千泉湖水库大坝除险加固措施研究

寇福星

（沙湾市小分地水库管理站,新疆 沙湾 832100）

我国“十四五”规划明确提出要加快病险水库除险加固工作,水利部基于规划纲要安排部署了“十四五”期间水库除险加固的工作任务。我国病险水库的病害呈多样化,主要涉及大坝、泄洪建筑物、穿坝输水建筑物等“三大件”[1]。大坝病害通常表现为防洪标准低、坝体稳定性差、坝体或坝基渗漏严重及设备老化等问题。为保证千泉湖水库安全运行,急需开展除险加固措施研究。

1 工程现状

1.1 工程概况

千泉湖水库位于新疆维吾尔自治区塔城地区沙湾县商户地乡,是一座以农业灌溉为主,兼顾养殖业、旅游业的平原水库。其主要任务是调蓄库区域内出露的泉水及上游灌区农田灌溉的余水,及宁家河洪水和前山丘陵区降雨形成的洪水,解决下游灌区用水的问题。大坝全长3315 m,大坝西端起点桩号为大坝0-748 桩号。其中桩号0-748～0-300 为西副坝,长448 m,桩号0-300～2+250 段为主坝段,长2550 m,桩号2+250～2+567 段为东副坝,长317 m。

1.2 病害要点

2017年,《沙湾县千泉湖水库安全评价报告》,通过了专家鉴定,鉴定结果为三类坝。根据现场调查,坝体病害主要表现在以下几个方面：

（1）大 坝 桩 号0+760～0+935段、1+140～1+210段、1+350～1+385段上游护坡裂缝。上游护坡裂缝走向与坝轴线走向平行,发生在上游坝坡坡脚至坝顶三分之二部位和砼板与防浪墙结合处,裂缝宽度一般1 cm～3 cm,最大开口7 cm～10 cm。

（2）上游消能墩破损严重,部分消能墩脱落。

（3）坝体1+851～2+267段防浪墙顶高程为406.83 m,不满足设计防浪墙顶高程407.64 m的要求。

（4）大坝桩号0+400～0+500 段坝顶上,沿坝轴线方向存在100 m裂缝。坝顶为沥青砼路面,裂缝长度2 m～4 m,宽度0.5 cm～3 cm；通过探坑揭露,裂缝深度1.4 m～1.8 m。

（5）大坝桩号0+860～0+895 下游坡曾发生过局部滑坡,该段坝顶为沥青砼路面,局部有较明显的沉陷现象,坝顶靠近坝前坡1.5 m～0.8 m位置,发育一环状弧形裂缝,坝顶路面形成一3 cm～5 cm的台坎,上游侧下滑。裂缝宽1 cm～3 cm,发育深度约2.3 m尖灭,渐向下部,滑面向上游微倾,裂缝内未见水。

（6）大坝桩号1+300～1+340 段坝顶宽度约8 m,坝顶靠近坝后坡位置处有较明显的沉陷现象。

2 大坝除险加固设计

2.1 坝后滑坡体处理

根据现状存在问题,本次除险加固工程对大坝桩号0+860～0+895 段坝后滑坡问题,拟定以下两种处理方案进行比选。

方案一：采用拆除滑弧以上坝体,重新填筑的方案,开挖深度3 m。回填土料渗透系数小于1×10-4cm/s,土方回填压实度大于0.96；按照原设计指标恢复坝后排水体,恢复坝顶砂砾石垫层,及坝顶沥青混凝土路面。

方案二：滑坡体后增设砂砾石坝后盖重,回填至坝顶高程,回填顶宽3 m,回填边坡1∶2.2,砂砾石回填相对密度≥0.75。

方案一、二主要工程量、投资及优缺点见表1。

表1 方案一、二主要工程量、投资及优缺点对比

根据表1对比分析,本次处理滑坡体总长度占大坝总长度比例不大,从长期运行安全考虑推荐方案一为推荐方案。

2.2 坝体护坡裂缝处理

本次拆除大坝桩号1+140～1+210 段裂缝严重,形成错台的上游护坡板。重新浇筑的上游混凝土护坡尺寸为长×宽×厚度（m）=3.5 m×3.5 m×0.15 m,混凝土标号采用C25 F200,护坡分缝宽度2 cm,分缝材料采用高压闭空板,高压闭空板上部涂2 cm聚氨酯；大坝桩号0+767～0+827、0+847.6～0+862、1+347～1+374、1+452.6～1+538.2 处的裂缝采用底部灌泥浆,上部砼板用聚氨酯填缝。

2.3 上游消能墩处理

修复消能墩尺寸采用原设计尺寸,消能墩分为2 种尺寸（a号、b号）,a号消能墩长度为80 cm,b号消能墩长度为150 cm,消能墩横断面形式均为直角梯形,直角梯形上底宽20 cm,下底宽度30 cm,高20 cm。消能墩为钢筋混凝土结构,混凝土标号为C25 F200,消能墩与上游护坡采用插筋连接。

2.4 防浪墙加高

根据坝顶高程复核计算及现场调查,本次除险加固大坝桩号1+328～1+600 防浪墙加高0.8 m。加高后防浪墙顶高程407.22 m；大坝桩号1+851～2+267 防浪墙加高0.5 m,加高后防浪墙顶高程407.25 m；大坝桩号2+267～2+566 防浪墙加高0.3 m,加高后防浪墙顶高程407.04 m。防浪墙加固后,厚度为0.3 m,采用钢筋混凝土结构,混凝土标号采用C25 F200,防浪墙每隔8 m设结构缝,分缝采用高压闭空板填缝,迎水面采用2 cm厚聚氨酯止水。

2.5 坝顶裂缝处理

根据坝顶裂缝、坝后滑坡范围,对大坝桩号0+400～0+500 段坝顶裂缝采用钻孔灌浆方法。裂缝较密的部位,钻孔应较密。反之,则应稀些。钻孔深度要至裂缝宽1 cm以下,证明裂缝不大时即可停止。其压力为1.0 kg/cm2。在设计孔口压力下,当吃浆量小于0.2 L/min,保持30 min不变时,即达终孔标准。根据上述拆除滑弧以上坝体,重新填筑的方案,坝顶裂缝开挖深度2 m,滑坡体开挖深度3 m。先填筑坝段的横向坝坡,土料不宜陡于1∶3。故本次沿坝轴线方向开挖边坡为1∶3。回填土料渗透系数小于1×10-4cm/s,土方回填压实度大于0.96；恢复坝后排水体,排水体采用直径20 mm～80 mm砂砾石填筑,回填顶宽为1.2 m,回填边坡1∶3；恢复坝顶20 cm砂砾石垫层,砂砾石垫层指标：①级配连续,Cv≥5,且Cc=1～3；②含泥量（粒径小于0.075 mm的颗粒含量）≤10%,③相对密度Dr≥0.75；恢复坝顶沥青混凝土路面。

2.6 坝体沉降处理

根据坝体沉降范围及坝顶现状,本次除险加固采用拆除沉降段坝体,重新填筑的方案,拆除深度2 m。先填筑坝段的横向坝坡,土料不宜陡于1∶3,故本次沿坝轴线方向开挖边坡为1∶3,垂直坝轴线方向开挖边坡1∶0.5,开挖底宽2 m。回填土料渗透系数小于1×10-4cm/s,土方回填压实度大于0.96；恢复坝顶20 cm砂砾石垫层,砂砾石垫层指标：①级配连续Cv≥5,且Cc=1～3；②含泥量（粒径小于0.075 mm的颗粒含量）≤10%,③相对密度Dr≥0.75；恢复坝顶沥青混凝土路面。

2.7 规整坝后排水体

规整坝后排水体,排水体采用直径20 mm～80 mm砂砾石填筑,回填顶宽为1.2 m,回填边坡1∶3,砂砾石相对密度≥0.75。

2.8 增设监测设施

增设大坝桩号0+660、1+350 断面坝顶上游测2 根测压管。测压管材料为金属管,由进水管、导管和管口保护设备三部分组成。进水管段必须保证坝体的渗透水能顺利进入测压管内,并能反映出进水管所在位置的渗透水位。进水管由进水钢管、焊置钢筋、缠绕铁丝、外包无纺布。进水钢管设计成φ50 花管,长度在设计最高浸润线以上0.5 m至最低浸润线以下1.0 m之间,进水孔孔径10 mm,间距50 mm,呈梅花形布置,进水钢管下部留出0.5 m沉淀管,沉淀管底部应封闭好；进水钢管外均匀焊置8 根φ8 钢筋；钢筋外缠绕12 号铁丝；铁丝外包5 mm厚无纺布。导管将进水管段引至坝体表面,以便进行测量。导管不透水,内壁光滑,材料为φ50 钢管。管口保护设备应结构简单牢固,由φ60 保护罩和螺栓M-12 组成。

3 结语

千泉湖水库大坝根据现状病害从8 个方面开展了加固设计,以彻底解决坝体安全性方面的威胁。我国病险水库分布范围广,病害种类多,影响范围亦有差别。因此,除险加固工程为了能做到经济合理,技术可行,需从以下几个方面入手：

（1）因地制宜,结合水库原有设计功能开展除险加固方案设计,以恢复和加强其原有效益为核心。

（2）结合工程运行特点和坝址处地形地质条件进行加固,满足其安全运行要求。

（3）完善监测管理设施,提高水库的运行管理水平和效率。