黑山县龙湾水库引水工程首部技术改造措施研究

(1.黑山县水利局，辽宁 黑山 121400； 2.沈阳建筑大学，辽宁 沈阳 110003； 3.辽宁省水利水电科学研究院有限责任公司，辽宁 沈阳 110003)

按照黑山县城城区总体规划的要求，要建立黑山镇、大虎山镇、黑大新区为一体的城镇。随着城镇规模的逐渐扩大，人口扩容增长，用水量逐年增加。为了解决水量不足、水源井出水量降低、地下水水质污染严重、供需矛盾加剧、供水普及率与综合用水定额偏低等问题，把龙湾水库作为黑山县水源地，采取从龙湾水库引水的方式改善现有水源地供水不足的现状，实现地下水与地表水的优化调度，合理配置水资源。

引水工程从龙湾水库输水洞取水，经原水输水管道输送至净水厂，处理后的水在重力作用下经太和镇东邱、包屯、大康屯、罗家，镇安乡景家、孙屯输送到黑山县城东后进入黑大新区加压站，再进入大虎山镇区，输水沿途在重力作用下分别为太和镇和胡家镇供水。

1 工程概况

龙湾水库流域为低山丘陵区，水库所在地区地震基本烈度为Ⅵ度。坝址位于绕阳河水系东沙河西支流上的黑山县太和镇与芳山镇交界处。龙湾水库主体工程由主坝、四座副坝、溢洪道及输水洞组成。水库设计洪水标准为100年一遇，校核洪水标准为1000年一遇，工程等别为Ⅲ等，主要建筑物级别为3级。设计水位55.67m，总库容7019万m3，调节库容2195万m3，防洪库容4824万m3，兴利库容1988万m3。灌溉可用水量1299万m3，水库可灌溉农田4.95万亩。龙湾水库是一座以防洪灌溉为主，兼顾养鱼、旅游等综合利用的中型水利枢纽工程。

龙湾水库引水工程从龙湾水库输水洞取水，经原水输水管道至提升泵站(高程41.50m)提升后送至龙湾水库家属住宅西侧山坡开阔地处的净水厂(高程60.00m)，处理后的水在重力作用下经太和镇东邱、包屯、大康屯、罗家，镇安乡景家、孙屯输送到黑山县城东后进入黑大新区加压站，再进入大虎山镇区，输水沿途在重力作用下分别为太和镇和胡家镇供水。

龙湾水库引水工程取水首部原水引水管道需要适时改造，以达到供水要求，同时保留原有灌溉和泄流功能。

2 供水水量和水质分析

龙湾水库现状年灌溉用水量基本上为零，每年1000多万m3的水将无效益损失掉，现有城区水源地每年超采地下水880万m3，为使有限的水资源得到充分合理的应用，既有利于城乡居民生活又有利于工农业生产用水的需求，需合理地开发利用区域水资源，以优化环境、组合资源。

龙湾水库设计供水能力1222万m3/年，可用于城镇供水的能力为1142万m3/年。经环境保护监测站监测，水库水质达到国家标准《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)Ⅲ类水域使用功能，水质良好，可以作为城镇供水的新水源。龙湾水库引水工程建成将补充现有水源地的供水不足，实现地下水与地表水的优化调度，合理配置水资源。

3 原水取水管道改造需要解决的问题

3.1 保留原有功能

在设计和施工过程中，原水取水管道的改造面临诸多问题，原有出水池外形不能破坏，出水池原有闸门结构及功能全部保留；考虑检修、灌溉等需求，需要合理设计预留管、阀、涵，以保留灌溉功能。在此基础之上进行优化设计和管线安排，并增设管理观测室和多路管道控制阀结构。

3.2 取水钢管道与输水洞右洞混凝土的连接固定

取水管道为直径1.20m的钢管道，输水洞为水库原有混凝土衬砌管道，钢管道深入输水洞2m，钢管道与输水洞不同轴，二者位置有偏差，存在较大的缝隙。

3.3 防渗处理

钢管道与输水洞在供水过程中均为高压状态，二者接缝处需要进行高压防渗处理；左洞内部防渗处理，降低糙率，保留泄流功能，出水端设置输水槽，出水槽与右洞钢管道隔离、加固，互不影响。

左洞内部混凝土存在裂缝、伸缩缝渗漏和混凝土散渗，需要进行整体性防渗处理，并降低糙率；左洞的出水端原为出水池，水流经泄流闸门流出，现为了使其与右洞外接钢管道隔离，需进行保温、加固、隔离、防水等处理。

3.4 右洞保留泄流功能的问题

左洞内部混凝土存在裂缝、伸缩缝渗漏和混凝土散渗，需要进行整体性防渗处理，并降低糙率，同时，在钢管道连接段设置蝶阀，留有泄流出口直通消力池。

3.5 钢结构管道冬季保暖保温及其结构整体性防水

需要考虑钢结构管道、蝶阀及其基础结构、覆盖面层的保暖保温问题；对改造后出水池内部的钢管道、基础结构、覆盖的面层结构进行整体性防水保护。

4 设计施工采取的相应对策与措施

a.针对取水钢管道与输水洞右洞混凝土的连接固定问题，使用补偿收缩型的高流动性砂浆灌注钢管道与输水洞混凝土之间的缝隙，填充密实，将钢管道最里端圆周面分割为60个小块儿，并制作成呈喇叭口形状，最里端边缘紧靠洞内混凝土内表面，并在每个切割缝处布置止水针头，共布置60个，使用封堵剂将切割缝以及钢管内部空隙填充密实，封堵剂完全固化后，进行化学灌浆，使砂浆与钢管道之间的结合缝以及砂浆与混凝土之间的结合缝更加密实止水。

b.在钢管道与洞内混凝土内表面接触的部位沿圆周方向满焊三圈光圆钢筋，钢筋直径依次变小，打磨钢筋表面后，涂饰阻锈剂、界面剂，使用胎基布以及手刮聚脲材料表面封闭的方法进行抗冲磨表面处理，涂层厚度大于4mm，以保证抗冲磨功能。

c.左洞、右洞内部首先进行裂缝、伸缩缝、散渗混凝土的化学灌浆处理，然后进行混凝土表面打磨处理，最后使用胎基布、手刮聚脲材料进行整体性防渗处理，降低糙率；左洞出水端右侧现浇一段5m的混凝土隔墙作为间隔，隔墙与右洞连接的钢管道之间的空隙填充保温材料，作为右侧管道的保温夹层，隔墙与左侧出水池原有混凝土墙等高，顶部浇筑盖板后形成矩形槽式输水洞。通过隔墙，左、右输水结构互不影响，左侧为泄洪管道，右侧为供水管道兼顾泄洪，该结构型式可确保冬季工况下池内结构具有较好的保温效果。

d.为了使右洞保留泄流功能，在钢管道出水池以外管理房下部设置三通结构，主管道设置蝶阀用于控制供水管道，左侧泄流支管道从侧面通向泄水池侧壁，支管道也设置蝶阀，控制泄流。

e.为使左洞、右洞均保留灌溉功能，在出水池右洞外接钢管道下方混凝土底部挖凿宽度1m、深度1.20m的矩形暗涵一座，联通左洞出水槽和灌溉出水槽；右洞外接钢管道在出水池内部也为三通结构，右侧伸向环山渠一侧设置直径0.60m的灌溉支管道和手自一体的蝶阀1座，灌溉支管道外接一小段出水槽后直达环山渠闸门。

f.为了使钢结构供水管道冬季保暖、防水，在钢管道外围及顶部填筑厚度30cm的聚苯板及保温颗粒，整个水池在保温层以上浇筑30cm厚度的混凝土作为盖板，蝶阀部位设置检修井及可移动盖板，在盖板混凝土上部使用SBS材料进行表面防水，上部填筑5cm砂浆作为保护层。

5 施工布置

a.主要工程为：出水池内底板拆除3.20m2，出水池外新建钢筋混凝土蝶阀井。原输水洞左侧洞口以1.20m直径混凝土管道连接至蝶阀井，在蝶阀井内以三通分为两处，一处以1.20m混凝土管布设至原输水洞泄水池作为泄洪管道，一处以异径变为0.80m混凝土管接下游水厂管线。

b.右侧输水洞出口安装直径2m金属管道1根，金属管道外侧设置连接法兰，金属管道插入输水洞混凝土1.50m深，金属管道与输水洞侧壁采用HRB235直径20mm钢筋锚固连接，锚固间距35cm，深度大于36cm。金属管道与输水洞连接处使用膨胀性嵌缝砂浆填充，砂浆与管道的缝隙采用化学灌浆方法进行内部防渗处理。金属管道外露部分(0.50m)与其他管段采用法兰连接。

c.通向农渠一侧设置弯头一处，与主管道通过三通连接，管道直径0.60m，弯头通过法兰连接蝶阀1个，蝶阀下游采用3.0m长度的钢制管道以及出水槽连接至农渠闸门端部。新设置管道检修井1座，顶部采用混凝土盖板，设置保温层和防水层及保护砂浆。

d.设置延伸至出水池平板闸门中墩附近的钢筋混凝土隔墙一座，新浇筑隔墙与原有左侧边墙形成矩形输水槽，在两座隔墙顶部浇筑30cm厚C25W4F200混凝土盖板一座，隔墙、盖板形成新的矩形输水洞，开口部位延伸至出水池左侧平板闸门。在出水池右洞外接钢管道下方混凝土底部挖凿宽度1m、深度1.20m的矩形暗涵一座，联通左洞出水槽和灌溉出水槽。矩形输水槽外侧以及顶部、右侧金属管道空隙及顶部使用膨胀珍珠岩填充保温，保温层上部做防水，设置顶部保护砂浆。保温层、检修井、金属管道、矩形输水槽顶部均统一填充保护砂浆。

原水取水管道布置情况见图1、图2。

图1 原水取水管道工程平面布置 (单位：mm)

图2 原水取水管道工程剖面 (单位：mm)

6 主要施工工艺要求

6.1 土方挖填

采用1m3挖掘机开挖，部分土方临时堆放在渠道背水侧，用于土方回填；回填料来源于主体工程开挖料，用74kW推土机摊平，74kW拖拉机压实，边角地段采用2.80kW蛙式打夯机补夯。

6.2 混凝土拆除工程

采用风镐进行拆除，拆除后采用8t自卸汽车运至弃料场。

6.3 钢筋加工

a.钢筋加工。按料单加工成型，Ⅰ级钢筋(盘圆)用调直机调直，钢筋加工由机械弯曲成型。

b.钢筋锚固。Ⅰ级钢筋采用180°弯钩，平直长度为10d，且不小于50mm，Ⅲ级钢筋采用90°弯钩，其长度见设计要求。

c.钢筋焊剂。钢筋焊剂及和焊接设备必须符合有关规定的要求。焊工持证上岗，试件合格后方可在主体工程中实焊；钢筋接头位置按设计和规范要求，同截面区域范围内，搭接接头不超过25%，焊接接头不超过50%，受压区均不超过50%。

6.4 混凝土浇筑

模板安装好后，检查模板强度、尺寸，符合设计要求后进行混凝土浇筑。因雨水影响不能一次浇筑完成的混凝土，要采取一定的保护措施，用防雨布覆盖已浇筑混凝土部分，防止雨水冲刷，首先要揭开防雨布并冲洗已完成的混凝土上附着的淤泥，经现场监理检查合格后，继续浇筑混凝土。

a.混凝土配合比。混凝土配合比及拌和水泥、砂、石、外加剂等原材料要严格履行化验程序，符合标准要求方可使用。根据试验室提出的配合比设计，并经实地砂石含水量调整后的配合比，计算每次投料量，并记录在记录牌上，每罐搅拌量不得超过搅拌和标准容量。水及外加剂溶液可按重量折算成体积。各种衡器要定期校验，称量偏差在允许范围内。责任到人，设置计量工，负责测混凝土坍落度等工作。混凝土的拌和采用0.4m3搅拌机。

b.混凝土运输与浇筑。混凝土的运输采用1t翻斗车。用履带式吊车将混凝土入仓。混凝土浇筑前，详细检查仓内清理、模板、永久缝及浇筑准备工作等，并做好记录，经验收合格后开始浇筑。机械安装调试完毕，模板验收合格后开始搅拌混凝土。混凝土随浇随平，混凝土浇筑要连续进行，如中断时间超过允许间歇时间，要按施工缝处理。混凝土振捣以振捣器为主。

c.混凝土养护。设高压水泵一台，扬程20m以上，保证浇筑后6h内送水养护和拆模后定期养护。设专人监测混凝土内部温度和外部温度，控制温度不大于30℃，否则采取草帘覆盖、浇水降温等措施。

6.5 修补处理

主要修补材料有亲水性聚氨酯密封止水灌浆材料、潮湿型快速固化界面剂、手刮聚脲弹性体、聚合物混凝土、高强砂浆、钢塑纤维混凝土等。其中聚氨酯灌浆材料和手刮聚脲材料为使用最多的修补及防护材料。

修补处理采用化学灌浆+表面封闭的处理方式。使用手刮聚脲材料进行缝表面粘贴，固化后的手刮聚脲涂膜平均厚度不小于2mm，一般缝开口部位表面涂膜厚度在3～4mm，聚脲涂刮宽度不小于40cm，聚脲涂层边缘与缝口距离不小于20cm。

6.6 蝶阀及安装

蝶阀共计3个，直径分别为1.20m、0.80m、0.60m，均为手动与电动一体化蝶阀，三通2个，异径管2个，弯头2个，安装均由厂家提供安装图纸并现场进行。

7 结 语

取水首部改造工程在设计和施工过程中，面临地形限制、空间狭小等诸多问题。改造要求出水池外形不破坏，原有闸门及功能保留，通过优化设计三通、蝶阀、蝶阀井、弯头、出水槽、暗涵等措施，有效解决了诸多问题，同时，在输水洞内部进行化学灌浆、手刮聚脲表面封闭等防渗漏、抗冲磨处理。图3和图4为竣工后工程现状。工程已安全运行3年，运行表明：上述工程设计、施工以及采取的措施科学、合理、安全、有效。

图3 竣工后取水首部管线及出水池现状

图4 竣工后取水首部蝶阀井、管理房及泄洪支管道现状