严寒地区某水库应急除险工程方案研究

徐彦峰

严寒地区某水库应急除险工程方案研究

徐彦峰

（杜尔伯特蒙古族自治县农业综合开发办公室，黑龙江杜蒙166200）

某水库位于杜蒙县城西北部，总库容1391×104m3，是一座以灌溉为主，兼顾防洪、养鱼的中型水库。枢纽工程由土坝、溢洪道、输水洞组成。根据大坝安全鉴定结论意见，除险加固设计将原溢洪道拆除重建，重建的开敞式溢洪道位于右坝肩，堰顶高程为156.70 m，净宽18 m，分3孔，底流消能。在原输水洞北侧200m处新建1座灌溉涵洞，为坝下埋管，混凝土方涵。文章阐述了该水库的工程概况，除险加固及应急除险设计。

水库除险加固；应急情况；重建溢洪道；新建灌溉洞；工程方案；审查批复

1 工程概况

某水库位于县城西北部，控制流域面积74 km2，总库容1391×104m3，是一座以灌溉为主，兼顾防洪、养鱼的中型水库，工程等别为Ⅲ等，设计标准50 a一遇，校核标准为300 a一遇。

枢纽工程由土坝、溢洪道、输水洞组成。土坝为均质坝，坝长900 m，坝顶宽度为6.0 m，上游坡1∶3，下游坡1∶2.5，设计坝顶高程为160.90 m。土坝上游重建干砌石护坡。下游采用贴坡式排水。下设排水沟。坝顶采用砂石路面。重建的开敞式溢洪道位于右坝肩，堰顶高程为156.70 m，净宽18 m，分3孔。底流消能。新建灌溉涵洞由进口护砌段、闸室段、洞身段、消力池段、海漫段及防冲槽组成，洞身为混凝土方涵，1孔1.5m×1.8m。

2 除险加固设计情况

根据大坝安全鉴定结论意见，除险加固设计将原溢洪道拆除重建，重建的溢洪道位于右坝肩，开敞式，堰顶高程为156.70 m，堰顶总净宽18 m，分3孔，每孔净6 m，采取底流消能［1］。

除险加固设计在原洞北侧200m处新建灌溉涵洞1座，为坝下埋管孔，混凝土方涵，尺寸为1.5 m× 1.8 m。输水洞由进口护砌段、闸室段、洞身段、消力池段、海漫段及防冲槽组成。

2002年3月，省水利厅对某水库除险加固工程初步设计报告进行了审查并批复。

3 溢洪道初期运行情况

3.1 2005年冻害

2002年水库除险加固完工运行以后，基础底板产生冻胀变形：溢洪道陡坡段发生明显冻胀变位，严重时陡坡段与闸室底板的结构缝处，陡坡段顶面比闸室堰顶高出约9～11 cm。随气温转暖，变位开始逐渐恢复，但未恢复至原始位置，仍残留有部分位移。

3.2 2005年溢洪道陡坡段处理措施

2005年，设计单位受建设单位委托做处理方案，经过方案比较，提出处理措施为：将底板上再浇筑1.2 m厚的钢筋混凝土来平衡冻胀力，陡坡段的前端拆除重新浇注钢筋混凝土，并与闸室底板间用紫铜片做特殊结构止水连接，整个陡坡段重新设置止水。陡坡段边墙的结构缝处，由于施工时用钢筋固定木板，浇筑相邻混凝土结构时，没有将固定用钢筋切断而浇入其中，使两块混凝土体局部有钢筋直接相连，由于不均匀变位造成局部有混凝土破损掉角，要求一并修补完善。并要求对底板和地基的接触面用水泥砂浆进行灌浆，保证其充填密实［2］。

经过此次处理之后，运行至2013年，陡坡段没有发现明显的冻胀变形。2013年4月渗漏险情发生后得知，2005年实际施工中只是加厚了陡坡段混凝土，对陡坡段基础未进行灌浆处理，陡坡段底板下的空隙仍然存在，为这次险情留下了极大的隐患。

4 应急除险设计

4.1 2013年水库险情及应急处理情况

4.1.1 溢洪道出险情况

据水库管理人员介绍，由于水库水位超过正常蓄水位并继续上涨，于2013年3月27日水位超过引渠前面的堤坝，库水进到溢洪道前面，通过溢洪道放水，在持续放水至4月6日早6点，发现溢洪道进口左侧圆弧墙外侧土坝坝坡塌坑，马上向上级报告，水利厅领导迅速组织有关单位进行抢险。

至4月6日下午，溢洪道引渠前段修筑了围堰，水库水位基本控制在兴利水位以下，溢洪道前与库区水基本隔开。通过挡墙后的开挖查找，发现进口左侧圆弧挡土墙由于渗流淘刷作用基础已掏空，造成挡土墙倾斜，从左侧进口圆弧墙墙后及底板下、圆弧墙与铺盖左边墙的结构缝、到铺盖左边墙外侧、再到闸室左边墩外侧下游齿墙处存在较大水流通道。

4.1.2 现场险情勘察情况

为了尽快消除险情保证水库安全和查明渗漏原因，组织现场查勘，讨论研究处理方案。确定抢险应分应急抢险和溢洪道维修两步进行。首先要进行抢险工作，确保溢洪道闸室安全。并派出地质专业和水工人员多次开展现场查勘和测绘工作，在此基础上查清某水库溢洪道破坏的基本情况。通过现场测绘、描述及取样试验，基本了解了溢洪道主要部分的破坏情况。

4.1.3 溢洪道应急抢险处理方案

闸室左边孔底边下左下角近1／6闸室底板下局部土体缺失，左边孔下游齿槽有小部分处于悬空状态，加之春汛来临，水库水位有可能上涨，对整个溢洪道安全存在的威胁，因此必须马上进行应急抢险处理。4月11日，提出应急抢险方案。对于基础空洞回填方案，通过方案比较，并报请水利厅审查论证，回填材料采用自密实混凝土和回填灌浆在闸底板钻孔施工。

具体施工方案确定后，抢险工作有序进行，4月17日—18日对空洞灌注混凝土，闸室左边墩外侧混凝土灌注面高出闸室底板底面约1 m。预埋的灌浆管出口统一设在闸室段的左侧开挖面处，待下一步继续做回填灌浆。

4.2 应急除险设计

4.2.1 应急除险方案布置原则

此次溢洪道险情是混凝土与回填土体间接触渗流逐渐发展，导致接触面渗透破坏，加上2005年冻害处理时没有将通道封闭造成的，针对以上原因采取相应的除险加固方案。由于水库所在地区地基土属于强冻胀土，各方案需要保证不发生冻胀变形，同时需布置独立完整的防渗体系来满足渗透稳定要求，确保溢洪道安全运行。

某水库2002年批复后，开始除险施工，2005年又对陡坡段进行了加固，现状闸室段及以下结构物基本完好，未发现变形，现状维修方案仅是拆除现状倾斜和破坏的进口段，通过维修新建地下混凝土防渗墙和刺墙，形成完整、独立的防渗体系，可以解决基础渗透破坏的问题。通过比较，拆除进口段维修方案投资最低，工期短，在防渗效果上与其他方案基本相当。

4.2.2 应急除险工程总体布置

采用的现状维修除险方案分成以下8个部分：

4.2.2.1 防渗措施

在进口导墙及平直段间布置一道混凝土截渗墙，底部进入地基土10 m，墙厚40 cm，向两侧做延伸刺墙至土坝轴线位置，截渗墙与进口两侧边墙及护坦连接处加厚至80 cm，并用紫铜片止水连接。溢洪道基础及两侧形成一道防渗屏障。

4.2.2.2 闸室、陡坡段、消力池段基础处理

溢洪道左侧闸室段及陡槽段第一节下部空洞混凝土回填已完成，在保证闸室及陡槽段稳定后，开挖闸室右侧边墙及陡槽段两侧回填土，消力池两侧边墙及消力坎后部。通过明挖，查明右侧闸室、陡槽段及消力池混凝土底板下部情况后，有空洞部分采用常规混凝土回填，结合基础底板接触灌浆的方法进行基础处理，封闭基础空洞及溢洪道底板与地基土间的空隙。

4.2.2.3 拆除重建进口段

拆除原进口圆弧墙、平直段铺盖。重建进口段，引渠段用格宾石笼护砌7 m长，平直段铺盖长5 m，钢筋混凝土铺盖厚度1.0 m，铺盖顶高程156.70 m。铺盖基础下换填1 m厚埋设混凝土。两侧为半重力式挡土墙。

4.2.2.4 闸室边墩改造

闸室后部先布置钢筋混凝土楔形体，楔形体上窄下宽直角梯形，对原闸室边墩外侧进行凿毛，并插入锚筋。在外侧布置钢筋网与边墩锚筋连接。楔形体形成后，边墩背部坡度1∶0.25，顶部宽0.6 m，底部宽2.0 m，高6.7 m。并严格按施工规范要求进行了墙后黏土回填。

4.2.2.5 土料设计

清除溢洪道两侧原回填土料。考虑到方便回填土的碾压，开挖底宽为2.0 m，两侧边坡应大致平顺，不得出现台阶状、反坡或突然边坡，边坡不得陡于1∶1.5。

回填黏土前应对混凝土表面涂刷黏土浆。回填黏土设计控制压实度为96%，渗透系数＜1×10-4cm／s。应通过现场击实试验，取得最优含水率和最大干密度，而后确定设计干密度。回填透水材料应满足设计要求。

4.2.2.6 陡坡段、消力池两侧回填及边坡防护

坝体部分的陡坡段两侧需回填黏土，回填黏土上采用30 cm厚干砌石护砌。坝脚外陡坡段两侧（3 m长）及消力池段两侧回填透水料，顶部采用30 cm厚干砌石护砌。消力池两侧边墙按照反滤要求，由上游向下游、由底层至面层分层回填反滤料及块石护砌。

陡坡段下游1／3段及消力池段的两侧布置纵向排水带，排水带为0.5 m×0.5 m的矩形断面，内部充填透水料外侧包裹无纺布，沿建筑物轮廓外侧延伸至消力池下游翼墙处，通过翼墙排水孔将基底渗水排至下游尾水渠。在排水带下每隔5 m，布置深1 m，直径1.0米的竖向排水井。排水井及排水带外侧均填充砂砾石，外侧包裹一层无纺布。

为防止右侧山体坡积水对溢洪道右侧边墙后填土的冲刷，在靠近溢洪道的右侧山坡坡脚处设置排水沟，排水沟底宽0.5 m，边坡1∶1，纵向顺至下游海漫段进入河道。

4.2.2.7 溢洪道各结构间沉降缝清理填充

溢洪道各结构段间，还留有施工临时支模钢筋，必须切断。已经腐烂的沥青木板及填缝板彻底进行清理，重新进行封堵，内部充填沥青油麻毡填缝材料，外部填充遇水膨胀橡胶条。

4.2.2.8 消力池排水孔清理及维修海漫段

拆除重建海漫段前10 m，为增强海漫的稳定性和反滤效果，海漫上游10 m段布置为顶层50 cm厚格宾石笼，无纺布延伸至消力坎后块石位置做卷铺。

5 结 语

结合该水库除险加固及应急情况，现总结如下：

1）设计单位要加强执业资格管理，落实责任制，各级人员各有各的权限，向上向下都不能越级包办，各负其责，设计变更及优化设计必须履行必要的审批程序。

2）前期勘测工作要严格按规程、规范设计，细部结构设计不能忽视，特别中小型水库的建筑物两侧连接设计。

3）重视设计交底工作，设计单位就设计文件向施工单位作详细的交底，这对于施工人员正确贯彻设计意图，确保工程质量很重要。

4）加强施工过程中的设代服务工作，水利工程项目的建设过程是不可逆的，设计人员应跟踪工程的施工进度，到关键部位或有特殊地质情况时，应建议项目法人及时组织参建各方共同研究解决方案，并掌握工程关键部位的施工是否满足设计要求，避免出现质量问题。

5）应提出水库调度运用计划，使管理单位正确认识工程安全和蓄水的问题，并制定水库日常检查观测、维修养护、水库度汛方案、抢险应急预案、防汛值班、安全检查等制度，禁止超标准蓄水。

6）应向管理单位提出建议，加强水库早期的维护和监测工作，新建水库或除险加固后的水库，蓄水运行初期应密切观察水库工程各部位情况，在第一次高水位运行时最容易出现渗透破坏，应加强巡视，特别是建筑物与土坝连接处有无渗流，及早预防，避免渗流破坏。

7）险情发生时，要积极组织有效的抢险，做好调查分析及全面的现场勘查工作，掌握详实的现场资料；漏水险情教训惨痛，当引以为戒，按照规章制度行事。

［1］黄河水利委员会勘测规划设计研究院.SL274—2001碾压式土石坝设计规范［S］.北京：中国水利水电出版社，2001.

［2］水利部天津水利水电勘测设计研究院.SL253—2000溢洪道设计规范［S］.北京：中国水利水电出版社，2000.

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1007-7596（2015）07-0068-03

2015-06-28

徐彦峰（1957-），男，吉林镇赉人，技术员，从事技术管理工作。