梅山水庫除險加固工程設計

朱彤

（安徽省水利水電勘測設計院 安徽合肥 230088）

梅山水庫除險加固工程設計

朱彤

（安徽省水利水電勘測設計院 安徽合肥 230088）

梅山水庫是一座以防洪、灌溉為主，結(jié)合發(fā)電、航運及水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合利用的大（1）型水利樞紐工程。本文介紹了2008～2010年實施的梅山水庫除險加固工程設計。

梅山水庫；除險加固；大壩；泄洪洞；溢洪道；發(fā)電引水鋼管

1 基本情況

梅山水庫位于淮河支流史河上游的安徽省六安市金寨縣境內(nèi)，是20世紀50年代興建的一座以防洪、灌溉為主，結(jié)合發(fā)電、航運及水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合利用的大（1）型水利樞紐。大壩壩址在金寨縣梅山鎮(zhèn)上游約1km處。水庫總庫容22.63億m3。現(xiàn)狀樞紐工程由大壩、溢洪道、泄洪隧洞、放水底孔、發(fā)電引水鋼管、廠房和變電開關(guān)站等建筑物組成。工程于1954年3月動工，1958年初開始蓄水運行。經(jīng)多年運行后，為消除工程存在的安全隱患和缺陷，于2008～2010年實施了梅山水庫除險加固工程。

梅山水庫工程等別為Ⅰ等，工程規(guī)模為大（1）型，主要建筑物大壩、溢洪道、泄洪隧洞、放水底孔和垛內(nèi)發(fā)電引水鋼管為1級建筑物。設計洪水標準為500年一遇，校核洪水標準為5000年一遇。水庫正常蓄水位為128m，汛限水位125.27m，防洪高水位133m，設計洪水位137.66m，校核洪水位139.93m。

本工程區(qū)地震基本烈度為Ⅵ度，依據(jù)《水工建筑物抗震設計規(guī)范》（SL203-97）和水利部關(guān)于梅山水庫除險加固工程初設的批復，1級建筑物設計烈度在基本烈度上提高1度，為Ⅶ度。

攔河壩為鋼筋混凝土連拱壩，壩軸線近東西向，由15個垛和16個拱所組成，兩端各接重力壩和空心重力壩段，壩頂總長443.5m（其中連拱壩段軸線長311.5m），壩頂高程140.17m，防浪墻頂高程141.27m，最大壩高88.24m。溢洪道位于右岸，為岸邊開敞式泄洪閘，7孔，單孔凈寬12m，堰頂高程129.87m，設弧形閘門控制，采用差動式齒坎挑流消能。老泄洪洞位于右岸。放水底孔位于9#拱臺內(nèi)。發(fā)電引水鋼管位于5#～8#垛內(nèi)，直徑2.8m，共4條；電站廠房安裝4臺單機容量為10MW的機組，廠房和升壓站不在本次除險加固范圍內(nèi)。梅山水庫除險加固工程總布置見圖1。

圖1 梅山水庫除險加固工程布置圖

2 工程存在的主要問題

工程存在的主要問題有：①按汛限水位125.27m、為淮干預留5億m3蓄洪庫容（相應蓄洪水位133m）進行調(diào)洪計算，水庫現(xiàn)狀防洪能力不能滿足5000年一遇的校核標準。由于溢洪道布置較高，水庫在130m水位以下時泄洪能力低，不能滿足及時泄洪、為下游錯峰的任務。②連拱壩經(jīng)多年運行后壩身裂縫眾多，上游壩面混凝土剝蝕，兩岸壩基帷幕未進行加固補強的壩段仍存在滲漏問題，兩岸坡地下水位較高，右岸重力墩和垛墻部分結(jié)合較差。③泄洪隧洞和放水底孔均存在進口斜置事故閘門不能滿足設計水位條件下動水關(guān)閉的要求、事故門后通氣孔孔徑過小等問題；底孔出口工作門在啟閉過程中，門體震動強烈，閘門底緣等處存在空蝕。④溢洪道閘墩高程136.77m以上（除墩頭外）未布置鋼筋，啟閉機工作橋簡支擱置在墩頂，支承面無墊板、連接螺栓及承壓鋼筋網(wǎng)，不符合現(xiàn)行規(guī)范的抗震構(gòu)造要求；啟閉機工作橋為鋼筋混凝土桁架結(jié)構(gòu)，下弦桿裂縫多，節(jié)點鋼筋不符合抗震要求等。⑤發(fā)電鋼管明敷在垛內(nèi)，銹蝕嚴重且無事故排水和防沖設施，不符合現(xiàn)行規(guī)范要求。⑥閘門和埋件銹蝕嚴重，門體主要部件應力超標，啟閉機和機電設備老化嚴重。⑦工程運行管理方面存在大壩安全監(jiān)測設施和運行監(jiān)控手段落后等問題。

3 工程地質(zhì)條件

庫岸一般為巖質(zhì)邊坡，無順坡向規(guī)模較大的軟弱結(jié)構(gòu)面，穩(wěn)定性良好。庫周山體雄厚，巖石均為不透水的火成巖和變質(zhì)巖，不構(gòu)成庫水向庫外鄰谷的滲漏通道。

壩基為細粒花崗巖巖體（γ53-3），塊狀結(jié)構(gòu)，無大斷層，結(jié)構(gòu)面發(fā)育～較發(fā)育，壩基巖體質(zhì)量分類如下：左岸（西重力壩～4#垛）為AⅢ1，河床（5#拱～13#拱）為AⅡ，右岸（13#垛～東重力壩）為AⅢ2。

溢洪道出露的巖性為石英板巖（Pt2g-Sb）和細粒花崗巖（γ53-3）。接觸帶為混熔接觸，膠結(jié)良好。

新建泄洪洞沿線出露巖石均為細粒花崗巖（γ53-3），洞室圍巖基本新鮮，斷層及裂隙不發(fā)育～較發(fā)育，巖體完整，圍巖絕大部分為Ⅰ～Ⅱ類，洞室整體穩(wěn)定～基本穩(wěn)定。

4 除險加固工程設計

4.1 大壩加固工程設計

4.1.1 大壩拱垛基面、裂縫處理

對拱垛加固范圍內(nèi)的老混凝土表面進行鑿毛處理。拱、垛上裂縫采用賽柏斯修補，對于滲水裂縫和縫寬≥0.4mm的不滲水裂縫，還進行灌漿處理、布置并縫鋼筋和埋設測縫計。

4.1.2 大壩拱垛加固

根據(jù)梅山連拱壩拱、垛裂縫分布情況及大壩動力分析和抗震安全復核成果，擬定大壩拱垛加固方案，主要內(nèi)容為：1#～4#、14#～ 16#拱采用在下游面噴射150mm厚CF30鋼纖維混凝土并配置受力鋼筋網(wǎng)加固；各垛上游面板內(nèi)側(cè)、5#～12#垛墻外側(cè)、4#垛東墻外側(cè)及13#垛西墻外側(cè)均采用現(xiàn)澆600mm厚C30鋼筋混凝土加固；1#～3#、14#～15#垛墻外側(cè)、4#垛西墻外側(cè)、13#垛東墻外側(cè)以及3#垛墻內(nèi)側(cè)下游端現(xiàn)澆400mm厚CF30鋼纖維混凝土并配置受力鋼筋加固；各垛內(nèi)側(cè)上游底端高應力區(qū)均采用C20微膨脹混凝土填充加固。

4.1.3 大壩基礎(chǔ)處理

本次大壩基礎(chǔ)處理的主要內(nèi)容為：

（1）在1996～1997年帷幕補強的基礎(chǔ)上，對未補強區(qū)域的帷幕進行檢查，并予以必要的補強和延長。由于岸坡陡裂隙發(fā)育，補強帷幕孔距均為1.5m。帷幕孔深按深入壩基相對不透水層（漏水率不大于3.0Lu）以下一個灌漿段5m控制。

（2）增設水平排水孔及左壩頭繞滲排水孔，疏通原有排水孔。排水孔設計孔徑170mm，鉆孔走向要求避開1963年加固時布設的預應力錨索且不能鉆穿壩基防滲帷幕，要求距預應力孔不小于1.0m，距帷幕線不小于2.5m。

（3）右岸重力墩新老混凝土結(jié)合面接縫灌漿4295m2。

4.1.4 上游壩面防護處理及大壩觀測

上游壩面防護處理采用涂刷賽柏斯（XYPEX）。

大壩觀測是在原有觀測項目基礎(chǔ)上新增對壩體裂縫及鋼筋應力、壩溫、壩體水平位移、壩基排水孔水位、壩基排水孔滲壓滲流、氣溫、水溫等七個項目進行自動化監(jiān)測，并對梅山水庫水情自動測報系統(tǒng)進行升級改造。

4.2 溢洪道加固工程設計

溢洪道按維持原規(guī)模不變進行抗震加固和缺陷處理，主要加固措施為：更換7扇工作閘門及其埋件和啟閉機，新工作門按最高擋水位133m設計。拆除重建啟閉機房及排架，新建橋頭堡，改建公路橋；高程136.77m以上閘墩拆除重建；左導水墻向下游接長54.7m等。

4.3 新建泄洪洞設計

根據(jù)本次除險加固調(diào)洪計算成果，校核洪水位139.93m時泄洪洞最大下泄流量為1800m3/s，老泄洪洞最大泄量僅為685m3/s，遠不能滿足要求。若對老泄洪洞進行擴建，則右壩頭需挖開，而右岸壩基曾于1962年發(fā)生基巖錯動大面積漏水事故，并于1963年放空水庫進行過加固處理。本次加固若在右壩頭實施大開挖則風險過高，故在左岸新建一條泄洪洞，新洞進口距離左壩頭約300m，出口位于廠房下游約70m。

4.3.1 新建泄洪洞結(jié)構(gòu)布置

新建泄洪隧洞為深式有壓短進口的明流無壓洞，總長431.4m，最大下泄流量1800m3/s。工程實施階段，根據(jù)水工模型試驗成果，進一步優(yōu)化了隧洞的體型和出口消能設計。新洞進口底檻高程110.0m，進口控制段長36.733m，設置12.0m×9.41m平板事故門及12.0m×8.0m弧形工作閘門各一扇。事故閘門前為三向收縮喇叭口。在弧形工作門后，為拋物線段、斜坡段和反弧段連接而成的“龍?zhí)ь^”曲線與下部平洞段相接。洞身標準段斷面為圓拱直墻式城門形，寬9.0m，直墻高度8.0m，拱高2.5m。為避免拆遷電站出口線塔，出口箱涵采用平直（不擴散）加挑坎出流。

4.3.2 洞身圍巖處理

進口高開挖邊坡局部破碎部位采用C20混凝土噴錨支護并掛φ8鋼筋網(wǎng)。洞身局部斷層掏挖后回填混凝土處理。

洞身自進口～反弧段末端及出口前19m長平段采用全斷面鋼筋混凝土襯砌，并全斷面布置錨筋，兩邊墻下部各布置2道排水孔（出口段頂拱兩側(cè)各增設1道排水孔），襯砌全斷面布置固結(jié)灌漿孔，其中頂拱固結(jié)灌漿孔兼作回填灌漿孔。

其余平洞段為直墻及底板三面鋼筋混凝土襯砌，頂拱噴50mm厚素混凝土，底板及邊墻上部均布置錨筋，兩邊墻下部各布置2道排水孔。

4.4 發(fā)電引水鋼管加固設計

垛內(nèi)發(fā)電引水鋼管主要采用防爆裂外包0.695m厚鋼筋混凝土加固，使其由壩內(nèi)明管轉(zhuǎn)變?yōu)閴蝺?nèi)埋管；將上平段處原蝶閥及通氣閥等予以更換；進口檢修門、啟閉機和尾水檢修門更新。

發(fā)電鋼管外包鋼筋混凝土后，因新增重量遠超原搖擺支座承載力，為保證加固后鋼管仍能維持上下自由伸縮滑動，拆除原搖擺支座，在原隔墻頂及兩側(cè)新建擴大支承，并在擴大支承混凝土頂部和鋼管外包混凝土底部分別埋設鋼板，以減小鋼管伸縮移動時的摩阻力，同時在鋼管下方120°范圍（伸縮節(jié)段為沿全管周）增設軟墊層。

4.5 老泄洪洞加固設計

老泄洪隧洞不再承擔泄洪任務，改建為補充灌溉（發(fā)電）引水洞。進口閘門改建為檢修門，更換閘門、啟閉機和部分埋件；更換出口工作門及埋件。

4.6 放水底孔加固

放水底孔按恢復其原設計的放空水庫及沖砂功能，不再承擔補充灌溉放水任務進行缺陷處理，主要加固內(nèi)容為：更新進口事故門和尾水檢修門，出口工作門及門槽維修，對局部混凝土空蝕等缺陷進行修復。

5 結(jié)語

本次梅山水庫除險加固消除了工程存在的諸多安全隱患，并使水庫達到了為淮干蓄洪5億m3后還能滿足500年一遇洪水設計和5000年一遇洪水校核的防洪標準，同時按汛限水位時能安全下泄河道安全泄量1200m3/s的要求擴大了水庫的泄洪規(guī)模。除險加固后工程運行良好。

[1]王久晟，等.梅山水庫除險加固工程增加泄洪建筑物對下游河勢的影響研究.安徽省·水利部淮委水利科學研究院，2009，10.

[2]安徽省梅山水庫除險加固工程竣工地質(zhì)報告.安徽省水利水電勘測設計院，2010，12.

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2015-8-12