濰坊市符山水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程施工技術(shù)研究＊

田興強(qiáng),邢國(guó)起

(1.濰坊市符山水庫(kù)管理局,山東 濰坊 261055;2.濰坊學(xué)院,山東 濰坊 261061)

1 工程概況

符山水庫(kù)位于濰坊市區(qū)西15公里的濰城區(qū)樂(lè)埠山生態(tài)區(qū)大成章村南,白浪河支流大圩河上游,是一座以防洪為主,集灌溉、供水、水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合利用的中型水庫(kù),擔(dān)負(fù)下游寒亭區(qū)高里鎮(zhèn)、濰城區(qū)新區(qū)及望留等3個(gè)街辦,30萬(wàn)人12萬(wàn)畝耕地的防汛安全重任,下游重點(diǎn)防汛保護(hù)對(duì)象還有膠濟(jì)鐵路、濟(jì)青高速公路、濰昌公路、309國(guó)道和150多家重要廠礦企業(yè)。水庫(kù)始建于1959年冬,樞紐工程由大壩、溢洪道和東西放水洞三部分組成。符山水庫(kù)自建庫(kù)以來(lái)取得了顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益,但同時(shí)也存在多處病險(xiǎn)隱患。大壩高程不能滿(mǎn)足防洪要求,上游干砌石護(hù)坡質(zhì)量差,無(wú)反濾層,壩體和壩基滲漏嚴(yán)重,下游壩腳排水體反濾層不符合要求,大壩加高時(shí)未清除原壩頂碎石路面,不滿(mǎn)足防滲要求;右岸階地有地震液化可能,溢洪道泄槽漿砌石邊墻抗沖能力差,出水渠未襯砌且出流不暢;非常溢洪道無(wú)控制和防沖工程,不具備泄洪條件。東、西放水洞均坐落于土基上,東放水洞啟閉機(jī)房排架已斷裂;西放水洞與壩體間存在泄漏通道,啟閉機(jī)房已倒塌;放水洞及啟閉設(shè)備陳舊,已無(wú)法運(yùn)行。工程監(jiān)測(cè)與管理設(shè)施不完善。2006年3月組織大壩安全鑒定,2008年1月3日經(jīng)水利部大壩安全管理中心認(rèn)定,符山水庫(kù)大壩為三類(lèi)壩,水庫(kù)確定為病險(xiǎn)水庫(kù)。

2 水庫(kù)除險(xiǎn)加固的措施方案

2.1 提高防洪的標(biāo)準(zhǔn)[1]

小型水庫(kù)土石壩防洪標(biāo)準(zhǔn)的提高主要是通過(guò)適當(dāng)?shù)募痈咚畮?kù)的高度、增加蓄洪的能力、增大泄洪的流量等多種方式共同實(shí)現(xiàn)。考慮到現(xiàn)行水庫(kù)的質(zhì)量問(wèn)題,大壩的加高高度不能太高,一般是控制在1米以下,最大高度不能超過(guò)3米。如果考慮到實(shí)際的水文情況,還需要繼續(xù)加高的話,則需要繼續(xù)加寬大壩的寬度,增加土方量,加大泄洪能力,并且可以通過(guò)對(duì)溢洪道的加深或者加寬得到進(jìn)一步的實(shí)現(xiàn)。

2.2 土石壩壩坡加固

對(duì)壩基和水庫(kù)的岸坡上的雜物進(jìn)行清理,對(duì)一些有可能對(duì)水庫(kù)安全造成威脅的樹(shù)根、凹坑、巖石、滑坡體等進(jìn)行相關(guān)的處理;穩(wěn)住滑坡體,在對(duì)水庫(kù)滑坡地方進(jìn)行處理之后,應(yīng)及時(shí)對(duì)滑坡上的裂縫進(jìn)行處理;對(duì)壩坡進(jìn)行全方位的加厚、補(bǔ)土、放緩壩坡的坡度、做好貼坡式反濾層等等。

2.3 壩體和壩基的加固[2-3]

壩體的填筑質(zhì)量在很大程度上影響著土石壩的安全性能,提高壩體和壩基密度是土石壩加固的一個(gè)重要課題。在選擇施工方案之前,一定要先對(duì)壩體和壩基的密度進(jìn)行細(xì)致的研究論證,精心施工,嚴(yán)格把好壩體的填筑質(zhì)量,對(duì)于每一項(xiàng)步驟,比如碾壓的各項(xiàng)參數(shù)試驗(yàn)等都應(yīng)該按照相關(guān)的要求進(jìn)行,確保壩體的質(zhì)量。對(duì)于一些己經(jīng)長(zhǎng)久運(yùn)行的土石壩,在壩體和壩基上都會(huì)有一定的問(wèn)題,此時(shí),最好選用同一種處理方法進(jìn)行處理,在施工中,大部分都是采用振沖法,因?yàn)檫@種方法有著良好的適用性,對(duì)各種材料筑成的壩基都能進(jìn)行處理。

2.4 水平防滲和排水減壓設(shè)施

在做好水平防滲工作之前,必須先查清水庫(kù)所在地的水文地質(zhì)情況,為接下來(lái)的工作奠定基礎(chǔ)。水平防滲處理有著比較多的優(yōu)點(diǎn),可以就地取材,造價(jià)方面也比較低,工程的施工工期比較短,操作簡(jiǎn)單,不需要使用一些特殊的施工設(shè)備和器材。

3 水庫(kù)除險(xiǎn)加固施工技術(shù)

3.1 塊石護(hù)坡工程[4-5]

壩坡整修經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理驗(yàn)收合格后,進(jìn)行砂墊層鋪筑,由人工挑運(yùn)到作業(yè)面,采用人工入倉(cāng)、平倉(cāng)、灑水、夯壓密實(shí)的方法施工。按放出坡面的輪廓線和高程線,測(cè)量出砂墊層回填標(biāo)高,每隔20 m設(shè)一道斷面控制樁,以便于施工中容易控制鋪筑厚度。砂墊層的鋪筑應(yīng)結(jié)合干砌石護(hù)坡同時(shí)上升,約高于干砌石2 m左右。干砌石的施工按照“墊層平整→試放→安砌→調(diào)整→塞縫”施工順序進(jìn)行。塊石運(yùn)往施工現(xiàn)場(chǎng),分別進(jìn)行堆放。砌筑采用立砌法,不疊砌和浮塞。砌筑表面應(yīng)與樣線齊平,保持坡面平整,不能有高低不平的現(xiàn)象。砌體縫口應(yīng)砌緊,底部墊穩(wěn)墊實(shí),施工中不得出現(xiàn)通縫、疊縫,嚴(yán)禁架空。上下、左右砌縫應(yīng)錯(cuò)開(kāi),使砌體咬緊牢固,連面一體,做到底實(shí)上緊。砌石石料質(zhì)地堅(jiān)硬,無(wú)風(fēng)化剝落和裂紋,不允許使用薄片狀石料。石料濕抗壓強(qiáng)度大于60 M Pa,軟化系數(shù)不小于0.75,容重不小于25 kN/m3。應(yīng)盡量選用較大的塊石料,塊石大致方正,厚度不小于25 cm。用于砌體表面的石料必須有一個(gè)用作表面的平整面,尺寸較大時(shí),應(yīng)稍作修整。

3.2 大壩內(nèi)坡拋石固腳工程

3.2.1 測(cè)量放線

在枯水期將拋石區(qū)域的地形測(cè)量準(zhǔn)確,根據(jù)施工圖紙的尺寸要求和拋石之前測(cè)量的地形圖測(cè)量放線,確定拋石區(qū)域控制線、拋石區(qū)域的水深及水流流速等要素。用測(cè)量?jī)x器將拋石區(qū)域劃分成10m×20m的方格,并打上方格邊線控制樁和高程控制點(diǎn),每隔20m設(shè)立一根高程控制標(biāo)桿,以便拋石的時(shí)候控制高程。

3.2.2 石料的采購(gòu)及運(yùn)輸

將塊石堆至各施工段壩頂,在拋石施工中,用2臺(tái)2m3裝載機(jī)裝塊石,20輛自卸汽車(chē)運(yùn)塊石到各個(gè)拋石護(hù)腳施工現(xiàn)場(chǎng)。

3.2.3 拋石

拋石護(hù)腳施工選擇在枯水期進(jìn)行,利用2艘100t駁船運(yùn)塊石到各個(gè)拋石施工現(xiàn)場(chǎng),將駁船開(kāi)到拋石指定區(qū)域,并把駁船固定好。然后人工向水中拋石,拋石應(yīng)遵循先深水區(qū)后淺水區(qū)的原則,逐一分層拋石。在淺水區(qū),可用標(biāo)桿控制拋石高程,在深水區(qū),在高程控制點(diǎn)處設(shè)置定位船,在定位船上測(cè)量拋石高程,拋石護(hù)腳直到設(shè)計(jì)高程為止。在拋石橫斷面上,應(yīng)遵循由遠(yuǎn)而近的原則,嚴(yán)禁在拋石范圍內(nèi)出現(xiàn)空白地段,拋石要盡量密實(shí)。

3.3 混凝土澆筑工程

混凝土澆筑工序如圖1所示。水泥采用強(qiáng)度等級(jí)為32.5M Pa的普通硅酸鹽水泥。混凝土所使用的骨料從附近石料場(chǎng)獲得。對(duì)于不同粒徑的骨料應(yīng)分別堆存,嚴(yán)禁相互混雜和混入泥土;骨料的級(jí)配、含泥量、強(qiáng)度和黃銹的含量等應(yīng)滿(mǎn)足相關(guān)規(guī)范要求。模板和支架材料以木模為主,局部用部分鋼模。木材的質(zhì)量應(yīng)達(dá)到三等以上的材質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

圖1 混凝土澆筑工序

在澆筑混凝土之前,須對(duì)建基面進(jìn)行驗(yàn)收,驗(yàn)收合格后,方可進(jìn)行混凝土澆筑。混凝土在澆筑時(shí)從壩頂中間開(kāi)始,每50m為一段,向兩端分段進(jìn)行。不合格的混凝土嚴(yán)禁入倉(cāng),己入倉(cāng)的不合格的混凝土必須予以清除。澆筑時(shí),嚴(yán)禁在倉(cāng)內(nèi)加水。如發(fā)現(xiàn)混凝土和易性差,應(yīng)采取加強(qiáng)振搗等措施,以保證質(zhì)量。澆筑混凝土使用的振搗器將混凝土振搗至可能最大的密實(shí)度,每一位置的振搗時(shí)間以混凝土不再顯著下降,不出現(xiàn)氣泡并開(kāi)始泛漿為準(zhǔn)。護(hù)坡混凝土澆筑采用平板振搗器振搗,直到滿(mǎn)足要求。混凝土養(yǎng)護(hù)采取灑水養(yǎng)護(hù),保持混凝土面濕潤(rùn),在混凝土澆筑完畢后12—18h內(nèi)開(kāi)始進(jìn)行。在干燥、炎熱氣候條件下,應(yīng)延長(zhǎng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間至少28d以上。

3.4 土方開(kāi)挖與回填[6]

3.4.1 土方開(kāi)挖及壩坡清基

首先根據(jù)設(shè)計(jì)單位提供的測(cè)量控制系統(tǒng),建立本工程的平面、高程控制網(wǎng),進(jìn)行工程實(shí)施范圍內(nèi)的地形測(cè)量,按設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行開(kāi)日線、底邊線等平面、高程施工放樣,并按設(shè)計(jì)圖要求建立控制樁。

3.4.2 土方回填

用于填筑的土料每次開(kāi)采前都要測(cè)定含水量,超過(guò)施工控制含水量的土料不得開(kāi)采和使用,不得含有雜草、樹(shù)根等有機(jī)物及塊石,不得含有腐殖土,控制其含水量接近最優(yōu)含水量。含水量允許偏差為士2%,滲透系數(shù)應(yīng)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

回填土料壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)通過(guò)擊實(shí)試驗(yàn)求取最大干密度和最優(yōu)含水量,一般要求壩體心墻壓實(shí)干容重1. 6 g/cm3,施工控制含水量20%-22%,壓實(shí)度98%。墊層料和過(guò)渡料為篩分料摻和料,填筑標(biāo)準(zhǔn)為相對(duì)密度不低于0.75,級(jí)配要求通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。壩體填筑應(yīng)滿(mǎn)足以下要求:①填筑體與岸坡和原壩體接觸部位,應(yīng)先清除岸坡和壩體接觸面的基層土、樹(shù)根、雜物等,清除腐質(zhì)土,封堵洞穴。回填時(shí)在接觸面上灑水濕潤(rùn),以利結(jié)合。②施工時(shí)可以分段鋪土碾壓,相鄰兩段交接帶碾跡應(yīng)重疊,與碾壓方向平行的交界帶,碾跡重疊寬度應(yīng)不小于0.3-0.5 m,上層、下層的分段和碾跡位置應(yīng)錯(cuò)開(kāi)。應(yīng)控制好結(jié)合面上土料的含水量,邊刨毛,邊壓實(shí)。③主壩黏土層與過(guò)渡料應(yīng)平起填筑,心墻略高于兩側(cè),黏土心墻邊線符合設(shè)計(jì)斷面。④凡發(fā)現(xiàn)水平層脫開(kāi)、垂直裂縫、龜裂、“彈簧土”、松土層或剪切破壞等現(xiàn)象,均應(yīng)予以挖除重新填土壓實(shí)。過(guò)渡料分段碾壓時(shí),相鄰兩段交接帶碾跡重疊要求與黏土相同,同時(shí)在上游、下游壩護(hù)坡前,按設(shè)計(jì)斷面削坡,削坡后壩體水平寬度在30cm范圍內(nèi),壓實(shí)干容量不得低于設(shè)計(jì)干容量的98%。

4 工程初期運(yùn)行情況

各分部工程通過(guò)驗(yàn)收后即投入了運(yùn)行。工程在初期運(yùn)行過(guò)程中未出現(xiàn)異常情況,溢洪道出水渠邊坡穩(wěn)定;溢洪閘及放水洞砼閘體平整、穩(wěn)固;閘門(mén)啟閉正常,無(wú)漏水現(xiàn)象;上游壩前護(hù)坡穩(wěn)定、牢固;大壩壓重及補(bǔ)坡無(wú)滑坡、沉陷現(xiàn)象發(fā)生;大壩砼防滲墻效果明顯,壩后明流消失;壩頂瀝青路面無(wú)沉陷等現(xiàn)象發(fā)生,壩頂照明及大壩觀測(cè)設(shè)施安裝后運(yùn)行正常;水文觀測(cè)工程運(yùn)行正常。工程初期運(yùn)行狀態(tài)良好,能夠按照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行并在防洪、供水、養(yǎng)殖等方面發(fā)揮著巨大的效益。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文從塊石護(hù)坡工程、大壩內(nèi)坡拋石固腳工程、混凝土澆筑工程以及土方開(kāi)挖與回填工程四個(gè)方面對(duì)除險(xiǎn)加固技術(shù)進(jìn)行了分析和研究,為除險(xiǎn)加固工程的順利實(shí)施奠定了基礎(chǔ),并在工程實(shí)施中收到了很好的效果。

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