黃羊泉水庫(kù)工程除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)

郭法強(qiáng) 田 原

（新疆宏昌水利規(guī)劃設(shè)計(jì)公司，烏魯木齊 830000）

黃羊泉水庫(kù)是一座引白楊河水注入式多年調(diào)節(jié)水庫(kù)，其位于新疆準(zhǔn)噶爾盆地西側(cè)邊緣，為西準(zhǔn)噶爾褶皺帶扎依爾山麓南部山前地帶。場(chǎng)區(qū)屬低山丘陵地貌形態(tài)，總體呈西北高東南低之地勢(shì)。水庫(kù)設(shè)計(jì)庫(kù)容5800萬(wàn)m3，設(shè)計(jì)最高水位346.0m，工程設(shè)計(jì)等別為三等中型工程，主要建筑物為三級(jí)建筑物，次要建筑物級(jí)別四級(jí)。

水庫(kù)由攔河壩、安全放水涵洞、輸水涵洞、壩后消力池、壩后引水渠、沉砂池、泵站等部分組成。壩體分為主壩段、1＃副壩段、2＃副壩段及南岸的護(hù)岸段。主壩與副壩共長(zhǎng)1215m，護(hù)岸長(zhǎng)350m。

主壩段總長(zhǎng)691.394m，樁號(hào)為0＋025～0＋716.394m，壩型為粘土心墻砂殼壩，壩頂高程均為350.00m，壩頂寬為6.0m，壩體上、下游壩坡分別為1∶2.5和1∶2.0，最大壩高27.0m。粘土防滲心墻設(shè)于壩體中部，頂部高程347.00m，頂寬4.0m，兩側(cè)邊坡為1∶0.178，心墻底部穿過(guò)中等透水層以下3～5m左右，底部嵌入清除風(fēng)化層后的基巖中的齒槽部分為倒梯形，底寬3.0m，邊坡為1∶0.36。心墻與砂殼之間上、下游均設(shè)1.5m厚的反濾層。

安全放水涵洞位于壩體中部，為鋼筋混凝土壩下埋管，軸線位于大壩樁號(hào)0＋615處，與壩軸線呈90°交角，由進(jìn)水口、洞身、閘門井三部分組成。涵洞進(jìn)口高程330.00m，最大泄水流量15m3／s。輸水涵洞緊靠安全放水涵洞，洞身系鋼筋混凝土門洞形斷面，斷面尺寸為1.2m×1.2m，全長(zhǎng)94m，縱坡為0.005。進(jìn)口高程 330.00m，最大輸水流量1.4m3／s。壩后安全引水渠接涵洞放水管出口，最大過(guò)流量為15m3／s。

1 大壩存在的主要問(wèn)題

（1）大壩作為擋水建筑物，上游壩殼碾壓不密實(shí)，壩頂高程起伏較大，且曾多次出現(xiàn)滑坡現(xiàn)象，威脅壩體安全運(yùn)行。

（2）心墻填筑土料為中壓縮性粘土，強(qiáng)度較低且局部填壓不密實(shí)。雖然室內(nèi)試驗(yàn)成果中滲透系數(shù)滿足了設(shè)計(jì)要求，但在野外觀察發(fā)現(xiàn)部分鉆孔基巖壓水試驗(yàn)，探坑坑底有返水現(xiàn)象，說(shuō)明心墻填筑局部質(zhì)量不好，碾壓不實(shí)。

（3）通過(guò)地質(zhì)勘探，發(fā)現(xiàn)在壩體在樁號(hào)0＋380處，馬道水下可見部分有塌板現(xiàn)象，下落深度10～20cm，現(xiàn)已做保護(hù)措施進(jìn)行處理。342.2m馬道本身于0＋480～0＋520和0＋290～0＋320有大范圍的不均勻沉降現(xiàn)象，同時(shí)產(chǎn)生馬道與下游混凝土護(hù)板2～3cm縱向拉裂縫。壩后坡于0＋500～0＋550近壩頂部分出現(xiàn)大范圍不均勻沉降現(xiàn)象。以上現(xiàn)象說(shuō)明局部壩殼料填筑不均勻，碾壓不實(shí)。

（4）副壩基及主副壩銜接部位 （0＋700～0＋900）為剝蝕洼地，原地面高程345～350m與壩頂高程近一致，主副壩接頭部位，地形高差12m；北副壩基主要巖性為砂巖、泥巖及砂質(zhì)泥巖與泥質(zhì)砂巖組成；大壩清基深度0～1m，壩基防滲體設(shè)計(jì)開挖深度3～6m，防滲體座在基巖透水率q為12～100Lu的中等透水層上 （本次勘探鉆孔透水率偏低），造成北副壩基和壩肩繞滲；樁號(hào)0＋700～0＋850后經(jīng)帷幕灌漿處理后仍有繞滲現(xiàn)象。這說(shuō)明壩基及壩肩處理尚未徹底，壩基及壩肩仍存在壩基滲漏及繞壩滲流等問(wèn)題。根據(jù)野外觀察，發(fā)現(xiàn)部分鉆孔基巖壓水試驗(yàn)，探坑坑底有返水現(xiàn)象。

（5）針對(duì)壩殼料≤5mm含量偏高，含泥量偏高砂礫料含鹽量偏高以及壩體砂殼料部分地段碾壓不密實(shí)，造成壩面結(jié)構(gòu)沉陷斷裂等現(xiàn)象，建議在下階段進(jìn)行詳細(xì)勘察、論證，準(zhǔn)確確定處理范圍及深度，確保壩殼穩(wěn)定及水庫(kù)安全。

（6）壩坡上游混凝土板防浪護(hù)坡厚度不夠，曾于1995年被大風(fēng)掀起，極不安全。建議在下階段重新核算其厚度，并采取一定措施進(jìn)行處理，以達(dá)到水庫(kù)安全運(yùn)行，確保工程結(jié)構(gòu)合理穩(wěn)定的。

（7）水庫(kù)缺乏完善的大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，使水庫(kù)的運(yùn)行、安全和管理帶有很大的未知性、盲目性。

2 壩體除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)

壩體加固是針對(duì)壩體存在的問(wèn)題，在原水庫(kù)壩體基礎(chǔ)上進(jìn)行。本次加固主要針對(duì)壩體、壩基防滲；繞壩滲漏；壩體防浪護(hù)坡維修；庫(kù)岸防護(hù)；增設(shè)觀測(cè)設(shè)施等多方面進(jìn)行，以達(dá)到水庫(kù)能夠正常、安全運(yùn)行。

2.1 壩體防滲設(shè)計(jì)

防滲處理范圍：壩0＋035～壩0＋940m段。0＋035～0＋879.18壩體采用塑性混凝土防滲墻防滲；0＋879.18～0＋940壩體采用C15混凝土截滲墻防滲。

主壩壩基 （0＋100～0＋700）上覆0.5～1.0m砂卵礫石層 （Q4），壩基主要巖性為砂巖、泥巖互層和厚層泥巖組成，強(qiáng)－弱風(fēng)化層厚度3～5m，大壩清基深度0.5～2m，壩體均坐落在風(fēng)化的砂巖、泥巖上，基本滿足承載力的要求。大壩防滲體基礎(chǔ)開挖深度一般4～5m，基礎(chǔ)開挖較深。本次勘探孔（ZK1、ZK2、ZK3）截水墻以下巖體透水率q在0～0.783Lu之間，屬微透水層。

北副壩基及主副壩銜接部位 （0＋700～0＋900）為剝蝕洼地，原地面高程345～350m與壩頂高程近一致，主副壩接頭部位，地形高差12m；北副壩基主要巖性為砂巖、泥巖及砂質(zhì)泥巖與泥質(zhì)砂巖組成；大壩清基深度0～1m，壩基防滲體設(shè)計(jì)開挖深度3～6m，防滲體座在基巖透水率q為12～100Lu的中等透水層上，造成北副壩基和壩肩繞滲；樁號(hào)0＋700～0＋850后經(jīng)帷幕灌漿處理。基于上述原因，副壩壩基滲漏及繞壩滲漏問(wèn)題已處理，可不考慮防滲。

壩基垂直防滲：塑性混凝土防滲墻設(shè)置在壩頂軸線處，混凝土防滲墻頂高程為350.0m，墻底截至相對(duì)不透水層即原心墻截水槽以下1.0m，墻體最大深度為29.577m，墻厚為0.4m。防滲墻采用塑性混凝土防滲墻，要求28天抗壓強(qiáng)度為2MPa?？?jié)B標(biāo)號(hào)為W6，彈性模量E應(yīng)控制在350～450MPa。設(shè)計(jì)防滲面積為18738m2。混凝土截滲墻墻體最大深度為5.0m，墻厚為1.0m，混凝土強(qiáng)度采用C15。

2.2 壩體防浪護(hù)坡

水庫(kù)上游壩面混凝土護(hù)坡多處發(fā)生明顯的沉陷、拉裂、折斷等變形現(xiàn)象，蓄水位以上出現(xiàn)長(zhǎng)150m左右的縱向裂縫，縫寬達(dá)2cm；馬道高程以下在風(fēng)浪的沖蝕作用下，局部被掏成空洞；閘井與護(hù)坡間明顯沉陷；1995年混凝土護(hù)坡大面積的被大風(fēng)掀起折斷，混凝土板下的反濾料及墊層料被掏空；水庫(kù)蓄水后，隨著水位的抬高，壩坡滲漏加劇。

根據(jù)本工程的當(dāng)?shù)夭牧?、風(fēng)向和護(hù)坡的實(shí)際破壞情況，壩體上游護(hù)坡重新設(shè)計(jì)，初步選用格賓護(hù)坡型式。

（1）護(hù)坡型式。上游護(hù)坡：采用格賓護(hù)坡。在壩前高程342.00m處設(shè)平臺(tái)，其寬3.0m，平臺(tái)上下坡度均為1∶2.5。格賓護(hù)坡厚度為400mm，下設(shè)無(wú)紡布反濾層。護(hù)坡采用1.0m寬、3.0m長(zhǎng)、0.4m厚的格賓網(wǎng)墊，固腳采用1.0m 寬、3.0m長(zhǎng)、1.0m厚的格賓網(wǎng)箱。

（2）材料的要求。格賓網(wǎng)采用PVC鍍鋅鋼絲，由機(jī)器編織成的雙絞六角形鋼絲網(wǎng)。工藝是先熱鍍鋅包塑后編織，采用型號(hào)為L(zhǎng)W100×130（±5mm），網(wǎng)目為100mm×130mm （±5mm），網(wǎng)身絲徑為Φ3.8mm，邊絲徑為Φ4.5mm，網(wǎng)孔極限偏差為±5%。

1）網(wǎng)格的強(qiáng)度。格賓網(wǎng)材采用低碳鋼絲材料，表面涂塑。規(guī)格如下：絲徑 Φ2.7mm／Φ3.5mm／Φ2.2mm （國(guó)標(biāo) Q／320281HA J01－2000），包塑后 Φ3.8mm／Φ4.5mm／Φ3.2mm （±0.2mm）；抗拉強(qiáng)度 ＞420MPa（國(guó)標(biāo) Q／320281HA J01－2000）；伸長(zhǎng)率：不小于12%；比重＞1.32（AST－MD412719）；硬度＞50；斜邊差＜12mm；網(wǎng)片長(zhǎng)寬允差±35mm；鍍鋅量不小于250g／m2（國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB／T1839－93）。格賓線材必須為蜂巢形，高抗拉強(qiáng)度，具有耐腐蝕、抗腐化、抗老化、抗紫外線、抗沖刷的特性，網(wǎng)目必須均勻，不得變形扭曲，偏差不得大于設(shè)計(jì)要求的5%；格賓網(wǎng)必須符合設(shè)計(jì)要求的抗拉強(qiáng)度，抗剪強(qiáng)度。

2）格賓填充料。格賓填充料選用強(qiáng)度高的小塊石（規(guī)格為10cm～35cm）為主，鋪助填塞堅(jiān)實(shí)的狗頭石、碎石（或小石），其規(guī)格在10～20cm?？梢暚F(xiàn)場(chǎng)石材選定。填充料須密致堅(jiān)實(shí)，抗風(fēng)化耐久性良好的石材；選用石料填充時(shí)，80%以上石料粒徑不得小于網(wǎng)目大小：填充石料如有空隙，以小碎石填塞。應(yīng)選擇抗風(fēng)化性、強(qiáng)度高的石材。

2.3 南岸護(hù)坡設(shè)計(jì)

南岸護(hù)坡的目的是使水庫(kù)南岸山梁不受水庫(kù)風(fēng)浪沖蝕，防止庫(kù)岸坡塌滑，作好庫(kù)岸防護(hù)。該山梁為一單薄的泥巖、砂巖互層體，泥巖砂巖成巖作用差，微膠結(jié)，遇水軟化，屬軟弱巖石，山梁被流水沖刷形成大小不等的沖溝，溝梁相間。

南岸原護(hù)坡至樁號(hào)護(hù)坡0＋304，且有多處破壞，現(xiàn)在維修并延伸至樁號(hào)護(hù)坡0＋350。其坡度為1∶3.0。原山體清坡后，回填至1∶3.0的坡度，壩頂寬6.0m，壩頂高程350.00m，設(shè)防浪墻，墻頂高程351.20m。防浪墻的做法與主壩相同。在0＋304處設(shè)裹頭嵌入岸坡防護(hù)。

原混凝土護(hù)坡上需要設(shè)置排水孔，即在高程330.00m～346.00m之間設(shè)排水孔，排水孔直徑為100mm、間距3.0m，孔內(nèi)設(shè)PVC排水管。

南岸護(hù)坡與主壩相同：均采用格賓護(hù)坡。在壩前高程342.00m處設(shè)平臺(tái)，其寬3.0m，平臺(tái)上下坡度均為1∶3.0。格賓護(hù)坡厚度為400mm，下設(shè)無(wú)紡布反濾層。護(hù)坡采用1.0m寬、3.0m長(zhǎng)、0.4m厚的格賓網(wǎng)墊，固腳采用1.0m 寬、3.0m 長(zhǎng)、1.0m 厚的格賓網(wǎng)箱。

2.4 壩頂照明

在壩頂設(shè)置照明路燈，路燈高3.5m，每隔15m設(shè)一根，共70盞。

2.5 壩體觀測(cè)設(shè)計(jì)

根據(jù)需要黃羊泉水庫(kù)設(shè)置的觀測(cè)項(xiàng)目有：庫(kù)水位觀測(cè)、浸潤(rùn)線觀測(cè)。

庫(kù)水位觀測(cè)在水庫(kù)安全放水閘上設(shè)置標(biāo)尺即可。

在壩體樁號(hào)0＋300、0＋500、0＋700各設(shè)一個(gè)浸潤(rùn)線觀測(cè)斷面，0＋300、0＋500、0＋700處每個(gè)斷面內(nèi)的測(cè)壓管為3根，壩頂下游側(cè)、下游壩腳及前兩者之間各布設(shè)1根測(cè)壓管。

測(cè)壓管底高程根據(jù)防滲深度確定，管底高程比壩基防滲深度低2m。測(cè)壓管材料全部采用2.0英寸鍍鋅鋼管，測(cè)管部位的花管段開孔直徑為φ5mm，開孔率按15%控制，內(nèi)壁無(wú)毛刺，外部用一層無(wú)紡布纏緊后用細(xì)鉛絲捆扎，管底部預(yù)留1.0m沉淀管無(wú)需鉆孔，管底部封堵，整個(gè)測(cè)管部位的長(zhǎng)度為4m，花管段長(zhǎng)2m，管接頭采用外箍接頭，管口高于地面0.3m、并加蓋保護(hù)。

3 結(jié) 語(yǔ)

黃羊泉水庫(kù)建于20世紀(jì)90年代初，工程至今已運(yùn)行近20年，對(duì)大壩實(shí)行定期檢查、定期安全鑒定制度是必要的。通過(guò)對(duì)水庫(kù)大壩除險(xiǎn)加固，消除了隱患。除險(xiǎn)加固后，確保了黃羊泉水庫(kù)工程安全運(yùn)行，下游地區(qū)人民生命和財(cái)產(chǎn)安全也得到進(jìn)一步保證。