梅山水库除险加固工程设计

朱彤

（安徽省水利水电勘测设计院 安徽合肥 230088）

梅山水库除险加固工程设计

朱彤

（安徽省水利水电勘测设计院 安徽合肥 230088）

梅山水库是一座以防洪、灌溉为主，结合发电、航运及水产养殖等综合利用的大（1）型水利枢纽工程。本文介绍了2008～2010年实施的梅山水库除险加固工程设计。

梅山水库；除险加固；大坝；泄洪洞；溢洪道；发电引水钢管

1 基本情况

梅山水库位于淮河支流史河上游的安徽省六安市金寨县境内，是20世纪50年代兴建的一座以防洪、灌溉为主，结合发电、航运及水产养殖等综合利用的大（1）型水利枢纽。大坝坝址在金寨县梅山镇上游约1km处。水库总库容22.63亿m3。现状枢纽工程由大坝、溢洪道、泄洪隧洞、放水底孔、发电引水钢管、厂房和变电开关站等建筑物组成。工程于1954年3月动工，1958年初开始蓄水运行。经多年运行后，为消除工程存在的安全隐患和缺陷，于2008～2010年实施了梅山水库除险加固工程。

梅山水库工程等别为Ⅰ等，工程规模为大（1）型，主要建筑物大坝、溢洪道、泄洪隧洞、放水底孔和垛内发电引水钢管为1级建筑物。设计洪水标准为500年一遇，校核洪水标准为5000年一遇。水库正常蓄水位为128m，汛限水位125.27m，防洪高水位133m，设计洪水位137.66m，校核洪水位139.93m。

本工程区地震基本烈度为Ⅵ度，依据《水工建筑物抗震设计规范》（SL203-97）和水利部关于梅山水库除险加固工程初设的批复，1级建筑物设计烈度在基本烈度上提高1度，为Ⅶ度。

拦河坝为钢筋混凝土连拱坝，坝轴线近东西向，由15个垛和16个拱所组成，两端各接重力坝和空心重力坝段，坝顶总长443.5m（其中连拱坝段轴线长311.5m），坝顶高程140.17m，防浪墙顶高程141.27m，最大坝高88.24m。溢洪道位于右岸，为岸边开敞式泄洪闸，7孔，单孔净宽12m，堰顶高程129.87m，设弧形闸门控制，采用差动式齿坎挑流消能。老泄洪洞位于右岸。放水底孔位于9#拱台内。发电引水钢管位于5#～8#垛内，直径2.8m，共4条；电站厂房安装4台单机容量为10MW的机组，厂房和升压站不在本次除险加固范围内。梅山水库除险加固工程总布置见图1。

图1 梅山水库除险加固工程布置图

2 工程存在的主要问题

工程存在的主要问题有：①按汛限水位125.27m、为淮干预留5亿m3蓄洪库容（相应蓄洪水位133m）进行调洪计算，水库现状防洪能力不能满足5000年一遇的校核标准。由于溢洪道布置较高，水库在130m水位以下时泄洪能力低，不能满足及时泄洪、为下游错峰的任务。②连拱坝经多年运行后坝身裂缝众多，上游坝面混凝土剥蚀，两岸坝基帷幕未进行加固补强的坝段仍存在渗漏问题，两岸坡地下水位较高，右岸重力墩和垛墙部分结合较差。③泄洪隧洞和放水底孔均存在进口斜置事故闸门不能满足设计水位条件下动水关闭的要求、事故门后通气孔孔径过小等问题；底孔出口工作门在启闭过程中，门体震动强烈，闸门底缘等处存在空蚀。④溢洪道闸墩高程136.77m以上（除墩头外）未布置钢筋，启闭机工作桥简支搁置在墩顶，支承面无垫板、连接螺栓及承压钢筋网，不符合现行规范的抗震构造要求；启闭机工作桥为钢筋混凝土桁架结构，下弦杆裂缝多，节点钢筋不符合抗震要求等。⑤发电钢管明敷在垛内，锈蚀严重且无事故排水和防冲设施，不符合现行规范要求。⑥闸门和埋件锈蚀严重，门体主要部件应力超标，启闭机和机电设备老化严重。⑦工程运行管理方面存在大坝安全监测设施和运行监控手段落后等问题。

3 工程地质条件

库岸一般为岩质边坡，无顺坡向规模较大的软弱结构面，稳定性良好。库周山体雄厚，岩石均为不透水的火成岩和变质岩，不构成库水向库外邻谷的渗漏通道。

坝基为细粒花岗岩岩体（γ53-3），块状结构，无大断层，结构面发育～较发育，坝基岩体质量分类如下：左岸（西重力坝～4#垛）为AⅢ1，河床（5#拱～13#拱）为AⅡ，右岸（13#垛～东重力坝）为AⅢ2。

溢洪道出露的岩性为石英板岩（Pt2g-Sb）和细粒花岗岩（γ53-3）。接触带为混熔接触，胶结良好。

新建泄洪洞沿线出露岩石均为细粒花岗岩（γ53-3），洞室围岩基本新鲜，断层及裂隙不发育～较发育，岩体完整，围岩绝大部分为Ⅰ～Ⅱ类，洞室整体稳定～基本稳定。

4 除险加固工程设计

4.1 大坝加固工程设计

4.1.1 大坝拱垛基面、裂缝处理

对拱垛加固范围内的老混凝土表面进行凿毛处理。拱、垛上裂缝采用赛柏斯修补，对于渗水裂缝和缝宽≥0.4mm的不渗水裂缝，还进行灌浆处理、布置并缝钢筋和埋设测缝计。

4.1.2 大坝拱垛加固

根据梅山连拱坝拱、垛裂缝分布情况及大坝动力分析和抗震安全复核成果，拟定大坝拱垛加固方案，主要内容为：1#～4#、14#～ 16#拱采用在下游面喷射150mm厚CF30钢纤维混凝土并配置受力钢筋网加固；各垛上游面板内侧、5#～12#垛墙外侧、4#垛东墙外侧及13#垛西墙外侧均采用现浇600mm厚C30钢筋混凝土加固；1#～3#、14#～15#垛墙外侧、4#垛西墙外侧、13#垛东墙外侧以及3#垛墙内侧下游端现浇400mm厚CF30钢纤维混凝土并配置受力钢筋加固；各垛内侧上游底端高应力区均采用C20微膨胀混凝土填充加固。

4.1.3 大坝基础处理

本次大坝基础处理的主要内容为：

（1）在1996～1997年帷幕补强的基础上，对未补强区域的帷幕进行检查，并予以必要的补强和延长。由于岸坡陡裂隙发育，补强帷幕孔距均为1.5m。帷幕孔深按深入坝基相对不透水层（漏水率不大于3.0Lu）以下一个灌浆段5m控制。

（2）增设水平排水孔及左坝头绕渗排水孔，疏通原有排水孔。排水孔设计孔径170mm，钻孔走向要求避开1963年加固时布设的预应力锚索且不能钻穿坝基防渗帷幕，要求距预应力孔不小于1.0m，距帷幕线不小于2.5m。

（3）右岸重力墩新老混凝土结合面接缝灌浆4295m2。

4.1.4 上游坝面防护处理及大坝观测

上游坝面防护处理采用涂刷赛柏斯（XYPEX）。

大坝观测是在原有观测项目基础上新增对坝体裂缝及钢筋应力、坝温、坝体水平位移、坝基排水孔水位、坝基排水孔渗压渗流、气温、水温等七个项目进行自动化监测，并对梅山水库水情自动测报系统进行升级改造。

4.2 溢洪道加固工程设计

溢洪道按维持原规模不变进行抗震加固和缺陷处理，主要加固措施为：更换7扇工作闸门及其埋件和启闭机，新工作门按最高挡水位133m设计。拆除重建启闭机房及排架，新建桥头堡，改建公路桥；高程136.77m以上闸墩拆除重建；左导水墙向下游接长54.7m等。

4.3 新建泄洪洞设计

根据本次除险加固调洪计算成果，校核洪水位139.93m时泄洪洞最大下泄流量为1800m3/s，老泄洪洞最大泄量仅为685m3/s，远不能满足要求。若对老泄洪洞进行扩建，则右坝头需挖开，而右岸坝基曾于1962年发生基岩错动大面积漏水事故，并于1963年放空水库进行过加固处理。本次加固若在右坝头实施大开挖则风险过高，故在左岸新建一条泄洪洞，新洞进口距离左坝头约300m，出口位于厂房下游约70m。

4.3.1 新建泄洪洞结构布置

新建泄洪隧洞为深式有压短进口的明流无压洞，总长431.4m，最大下泄流量1800m3/s。工程实施阶段，根据水工模型试验成果，进一步优化了隧洞的体型和出口消能设计。新洞进口底槛高程110.0m，进口控制段长36.733m，设置12.0m×9.41m平板事故门及12.0m×8.0m弧形工作闸门各一扇。事故闸门前为三向收缩喇叭口。在弧形工作门后，为抛物线段、斜坡段和反弧段连接而成的“龙抬头”曲线与下部平洞段相接。洞身标准段断面为圆拱直墙式城门形，宽9.0m，直墙高度8.0m，拱高2.5m。为避免拆迁电站出口线塔，出口箱涵采用平直（不扩散）加挑坎出流。

4.3.2 洞身围岩处理

进口高开挖边坡局部破碎部位采用C20混凝土喷锚支护并挂φ8钢筋网。洞身局部断层掏挖后回填混凝土处理。

洞身自进口～反弧段末端及出口前19m长平段采用全断面钢筋混凝土衬砌，并全断面布置锚筋，两边墙下部各布置2道排水孔（出口段顶拱两侧各增设1道排水孔），衬砌全断面布置固结灌浆孔，其中顶拱固结灌浆孔兼作回填灌浆孔。

其余平洞段为直墙及底板三面钢筋混凝土衬砌，顶拱喷50mm厚素混凝土，底板及边墙上部均布置锚筋，两边墙下部各布置2道排水孔。

4.4 发电引水钢管加固设计

垛内发电引水钢管主要采用防爆裂外包0.695m厚钢筋混凝土加固，使其由坝内明管转变为坝内埋管；将上平段处原蝶阀及通气阀等予以更换；进口检修门、启闭机和尾水检修门更新。

发电钢管外包钢筋混凝土后，因新增重量远超原摇摆支座承载力，为保证加固后钢管仍能维持上下自由伸缩滑动，拆除原摇摆支座，在原隔墙顶及两侧新建扩大支承，并在扩大支承混凝土顶部和钢管外包混凝土底部分别埋设钢板，以减小钢管伸缩移动时的摩阻力，同时在钢管下方120°范围（伸缩节段为沿全管周）增设软垫层。

4.5 老泄洪洞加固设计

老泄洪隧洞不再承担泄洪任务，改建为补充灌溉（发电）引水洞。进口闸门改建为检修门，更换闸门、启闭机和部分埋件；更换出口工作门及埋件。

4.6 放水底孔加固

放水底孔按恢复其原设计的放空水库及冲砂功能，不再承担补充灌溉放水任务进行缺陷处理，主要加固内容为：更新进口事故门和尾水检修门，出口工作门及门槽维修，对局部混凝土空蚀等缺陷进行修复。

5 结语

本次梅山水库除险加固消除了工程存在的诸多安全隐患，并使水库达到了为淮干蓄洪5亿m3后还能满足500年一遇洪水设计和5000年一遇洪水校核的防洪标准，同时按汛限水位时能安全下泄河道安全泄量1200m3/s的要求扩大了水库的泄洪规模。除险加固后工程运行良好。

[1]王久晟，等.梅山水库除险加固工程增加泄洪建筑物对下游河势的影响研究.安徽省·水利部淮委水利科学研究院，2009，10.

[2]安徽省梅山水库除险加固工程竣工地质报告.安徽省水利水电勘测设计院，2010，12.

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2015-8-12