乙烯冷却水管，以控制混凝土温度。

右坝肩因埋置深度约16m，埋置较深，坝体稳定。本次设计对右坝肩后加混凝土基础埋入现状边坡下3m，以增大坝体抗滑力，同时减小土方开挖、混凝土浇筑量。新旧坝体结合面施工前先清洗干净，并采用埋设插筋连接，插筋采用梅花形布置，间距2.5m，长5m。新旧坝体结合面设直径150mm无砂混凝土管，形成排水管网，将坝体渗水导流至新建廊道，并通过排水管排至溢洪道内。

在现状坝体通过钻孔埋设扬压力监测设施，采用振弦式扬压力，坝体纵向设3排孔，分别为坝顶、及坝后马道处；横向设4排观测孔。所有观测设施通过水工屏蔽专用电缆传输至读数装置。

新建溢流堰为非真空溢流堰，结构布置同原溢流堰，在原堰面上加厚2.82m。采用鼻坎挑流消能，鼻坎末端为垂直墙，高9.6m，水平段长2.8m，挑射角14°，设计单宽流量5.26m3/s。下游接2级消力池，总长80m，采用C30钢筋混凝土结构。

针对左坝段坝肩出现渗水的问题，对左坝肩、右坝肩进行灌浆防渗处理。灌浆范围为坝身段各12m，坝肩侧15m。左坝肩灌浆底线至微风化花岗岩层，右坝肩灌浆底线为中风化花岗岩层。