千泉湖水庫(kù)大壩除險(xiǎn)加固措施研究

寇福星

（沙灣市小分地水庫(kù)管理站,新疆 沙灣 832100）

我國(guó)“十四五”規(guī)劃明確提出要加快病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固工作,水利部基于規(guī)劃綱要安排部署了“十四五”期間水庫(kù)除險(xiǎn)加固的工作任務(wù)。我國(guó)病險(xiǎn)水庫(kù)的病害呈多樣化,主要涉及大壩、泄洪建筑物、穿壩輸水建筑物等“三大件”[1]。大壩病害通常表現(xiàn)為防洪標(biāo)準(zhǔn)低、壩體穩(wěn)定性差、壩體或壩基滲漏嚴(yán)重及設(shè)備老化等問(wèn)題。為保證千泉湖水庫(kù)安全運(yùn)行,急需開(kāi)展除險(xiǎn)加固措施研究。

1 工程現(xiàn)狀

1.1 工程概況

千泉湖水庫(kù)位于新疆維吾爾自治區(qū)塔城地區(qū)沙灣縣商戶地鄉(xiāng),是一座以農(nóng)業(yè)灌溉為主,兼顧養(yǎng)殖業(yè)、旅游業(yè)的平原水庫(kù)。其主要任務(wù)是調(diào)蓄庫(kù)區(qū)域內(nèi)出露的泉水及上游灌區(qū)農(nóng)田灌溉的余水,及寧家河洪水和前山丘陵區(qū)降雨形成的洪水,解決下游灌區(qū)用水的問(wèn)題。大壩全長(zhǎng)3315 m,大壩西端起點(diǎn)樁號(hào)為大壩0-748 樁號(hào)。其中樁號(hào)0-748～0-300 為西副壩,長(zhǎng)448 m,樁號(hào)0-300～2+250 段為主壩段,長(zhǎng)2550 m,樁號(hào)2+250～2+567 段為東副壩,長(zhǎng)317 m。

1.2 病害要點(diǎn)

2017年,《沙灣縣千泉湖水庫(kù)安全評(píng)價(jià)報(bào)告》,通過(guò)了專家鑒定,鑒定結(jié)果為三類壩。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查,壩體病害主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）大 壩 樁 號(hào)0+760～0+935段、1+140～1+210段、1+350～1+385段上游護(hù)坡裂縫。上游護(hù)坡裂縫走向與壩軸線走向平行,發(fā)生在上游壩坡坡腳至壩頂三分之二部位和砼板與防浪墻結(jié)合處,裂縫寬度一般1 cm～3 cm,最大開(kāi)口7 cm～10 cm。

（2）上游消能墩破損嚴(yán)重,部分消能墩脫落。

（3）壩體1+851～2+267段防浪墻頂高程為406.83 m,不滿足設(shè)計(jì)防浪墻頂高程407.64 m的要求。

（4）大壩樁號(hào)0+400～0+500 段壩頂上,沿壩軸線方向存在100 m裂縫。壩頂為瀝青砼路面,裂縫長(zhǎng)度2 m～4 m,寬度0.5 cm～3 cm；通過(guò)探坑揭露,裂縫深度1.4 m～1.8 m。

（5）大壩樁號(hào)0+860～0+895 下游坡曾發(fā)生過(guò)局部滑坡,該段壩頂為瀝青砼路面,局部有較明顯的沉陷現(xiàn)象,壩頂靠近壩前坡1.5 m～0.8 m位置,發(fā)育一環(huán)狀弧形裂縫,壩頂路面形成一3 cm～5 cm的臺(tái)坎,上游側(cè)下滑。裂縫寬1 cm～3 cm,發(fā)育深度約2.3 m尖滅,漸向下部,滑面向上游微傾,裂縫內(nèi)未見(jiàn)水。

（6）大壩樁號(hào)1+300～1+340 段壩頂寬度約8 m,壩頂靠近壩后坡位置處有較明顯的沉陷現(xiàn)象。

2 大壩除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)

2.1 壩后滑坡體處理

根據(jù)現(xiàn)狀存在問(wèn)題,本次除險(xiǎn)加固工程對(duì)大壩樁號(hào)0+860～0+895 段壩后滑坡問(wèn)題,擬定以下兩種處理方案進(jìn)行比選。

方案一：采用拆除滑弧以上壩體,重新填筑的方案,開(kāi)挖深度3 m。回填土料滲透系數(shù)小于1×10-4cm/s,土方回填壓實(shí)度大于0.96；按照原設(shè)計(jì)指標(biāo)恢復(fù)壩后排水體,恢復(fù)壩頂砂礫石墊層,及壩頂瀝青混凝土路面。

方案二：滑坡體后增設(shè)砂礫石壩后蓋重,回填至壩頂高程,回填頂寬3 m,回填邊坡1∶2.2,砂礫石回填相對(duì)密度≥0.75。

方案一、二主要工程量、投資及優(yōu)缺點(diǎn)見(jiàn)表1。

表1 方案一、二主要工程量、投資及優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

根據(jù)表1對(duì)比分析,本次處理滑坡體總長(zhǎng)度占大壩總長(zhǎng)度比例不大,從長(zhǎng)期運(yùn)行安全考慮推薦方案一為推薦方案。

2.2 壩體護(hù)坡裂縫處理

本次拆除大壩樁號(hào)1+140～1+210 段裂縫嚴(yán)重,形成錯(cuò)臺(tái)的上游護(hù)坡板。重新澆筑的上游混凝土護(hù)坡尺寸為長(zhǎng)×寬×厚度（m）=3.5 m×3.5 m×0.15 m,混凝土標(biāo)號(hào)采用C25 F200,護(hù)坡分縫寬度2 cm,分縫材料采用高壓閉空板,高壓閉空板上部涂2 cm聚氨酯；大壩樁號(hào)0+767～0+827、0+847.6～0+862、1+347～1+374、1+452.6～1+538.2 處的裂縫采用底部灌泥漿,上部砼板用聚氨酯填縫。

2.3 上游消能墩處理

修復(fù)消能墩尺寸采用原設(shè)計(jì)尺寸,消能墩分為2 種尺寸（a號(hào)、b號(hào)）,a號(hào)消能墩長(zhǎng)度為80 cm,b號(hào)消能墩長(zhǎng)度為150 cm,消能墩橫斷面形式均為直角梯形,直角梯形上底寬20 cm,下底寬度30 cm,高20 cm。消能墩為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),混凝土標(biāo)號(hào)為C25 F200,消能墩與上游護(hù)坡采用插筋連接。

2.4 防浪墻加高

根據(jù)壩頂高程復(fù)核計(jì)算及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查,本次除險(xiǎn)加固大壩樁號(hào)1+328～1+600 防浪墻加高0.8 m。加高后防浪墻頂高程407.22 m；大壩樁號(hào)1+851～2+267 防浪墻加高0.5 m,加高后防浪墻頂高程407.25 m；大壩樁號(hào)2+267～2+566 防浪墻加高0.3 m,加高后防浪墻頂高程407.04 m。防浪墻加固后,厚度為0.3 m,采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),混凝土標(biāo)號(hào)采用C25 F200,防浪墻每隔8 m設(shè)結(jié)構(gòu)縫,分縫采用高壓閉空板填縫,迎水面采用2 cm厚聚氨酯止水。

2.5 壩頂裂縫處理

根據(jù)壩頂裂縫、壩后滑坡范圍,對(duì)大壩樁號(hào)0+400～0+500 段壩頂裂縫采用鉆孔灌漿方法。裂縫較密的部位,鉆孔應(yīng)較密。反之,則應(yīng)稀些。鉆孔深度要至裂縫寬1 cm以下,證明裂縫不大時(shí)即可停止。其壓力為1.0 kg/cm2。在設(shè)計(jì)孔口壓力下,當(dāng)吃漿量小于0.2 L/min,保持30 min不變時(shí),即達(dá)終孔標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)上述拆除滑弧以上壩體,重新填筑的方案,壩頂裂縫開(kāi)挖深度2 m,滑坡體開(kāi)挖深度3 m。先填筑壩段的橫向壩坡,土料不宜陡于1∶3。故本次沿壩軸線方向開(kāi)挖邊坡為1∶3。回填土料滲透系數(shù)小于1×10-4cm/s,土方回填壓實(shí)度大于0.96；恢復(fù)壩后排水體,排水體采用直徑20 mm～80 mm砂礫石填筑,回填頂寬為1.2 m,回填邊坡1∶3；恢復(fù)壩頂20 cm砂礫石墊層,砂礫石墊層指標(biāo)：①級(jí)配連續(xù),Cv≥5,且Cc=1～3；②含泥量（粒徑小于0.075 mm的顆粒含量）≤10%,③相對(duì)密度Dr≥0.75；恢復(fù)壩頂瀝青混凝土路面。

2.6 壩體沉降處理

根據(jù)壩體沉降范圍及壩頂現(xiàn)狀,本次除險(xiǎn)加固采用拆除沉降段壩體,重新填筑的方案,拆除深度2 m。先填筑壩段的橫向壩坡,土料不宜陡于1∶3,故本次沿壩軸線方向開(kāi)挖邊坡為1∶3,垂直壩軸線方向開(kāi)挖邊坡1∶0.5,開(kāi)挖底寬2 m。回填土料滲透系數(shù)小于1×10-4cm/s,土方回填壓實(shí)度大于0.96；恢復(fù)壩頂20 cm砂礫石墊層,砂礫石墊層指標(biāo)：①級(jí)配連續(xù)Cv≥5,且Cc=1～3；②含泥量（粒徑小于0.075 mm的顆粒含量）≤10%,③相對(duì)密度Dr≥0.75；恢復(fù)壩頂瀝青混凝土路面。

2.7 規(guī)整壩后排水體

規(guī)整壩后排水體,排水體采用直徑20 mm～80 mm砂礫石填筑,回填頂寬為1.2 m,回填邊坡1∶3,砂礫石相對(duì)密度≥0.75。

2.8 增設(shè)監(jiān)測(cè)設(shè)施

增設(shè)大壩樁號(hào)0+660、1+350 斷面壩頂上游測(cè)2 根測(cè)壓管。測(cè)壓管材料為金屬管,由進(jìn)水管、導(dǎo)管和管口保護(hù)設(shè)備三部分組成。進(jìn)水管段必須保證壩體的滲透水能順利進(jìn)入測(cè)壓管內(nèi),并能反映出進(jìn)水管所在位置的滲透水位。進(jìn)水管由進(jìn)水鋼管、焊置鋼筋、纏繞鐵絲、外包無(wú)紡布。進(jìn)水鋼管設(shè)計(jì)成φ50 花管,長(zhǎng)度在設(shè)計(jì)最高浸潤(rùn)線以上0.5 m至最低浸潤(rùn)線以下1.0 m之間,進(jìn)水孔孔徑10 mm,間距50 mm,呈梅花形布置,進(jìn)水鋼管下部留出0.5 m沉淀管,沉淀管底部應(yīng)封閉好；進(jìn)水鋼管外均勻焊置8 根φ8 鋼筋；鋼筋外纏繞12 號(hào)鐵絲；鐵絲外包5 mm厚無(wú)紡布。導(dǎo)管將進(jìn)水管段引至壩體表面,以便進(jìn)行測(cè)量。導(dǎo)管不透水,內(nèi)壁光滑,材料為φ50 鋼管。管口保護(hù)設(shè)備應(yīng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單牢固,由φ60 保護(hù)罩和螺栓M-12 組成。

3 結(jié)語(yǔ)

千泉湖水庫(kù)大壩根據(jù)現(xiàn)狀病害從8 個(gè)方面開(kāi)展了加固設(shè)計(jì),以徹底解決壩體安全性方面的威脅。我國(guó)病險(xiǎn)水庫(kù)分布范圍廣,病害種類多,影響范圍亦有差別。因此,除險(xiǎn)加固工程為了能做到經(jīng)濟(jì)合理,技術(shù)可行,需從以下幾個(gè)方面入手：

（1）因地制宜,結(jié)合水庫(kù)原有設(shè)計(jì)功能開(kāi)展除險(xiǎn)加固方案設(shè)計(jì),以恢復(fù)和加強(qiáng)其原有效益為核心。

（2）結(jié)合工程運(yùn)行特點(diǎn)和壩址處地形地質(zhì)條件進(jìn)行加固,滿足其安全運(yùn)行要求。

（3）完善監(jiān)測(cè)管理設(shè)施,提高水庫(kù)的運(yùn)行管理水平和效率。