汾河水库除险加固施工技术研究

梁锦陶

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西太原 030024）

汾河水库除险加固施工技术研究

梁锦陶

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西太原 030024）

汾河水库建设较早，运行至今大坝存在一定程度的坝基渗漏、混凝土剥蚀开裂及工作闸门锈蚀老化等问题。本文简要介绍了汾河水库的工程概况及除险加固的任务，分别从主坝、溢洪道、输水发电洞及泄洪隧洞入手，针对其存在的问题选择合理的施工技术，为病险水库的除险加固方案设计提供了参考依据。

汾河水库；除险加固；坝基渗漏；施工技术

1 工程简介

汾河水库坐落于山西省太原市娄烦县杜交曲镇下石家庄村北约1km的汾河上，距太原市83km，属黄河流域，水库总库容7.33亿m3，是一座以防洪、灌溉、工业和城市供水为主，兼顾发电和养鱼等综合利用的大（2）型水利枢纽工程。

水库大坝于1958年始建，1959年拦洪蓄水，1961年5月竣工运行，主坝坝型为均质土坝，由于水库兴建于“大跃进”时期，属于“三边工程”，加之受限于当时的条件，质量难以保证，因此水库建成运行以来，虽然经过多次后期处理［1］，但仍存在水库防洪标准不足、坝基渗漏、坝顶开裂、溢洪道边坡岩体破碎、输水发电洞工作门锈蚀关闭不严等问题［2-4］。为防御洪水灾害，保护下游人民生命财产安全，保证下游各县、区、市经济高速发展，使汾河水库充分发挥其应有的作用，对汾河水库及早进行加固是十分必要的。

2 工程条件及工程任务

2.1 自然条件

2.1.1 水文气象条件

汾河水库控制流域内属亚热带大陆性气候，四季变化明显，雨量分布极不均匀，旱洪灾害严重。水库所在娄烦县多年平均降水量426.2mm，其中汛期降雨量为全年降雨量的75%，7月、8月最大，占全年降水量的48.3%；多年平均蒸发量1734.5mm；多年平均气温7.9℃，极端最高气温36.7℃，极端最低气温-26.8℃；最大冻土深110cm；水库封冻期70～100d，冰厚40～80cm；无霜期183d左右［5］。

2.1.2 地形地貌及地质条件

该区地处山西省太原地区西北侧吕梁山脉西北的中部，属黄河流域汾河干流上游。地势总体西北高东南低，冲沟发育。区内地貌单元主要包括剥蚀低中山区、黄土丘陵区及冲积河谷区。剥蚀低中山区位于工程区东西两侧，西侧为吕梁山脉西北的中部，东侧为云中山南麓。冲积河谷区主要为汾河河谷及其支流河谷，大坝所在汾河河谷海拔约1060m。在剥蚀低中山区和冲积河谷区之间广泛分布着黄土丘陵区，主要为各县城和村镇所在地。

区内地层由老至新依次出露：太古界吕梁山群；古生界寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系；中生界三叠系、侏罗系；新生界上第三系、第四系。另外，该区变质岩中还有元古代吕梁期侵入岩，主要为：ⓐ花岗岩（γ2）；ⓑ辉绿岩和辉绿玢岩（β2）等。

该区所属大地构造单元为吕梁-太行断块吕梁块隆之关帝山穹状隆起带，现地壳处于相对稳定时期。工程区地震动反应谱特征周期为0.45s，地震动峰值加速度值为0.10g，相应地震基本烈度为Ⅶ度。根据区内含水层岩性和地下水赋存特征，区内地下水可划分为碳酸盐岩类裂隙岩溶水、变质岩类裂隙水、碎屑岩类裂隙水和松散岩类孔隙水四类。

2.2 工程条件

施工区对外交通方便，有南同蒲铁路、大运高速公路、108国道等重要的交通枢纽从下游经过，县乡之间的三级公路、乡村之间的四级公路等构成了交通网络，沿线建筑物距离已有交通道路较近，使得整个施工区交通极为方便，外购材料和设备都可经此线运至工地。除与永久道路结合外，场内需修多条临时施工道路。临时施工道路总长500m，采用砂石路面，路面宽6m。

汾河水库加固工程所需当地建材主要为反滤料、石料、混凝土粗细骨料及土料等，可从罗家曲石料场、娄烦县杜交曲块石料场、大泉沟土料场或就近料场购买；所需钢材、水泥及油料等可在娄烦县购买。

施工所采用的石料、砂料等的质量均应符合《水利水电工程天然建筑材料勘察规程》（SL 251—2000）的要求。水泥采用国家质量认证的水泥，建筑水泥应符合《水工混凝土施工规范》（SDJ 207—82）的规定，以保证工程质量。

工程区河水及地下水丰沛，可供生产用水；工程施工期利用原管理局供水系统满足生活用水的要求。工程施工用电可从原管理局供电系统接线，并配备柴油发电机作为辅助或备用电源。

在娄烦县有较大规模的机械修配厂，杜交曲镇也有一定规模的机械修配能力，可以满足施工期机械设备的大修和中修需要。

2.3 工程任务

针对汾河水库存在的问题，此次加固的主要任务如下：

a.大坝。对左副坝及右坝坝基渗漏问题进行处理，防止渗透破坏，风化岩石层采用帷幕灌浆，卵石混合土层采用高喷防渗灌浆；对坝顶裂缝进行黏土灌浆［6-7］，坝顶破损路面进行拆除重建。

b.溢洪道。出口右侧岩石边坡挂网喷护。

c.输水发电洞。门槽二期混凝土进行凿除更新；更换出口工作闸门、维修启闭设备。

d.泄洪隧洞。进水塔表面剥蚀部分进行补强加固。

该工程为已建工程，且已运行几十年，对外交通、水、电、通信等基础设施较完善；加固工程的施工点较多，可同时多处施工，有利于加快施工进度。

3 主体工程施工

3.1 大坝加固工程

3.1.1 土石方工程

浆砌石及水泥砖拆除采用人工撬解拆除、搬运，拆除料由1m3装载机装料，8t自卸汽车运输5km至弃渣场。混凝土及路面垫层拆除采用液压锤凿除，拆除料由1m3装载机装料，8t自卸汽车运至约5km处弃渣场内。1m3挖掘机挖装8t自卸汽车自料场运输上坝，74kW推土机推平，振动碾压实。小型卷扬机牵引斗车坝面运输，74kW推土机推平，小型碾压机械压实或蛙式打夯机夯实。购买石料运至坝顶，胶轮车运输，0.4m3搅拌机拌制砂浆，人工砌筑、勾缝。混凝土预制块自料场购买，8t自卸汽车运料至坝顶或坝脚，胶轮车运输或人工坝面搬运砌筑。

原电池是电化学部分的主要内容之一，是高中化学的重点，也是高考的难点，因此在这一部分的备课过程中，教师要明确教学的核心内容，理清楚章节安排与设置，有重点地编排教学内容，引导学生掌握好这一部分的内容.初步可设定如下两个目标：①掌握原电池概念；②通过对化学能向电能转化过程的学习，养成科学探究的思维能力.

土方槽挖采用1m3挖掘机，开挖土料就近堆放于一边以用于回填。

坝体土方回填采用1m3挖掘机，8t自卸汽车运输约1.5km上坝，小型碾压机械压实。黏土填筑工艺流程为：结合层面洒水→刨毛→卸料→铺料→洒水→压实→抽样检查。

土料铺筑采用进占法沿坝轴线方向进行，用8t自卸汽车卸料，推土机平料，平地机进行平整，对于土料与原坝交界处辅以人工平整。土料压实采用小型碾压机械沿坝轴线方向应用进退错距法碾压土料，碾压遍数一般为4～8遍，碾压行驶速度2～3km／h，由现场试验后确定。当土料含水率与施工控制含水率相差较大时，在土料场加水或翻晒处理；当上坝土料的平均含水率与碾压施工含水率相差不大，仅需增加1%～2%左右时，采用汽车喷雾洒水，加水后的土料用圆盘耙掺和均匀；当土料含水率大于施工控制含水率且在上限的1%以内时，碾压前用圆盘耙在填筑面进行翻松晾晒；当气候干燥或气温较高时，需喷雾加水对土料进行养护［8］。

3.1.2 坝顶混凝土路面工程

对破损的坝顶路面拆除后重新浇筑混凝土路面，修复路面长度567m；同时拆除坝顶下游侧花池，增设一道纵向排水沟，排水沟采用浆砌石砌筑，断面尺寸30cm×40cm。新筑坝顶路面结构分两层，面层为C25混凝土路面，厚度20cm，其下为碎石基层，厚度25cm，路面横坡1%，从上游坡向下游侧，以排除坝顶路面积水。施工时在大坝右坝肩附近设置混凝土拌和站，胶轮车场内运输骨料，0.4m3混凝土搅拌机拌和，1m3机动翻斗车运输，1.1kW插入式振捣器振捣密实。

3.1.3 高喷灌浆工程

高喷灌浆采用摆喷方式灌浆。钻孔采用150型地质钻机钻进，泥浆搅拌机拌制泥浆，灌浆泵灌浆进行泥浆固壁；高喷采用三重管法施工，HB80／10型泥浆泵制浆，高喷台车灌浆，自下而上进行喷射作业，并配以3XB型75kW高压水泵管路冲洗［9］。工艺流程见图1。

图1 高喷灌浆工艺流程

3.1.4 帷幕灌浆工程

帷幕灌浆在坝顶进行，设一排帷幕灌浆孔，采用自下而上灌浆法。灌浆施工前应做灌浆试验，选择代表性坝段，按灌浆设计进行布孔、造孔、制浆、灌浆，观测灌浆压力、吃浆量、坝体位移和裂缝等。帷幕灌浆钻孔采用150型地质钻机钻进，灌浆自动记录仪和灰浆搅拌机配合中压泥浆灌浆泵灌浆。

3.2 溢洪道加固工程

溢洪道出口右侧岩体边坡较陡，局部破碎，为防止出露岩石进一步风化，防止发生坍塌，对岩石边坡进行挂网喷混凝土防护。喷混凝土强度等级为C20，厚度10cm，挂网钢筋采用φ6，网格200mm×200mm，锚筋采用φ20，长度2m，排间距2m，梅花形布置。

喷锚支护具体流程为：造孔→吹冲干净→安插锚杆→注浆→与钢筋网连接→喷混凝土。

喷混凝土根据具体情况采用湿式和干式结合方式。喷射混凝土工艺流程见图2。

图2 喷射混凝土工艺流程

3.3 输水发电洞改造工程

输水发电洞出口3.6m×3.6m的弧形工作闸门运行多年，闸门锈蚀，下闸困难，此次对启闭设备进行维修，对门槽二期混凝土进行凿除更新，并对出口工作闸门重新设计更新。

3.3.1 混凝土拆除和浇筑

混凝土拆除采用手持式风钻钻孔，使用风镐人工凿除，拆除料由1m3装载机装料，8t自卸汽车运5km至弃渣场内。混凝土浇筑采用0.4m3混凝土拌和机拌和，1m3机动翻斗车运输，1.1kW插入式振捣器振捣密实。

3.3.2 工作闸门安装

工作闸门等设备的安装中，首先检查预埋件位置是否正确，并对门槽等安装部位进行清理。其次采用原工作闸门启闭机吊装设备，人工辅助就位。闸门吊装时应采取防止变形及碰撞的保护措施。最后对安装完成的设备调试运行，做全行程启闭试验，需要达到门叶启闭灵活无卡阻、闸门关闭严密、漏水量不超过允许值等要求［10］。

3.4 泄洪隧洞加固工程

泄洪洞进水塔水位变动区混凝土剥蚀，厚度一般1～2cm，局部厚度3cm，由于表面混凝土剥蚀厚度较小，此次采用聚合物砂浆补强加固，处理范围为高程1127～1117m，高度10m，总面积893m2。

具体处理工艺如下：

a.基面处理。采用凿毛、喷砂、打磨对表面进行处理，清除剥蚀层直至坚硬混凝土面，并用高压水冲洗。

b.修补处理。采用SPC聚合物混凝土填补（修补深度大于30mm时，适当植筋），养护3～5天后，喷水湿润混凝土表面，涂刷1道SPC界面剂，再抹SPC201聚合物砂浆，厚度20mm，之后刮涂2道ST401防碳化涂料。

4 结 语

汾河水库的安危直接关系到太原、晋中以及下游临汾和运城地区人民群众的生产生活问题，选择合理的除险加固方案对社会健康发展及人民安定生活起着至关重要的作用。可以说，做好对水库大坝的除险加固是保证水库大坝质量与延长水库大坝使用寿命的重要途径。本文结合坝址处水文、地质条件，探寻问题的成因，合理地安排施工，同时提出土石方、混凝土、高喷和帷幕灌浆、喷锚支护等具体施工措施方法，为同类问题提供参考依据。

［1］ 宋新爱，索丽，秦俊平.加大水保力度延长汾河水库寿命［J］.山西水利科技，2003（6）.

［2］ 张扬.汾河水库库岸边坡特征及稳定性分析［D］.太原：太原理工大学，2010.

［3］ 严祖文，魏迎奇.病险水库除险加固现状分析及对策［J］.水利水电技术，2010（10）.

［4］ 朴哲浩，宋力.我国病险水闸成因及除险加固工程措施分析［J］.水利建设与管理，2011（1）.

［5］ 陈彦平.汾河水库流域水文特性分析［J］.山西水土保持科技，2009（12）.

［6］ 孙洪涛，丁振波.坝基防渗技术在水库除险加固中的应用［J］.中华民居，2011（11）.

［7］ 严有风.水库除险加固工程施工设计探析［J］.中国水运，2014（11）.

［8］ 仲深意，王磊.浅谈水库除险加固工程质量控制［J］.水利建设与管理，2011（12）.

［9］ 张带娣.水库除险加固工程中高压摆喷灌浆的施工技术［J］.中国水能及电气化，2013（9）.

［10］ 张记忠.水库铸铁泄水闸门运行管理实践与探讨［J］.水利建设与管理，2011（3）.

Construction Technology Research on Fenhe Reservoir reinforcement

LIANG Jintao
（Shanxi Hydroelectric Investigation＆Design Institute，Taiyuan 030024，China）

Fenhe Reservoir was constructed early.The dam has problems of dam foundation leakgge to certain degree，concrete denudation cracking，service gate rust aging and other problems till present.In the paper，project overview of Fenhe Reservoir and reinforcement tasks are introduced briefly.Rational construction technology is selected aiming at problems from the major dam，spillway，water diversion power tunnel and flood-discharge tunnel.Thereby providing reference for reinforcement project design in defective reservoirs.

Fenhe Reservoir；reinforcement；leakage of dam foundation；construction technology

TV697.3

A

1673-8241（2016）09-0010-04

10.16617／j.cnki.11-5543／TK.2016.09.003