寧夏海原縣石峽口水庫除險加固技術(shù)探討

夏繼龍，潘春玲，李世虎

（寧夏回族自治區(qū)固原市水利勘測設(shè)計院，756000，固原）

寧夏回族自治區(qū)石峽口水庫除險加固工程于2009年動工，2010年6月竣工，并通過了自治區(qū)水利廳、發(fā)改委組織的竣工驗收。

一、工程概況

石峽口水庫是寧夏回族自治區(qū)壩體最高、庫容最大的水庫，地處清水河一級支流——西河流域出口處，距中衛(wèi)市海原縣城約40 km，流域面積為1910 km2。水庫于1958年動工興建，1959年建成運行，分別于1965年、1973年、1976年和 1992年進行加固改造。壩頂高程為1458.50 m，總庫容為16679萬m3，現(xiàn)狀淤泥面高程為1452.50 m，淤積庫容11430萬m3，為中型水庫。水庫由土壩、泄洪建筑物和取水建筑物三部分組成。土壩為均質(zhì)土壩，最大壩高69.9 m，壩頂寬6 m，長 286 m，壩前坡比 1∶3.0，后坡比1∶2.5。泄洪建筑物布設(shè)于壩體右岸，由泄洪水塔及泄洪隧洞組成。水塔高16.47 m，塔身為鋼筋混凝土箱形框架結(jié)構(gòu)，外圍尺寸寬×高為9.6 m×5.5 m，水塔底板高程為1442.83 m，泄洪隧洞為城門洞形，寬約5.2m，高約6.57m，長218m。取水建筑物布設(shè)于壩體右岸，由臥管和隧洞組成，臥管坡比1∶2.0，設(shè)計流量 1.0 m3/s，輸水隧洞為圓形，直徑1.0 m，長10 m，出口接泄洪隧洞。水庫主要以防洪和攔截泥沙為主，水庫防洪標準不足1000年一遇。

二、工程設(shè)計

1.土壩加高培厚

土壩加高6 m，加壩后壩頂寬10 m，頂長313 m。加壩采用壩前加高，壩后培厚蓋重及壓腳的方式。新加壩體前壩坡坡比與現(xiàn)狀相同，為1∶3.0；從現(xiàn)狀淤泥面高程1452.50 m至設(shè)計壩頂高程1464.50m，高為12m。

后壩坡從現(xiàn)壩頂高程1458.50 m至1432.00 m，高為 26.5 m，維持原壩坡 比不變，為 1∶2.5。 在 1432.00～1409.00 m高程處設(shè)置頂寬20m、坡比為 1∶2.75 的蓋重體，在1409.00～1399.00 m高程處設(shè)置頂寬34.25 m的壓腳。

2.泄洪建筑物改造

（1）水塔加高

泄洪水塔布設(shè)在壩右岸山腳處，此次除險加固工程設(shè)計在原塔頂加高5.2 m，加高部分斷面與原塔體相同。水塔進口底板高程1442.83 m，設(shè)計塔頂高程1462.80m，總塔高21.67m。水塔基礎(chǔ)坐落在礫巖上，塔身為鋼筋混凝土箱形框架結(jié)構(gòu)，外圍尺寸寬×高為9.6 m×5.5 m。塔頂設(shè)有操作室，面積52.8 m2。水塔和路面間設(shè)有長16 m、寬2 m的工作橋，工作橋兩側(cè)設(shè)有鋼管護欄，護欄高1.2 m。

（2）泄洪隧洞改造

隧洞縮短為214 m，隧洞斷面為城門洞形，斷面尺寸基本維持原斷面，對不規(guī)則的洞段進行修整。修整后的隧洞斷面尺寸：底寬5.2 m，直段高4 m，圓拱半徑2.6 m。隧洞用C25鋼筋混凝土襯砌，襯砌厚0.5 m，底板和直墻連接處設(shè)0.5 m×0.5 m的抹角。

（3）新建泄洪陡坡

泄洪陡坡與泄洪隧洞之間用圓弧段連接，圓弧半徑13 m，圓心角34°，圓弧段長 7.7 m。 陡坡坡降 1∶1.5，水平長24.7 m，斜長 29.7 m，矩形斷面，底寬5.2 m，邊墻及地板均用C20鋼筋混凝土砌護，砌護厚為55 cm。陡坡出口采用挑流消能方式，出口挑射角30°，反弧半徑10 m，挑坎高為1.5 m。

三、除險加固技術(shù)探討

1.土壩加高

土壩加高是在現(xiàn)狀淤泥面上進行的，石峽口水庫淤泥面高已達63.9 m,考慮庫區(qū)淤積物含水量大，為防止加壩過程產(chǎn)生滑坡現(xiàn)象，必須采取措施進行處理。

根據(jù)近年寧南山區(qū)中小型水庫壩前加壩的方式，其主要措施是控制加壩速率，延長施工期，即在淤泥面上土壩加高2～3 m后，暫停施工約1個月，同時監(jiān)測加壩壩體的沉降量，待其趨于穩(wěn)定時再在其上繼續(xù)加高，如此往復(fù)。由于該壩從現(xiàn)泥面至設(shè)計壩頂高達12 m，造成施工期太長，影響水庫安全度汛。鑒于此，在此次水庫除險加固中，首次采用在加壩部位淤泥面上打砂井的技術(shù)進行抗滑處理。一是可以提高現(xiàn)狀淤泥面的承載能力，二是加速淤泥固結(jié)排水。

具體技術(shù)措施：在加壩部位淤泥面上打呈梅花狀布設(shè)的孔徑為0.3 m、孔距為5.0 m的砂井，內(nèi)填粒徑為3～5 cm的碎石。孔底距離原壩坡0.5 m為準，不能穿透原壩坡，孔深布置在2～12 m之間。在砂井頂部鋪筑0.5 m厚碎石墊層，使砂井與碎石墊層連通，然后在碎石墊層上進行加壩。當加壩覆重后，砂井可起到加速淤泥固結(jié)排水的作用，淤泥內(nèi)的水通過砂井及砂井頂部的碎石墊層排向庫內(nèi)。土壩加高完成后，經(jīng)過半年多的運行，壩體沒有出現(xiàn)裂縫和滑坡跡象。

壩體設(shè)計控制指標：由于加壩后土壩為高壩，壓實度要控制在98%以上，土壤含水率控制在最優(yōu)含水率13.8%的-2%～+3%之間。

2.土壩培厚

后壩坡根據(jù)穩(wěn)定計算結(jié)果，從現(xiàn)壩頂高程 1458.50～1432.00 m高為26.5 m，維持原壩坡比1∶2.5不變。在1432.00～1409.00 m高程處設(shè)置頂寬20 m、坡比為 1∶2.75的蓋重體，在高程1409.00～1399.00 m處設(shè)置頂寬34.25m的壓腳，以增加后壩坡穩(wěn)定性。

壩體設(shè)計控制指標：采用兩岸礫巖作為土壩培后砂殼料，用孔隙率作為設(shè)計控制標準，孔隙率控制在28%左右。

3.泄洪隧洞襯砌

（1）工程地質(zhì)

石峽口泄洪隧洞位于右壩肩。原隧洞斷面為蛋形，寬約5.2 m，高約6.57 m，長218 m，隧洞處于礫巖中。礫巖：土紅色，厚層狀，粒徑 1～10 cm，大者30 cm，呈亞圓形、亞棱角形，成分為灰?guī)r、砂巖，約占70%，泥質(zhì)膠結(jié)，為接角式膠結(jié)，局部夾泥質(zhì)砂巖薄層。強風(fēng)化層厚3.0 m，中等風(fēng)化層厚4.0 m。其物理力學(xué)指標 （類比）：密度 2.4 g/cm3，內(nèi)摩擦角 45°，濕抗壓 2.0 MPa，軟化系數(shù) 0.4，變形模量 2×103MPa，泊桑比 0.35，與水塔塔基摩擦系數(shù)為0.35。單位彈性抗力系數(shù) 25 kg/cm3，堅固系數(shù) 2.0，微風(fēng)化或新鮮（R）為 1000 kPa，邊坡比1∶0.75；中等風(fēng)化（R）為 400 kPa，邊坡比 1∶1；強風(fēng)化（R）為 300 kPa，邊坡比1∶1.25。

隧洞走向約40°，基本與礫巖走向正交，這對成洞較為有利。礫巖呈厚層狀，屬于軟巖類。巖體結(jié)構(gòu)面較發(fā)育，裂隙2～3條/m，延伸長度2～5 m，張開約 3～10 mm，多數(shù)無充填，巖體完整性差。地下水水位在洞室以下，巖體遇水軟化，巖體為次塊狀結(jié)構(gòu)。根據(jù)以上特征，隧洞圍巖類型為Ⅳ類 （不穩(wěn)定）。毛洞圍巖自穩(wěn)能力差，自穩(wěn)時間短，頂拱常有坍落，邊墻也有失穩(wěn)現(xiàn)象，可能產(chǎn)生較大規(guī)模變形破壞，應(yīng)及時噴錨加固，進行全部襯砌。

（2）襯砌方案

寧夏首次引進四川廣漢金達隧道機械有限公司生產(chǎn)的一次性成型隧洞混凝土襯砌牽引式臺車，在海原縣石峽口水庫除險加固工程隧洞混凝土襯砌中運用并獲得成功，填補了寧夏在隧洞混凝土襯砌方面的空白。

①主要技術(shù)參數(shù)

臺車類型：液壓外力牽引式

最大外形尺寸：

11148 mm×5240 mm×6620 mm

門架凈空尺寸：2600 mm×3520mm

臺車運行速度：300 mm/min

液壓電機功率：7.5 kW

臺車襯砌長度：9000 mm

②主要技術(shù)要求

a.全部模板總裝完成后,應(yīng)對齊調(diào)平，接縫間隙不大于2 mm,不得有錯位現(xiàn)象，全部螺栓不得松動。

b.工作窗開啟靈活，四周間隙不大于2 mm,不得與模板錯位。

c.整機裝配完畢后，應(yīng)在現(xiàn)場組裝試運行，各行走支撐運行平穩(wěn)。

d.注漿裝置應(yīng)移動靈活，不得有漏漿現(xiàn)象，各鉸接應(yīng)轉(zhuǎn)動靈活，拆卸自如。

e.液壓系統(tǒng)各管路接頭不得有滲漏現(xiàn)象，調(diào)試壓力按液壓系統(tǒng)要求進行。

f.臺車襯砌工作時，軌道必須固定，且軌道中心線與隧洞中心線偏差不大于20 mm。

③效能與質(zhì)量分析

工作效能大幅度提高。同樣規(guī)模的隧洞襯砌，每節(jié)長度為10 m，采用常規(guī)方法施工，從綁扎鋼筋、支模、混凝土澆筑、脫模等工序，一般需要15天左右；而采用一次性成型隧洞混凝土襯砌牽引式臺車施工，3～4天即可完成2節(jié)20 m長的隧洞襯砌施工。

工程質(zhì)量不斷提升。采用新技術(shù)進行隧洞混凝土襯砌施工，與之配套的機械是混凝土壓力輸送泵，減少了隧洞混凝土澆筑過程的中間環(huán)節(jié)，提高了工程質(zhì)量。

[1]白永年，吳士寧，王洪恩.土石壩加固[M].北京：水利電力出版社，1992.

[2]張啟岳.土石壩加固技術(shù) [M].北京：中國水利水電出版社，1999.