柴河水库除险加固工程拦河坝防护系统

于厚文

(辽宁省水利厅，沈阳 110003)

1 工程概况

柴河水库位于辽宁省铁岭市境内，距铁岭市12km，是一座以防洪、灌溉、工业和城市供水为主，兼顾发电、养鱼综合利用的大型水利枢纽工程。水库为大(2)型水库，工程等别为Ⅱ等，主要建筑物级别为2级，水库按100年一遇洪水设计，10000年一遇洪水校核。水库总库容6.36亿m3。

柴河水库工程于1972年10月开工，1974年底基本建成，水库枢纽工程包括拦河坝、溢洪道、泄洪洞和水电站等。1976年3月～1977年6月进行了可能最大洪水保坝和土坝补强施工。2007年进行除险加固，2010年9月除险加固工程通过验收。

2 加固前拦河坝防护状况

柴河水库自建成蓄水后，拦河坝陆续出现漏水、滑坡等质量事故，期间虽然经过9次补强，但始终未彻底解决问题。为彻底解决拦河边坡抗滑稳定不满足要求等问题，2003年11月辽宁省水利水电勘测设计研究院编制完成了《柴河水库安全分析评价报告》，详细阐明了水库拦河坝等存在的主要问题，2005年5月水利部大坝安全管理中心以坝函［2005］989号批准了柴河水库为三类坝，2006年6月，辽宁省发展与改革委员会以辽发改农经〔2006〕470号文对除险加固工程初步设计报告进行批复。2007年除险加固前拦河坝防护状况描述如下。

a.上游坝坡:102m高程以上干砌石护坡石料风化、破坏严重;90～102m高程无坝坡防护结构;90m高程以下部分坝段出现深坑。

b.下游坝坡:碎石护坡出现不均匀沉陷，右侧局部隆起，东侧局部塌陷，坝体横向、纵向排水设施，马道及81m高程平台破损较重。

c.坝顶:防浪墙上游平台为砖砌体，表面为水泥砂浆抹面，砂浆抹面出现一定数量龟裂及表面剥蚀，部分砌体破坏，2004年对防浪墙墙体剥蚀部位采用水泥砂浆修补;坝顶路面多处出现龟裂，有5条贯穿横缝，且分布比较均匀，路面局部破损，起伏不平。

d.坝端岸坡:仅上游坝坡右侧有浆砌石挡墙，该挡墙用于码头平台防护，且破坏严重。上游坝坡左侧、下游坝坡左右侧与山体边坡连接处均未考虑岸坡防护，多年来因冲刷形成多处滑塌，杂草丛生。左右坝端(指坝顶交通路以上)没有防护工程，经常发生岩石脱落、滑坡现象。

3 加固后拦河坝防护系统

柴河水库除险加固工程拦河坝防护系统由拦河坝上游护坡、下游护坡、坝顶防护和与其相关联的左右坝端岸坡防护组成，目的是确保大坝安全运行、经济、美观。本次加固遵照设计，多方借鉴，全面考虑，周密决策，最终形成一个拦河坝防护系统，该系统由上游坝坡防护子系统、下游坝坡防护子系统、坝端岸坡防护子系统和坝顶防护子系统组成，从而在拦河坝区域形成一个全封闭系统。

3.1 上游坝坡防护子系统

该子系统由90m高程以下、90～102m高程和102m高程以上坝坡三部分组成。90m高程以下坝坡在加固范围内采用水下抛石方法进行加固，即抛石固脚，水下抛石采用网格法，加工制造专门的抛石平台和抛石船，石料从右岸码头通过抛石船运送到需抛填部位，抛石船定位和测量通过抛石平台控制，抛石平台根据网格布设进行移动(见图1)。90～102m高程坝坡及平台进行全断面干砌石防护，拆除原来随机堆石和淤泥杂物等，选留可利用石料分段集中堆放，坝坡整平后铺填砂砾料垫层，分段、分层进行干砌石砌筑。102m高程以上干砌石护坡进行局部翻修，对风化严重、长树、草和变形等部位确定处理范围并标识，砌筑时要保证与原有砌石接合紧密，石料色泽尽量保持一致。上游坝坡通过分部位、分阶段施工形成一个满足设计要求的防护体系，从而确保上游坝坡稳定和安全。

图1 上游坝坡水下抛石护脚

3.2 下游坝坡防护子系统

该子系统由碎石护坡、纵横向排水沟、马道、81m高程平台及排水明渠五部分组成。碎石护坡分为三道工序，第一道工序对整个下游坝坡长草部位进行清理，清到原砂砾料为准。第二道工序对原坝坡隆起部分清除多余护坡碎石，对塌陷部位回填碎石，不管清除还是回填都要保证碎石厚度不小于10cm。第三道工序为碎石铺筑，碎石颜色为粉红色，厚度为20cm，碎石强度、粒径要满足设计要求(见图2)。预制安装纵横向排水沟，在粉红色碎石铺筑前就要进行安装，为保证坝坡排水顺畅，在纵向排水沟上游侧设置排水孔。马道拆除重新浇筑混凝土。81m高程平台重新整修。增设一条全长550m的排水明渠，将坝坡纵横向排水全部排入排水明渠内。通过本次加固后下游坝坡平整、安全稳定、颜色美观、排水通畅。

图2 下游坝坡防护系统

3.3 坝端岸坡防护子系统

该子系统由上游岸坡防护、下游岸坡防护、左坝端防护和右坝端防护四部分组成。岸坡防护是指与坝坡相连部分，坝端是指坝顶路面以上大坝端部。上游岸坡防护右岸在原浆砌石挡墙增设一层钢筋混凝土面板，左岸新建重力式混凝土挡土墙(见图3)。下游岸坡防护左右两侧均为混凝土网格草皮护坡(见图4)。凿除左坝端山坡裸露岩面处的活动岩石，采用植被绿化锚固技术对岩石边坡进行保护处理。同样凿除山右坝端坡裸露岩面处的活动岩石，然后采用锚固和塑石及绿化相结合防护措施。

图3 上游坝坡左岸坡和坝端防护

图4 下游坝坡右岸坡和坝端防护

3.4 坝顶防护子系统

该子系统由防浪墙上游平台、防浪墙和坝顶交通路(包括左右岸广场)三部分组成。拆除防浪墙上游平台，新建混凝土平台。坝顶交通路先用碎石对坍塌部位找平，然后铺筑沥青混凝土路面，重新修筑路面下游侧路缘石。

4 经验与建议

4.1 经验

a.前期做好初步设计，实施合理设计优化。设计是拦河坝防护系统建立的根基，首先要做好初步设计阶段拦河坝防护设计，《柴河水库除险加固工程初步设计报告》在2006年5月完成，历经19年的调研、论证和数据分析，该报告详细计算坝顶高程、上游坝坡稳定等，并进行相应加固设计和整修设计。其次在实施过程中进行部分设计优化，在初设时没有完全确定新技术、新材料和方案推出的情况下，在坝端防护结构、工艺及材料等方面及时进行合理设计优化。

b.切实做好招标工作，控制工程造价不超概算。编制招标文件期间，项目法人组织设计，监理和招标代理共同对包括拦河坝在内的工程量清单项目进行细致分析、研究。为了保证清单项目实施时具有操作性，技术具有先进性，首先要做好防护型式的选择和确定工作，其次在型式确定后详细制定分项工程项目等。工程量清单是整个拦河坝防护系统构成的主要依据，在确定清单的同时要严格按照初步设计中项目设置造价，不能超过批准概算。

c.结合防护工程性质，统筹兼顾内外质量，使工程与周边环境一体化。拦河坝防护系统在满足工程运行安全前提下更要注重美观，做到与周边自然环境和谐共存。上游坝坡及其岸坡是拦河坝防护主体。下游坝坡及其岸坡主要起保护坝坡稳定和排水作用，可以考虑美观，因此在碎石粒径和颜色方面进行优化。坝端防护主要是保证山坡稳定，因此内在和外在结构进行统筹设计，实现了生态防护和景观塑石在水库除险加固工程上的应用。

d.体现防护系统防护型式多样化，改变传统的单一型式。传统防护型式一般为干砌石、浆砌石和混凝土等，而柴河水库除险加固工程拦河坝防护采用了干砌石、抛石、混凝土面板、浆砌石、混凝土重力式挡土墙、碎石(彩色碎石和普通碎石)、网格草皮、生态植被和塑石景观等九种型式，构建了多样化的拦河坝防护系统。

4.2 建议

柴河水库除险加固工程竣工近四年，拦河坝防护在辽宁省乃至全国水利行业颇具影响力，充分显示该系统具有安全性高、型式多样、结构合理、外观优美等优点，特别是在强调水文化和生态环境的形势下，不论是水库除险加固还是新建水库及所有水利工程，在设计时应有防护系统的理念，形成常态化、标准化，在实施时结合实际条件，认真研究，合理设置，真正实现水利工程与自然环境浑然一体。■