滴水岩水库病险问题与除险加固施工组织设计分析

储 林

(陕西省安康市紫阳县水利局,陕西 安康 725300)

0 引言

滴水岩水库是紫阳县最大的一座骨干水利工程,位于蒿坪川道上游,居高临下,下游村镇人口居住密集,蒿坪镇及大竹园火车站紧邻主河道干流,且有襄渝铁路,恒紫公路等国家及省级交通干线从下游经过,水库一旦失事,将淹没下游蒿坪、北坪、改革、平川、双星、东关、大竹镇等村镇7处,人口14 032人、耕地6 606亩及襄渝铁路,造成人民群众生命和财产的巨大损失。本文综合滴水岩水库运行现状、安全鉴定及水库除险加固方案相关成果,对滴水岩水库运行管理中一系列病险水库问题进行归纳总结,并对水库的除险加固施工组织设计进行分析,以期为保证水库安全运行奠定基础[1]。

1 工程概况

滴水岩水库位于汉江北岸汉江一级支流蒿坪河上游,工程建于蒿坪镇双胜村滴水岩,距下游蒿坪镇4 km。坝址以上控制流域面积5.65 km2,是一座以灌溉为主兼有防洪等效益的Ⅴ等小(2)型工程,设施灌溉面积4 500亩。大坝为浆砌石重力墙堆石坝,水库设计总库容75万 m3,有效库容52万 m3,死库容2.4万 m3,滞洪库容20.60万 m3。担负着全县粮食主产区蒿坪镇4 500多亩高产农田的灌溉任务,自1975年投入运行来以来,取得了一定的社会效益和经济效益,枢纽工程由大坝、放水卧管、输水洞、溢洪道等部分构成[2]。

2 水库病险问题分析

滴水岩水库枢纽工程于1972年兴建,自1975年竣工投入运行以来,由于条件所限,从滴水岩水库安全鉴定成果资料看,滴水岩水库存在以下主要问题:

(1)大坝迎水面浆砌石重力墙太薄,抗滑稳定安全系数不足。在上游死水位情况下,对浆砌石重力墙进行稳定复核,其抗滑稳定安全系数为1.16,抗倾安全系数为0.87,底部边缘拉应力达1.45 Mpa,对墙体408 m断面以上按空库条件进行稳定复核,其抗滑稳定安全系数仅为0.67,抗倾安全系数为0.65,底部边缘拉应力1.801 Mpa,远小于规范规定的安全系数,抗滑稳定不满足要求,浆砌石重力墙处于极其危险状态。

(2)堆石体下游坝坡不稳。对大坝下游坝坡分别采用毕肖普法和瑞典弧法进行复核,其安全系数分别为1.160和1.131,均不满足规范的要求,坝坡偏陡、不安全。

(3)坝体及浆砌石防渗墙多处裂缝、水库渗漏严重。浆砌石防渗墙,可见裂缝9条,其中纵缝6条,缝宽1～8 mm;最长缝长达60 m,分布于高程420～428 m之间。坝顶中部至右坝肩在堆石与浆砌石防渗墙之间有长约15m的纵向裂缝,张开宽度0.5—3cm,且裂缝部位出现三处沉陷坑,长1.2～3 m,宽0.7～1.7 m,深0.5～0.8 m。坝体下游面坝脚处,出露渗水点6处,属大坝渗漏溢出点,现场流量观测表明,其涌水量达300～1100 ml/s,在库水位415 m情况下,总渗流量为363 m3/d[3]。

(4)坝体填筑质量差,沉降及位移量大。滴水岩水库大坝坝体,采用堆石体填筑,堆石成份为变质的细粒花岗岩,对坝体堆石体检测表明,堆石体的孔隙率在30.6%～33.8%之间,平均值32.3%,不满足《混凝土面板堆石坝设计规范》(SL228-98)之要求。由于坝体填筑质量差,导致大坝沉降量过大,工程运行至今,坝体总的沉降量达0.5 m,最大水平位移量为0.45 m。

(5)输水洞严重裂缝漏水。输水洞施工质量差,多处出现裂缝,进口底部与左侧墙交界处出现长0.65 m裂缝,裂缝宽2～4 mm,涵洞进口左侧墙出现1.9 m长斜裂缝,缝宽1～3 mm,涵洞进口顶部与侧墙出现射流达30多处,渗漏严重,渗漏水量达5 L/s。

(6)水库淤积严重。水库以上流域植被一般,年平均入库泥沙约0.42万 m3,每平方公里侵蚀量880 m3,原设计死水位406.2 m,现已淤积至412 m,淤积量约13万 m3,减少兴利库容10.6万 m3。由于管理不善,原设计的拉沙闸,已埋于泥沙之下,不能正常工作。

(7)溢洪道无交通桥及消能设施。溢洪道无交通桥,左右岸无法连通,给工程运行管理带来极大的不便。

(8)大坝安全监测设施不健全,长期不能开展监测工作。

3 水库除险加固必要性分析

(1)蒿坪镇集镇骨架不断增大,人口增长速度加快,原供水源已无法满足集镇发展的需要,又无新的水源可开发,该水库除险加固正常运行后,不仅能发挥其灌溉功能,更能解决集镇人民生活用水,对小集镇的发展将起到不可估量的经济和社会效益[4]。

(2)消除安全隐患、保证水库的正常运行。滴水岩水库属70年代修建的“三边”工程,枢纽工程系组织当地民工施工,加之当时人力、财力、物力的限制,工程施工未严格按原设计施工规范操作,投入运行后,曾出现各种工程质量问题,隐患四伏,加入资金缺乏,无法更新维修使水库常年带病运行,不能发挥应有的效益。通过除险加固使水库恢复其原有功能,提高灌溉保证率,促进灌区经济发展和人民生活水平的提高是十分必要的。

(3)改善局部环境。除险加固后,不仅能使水库发挥其应有的经济效益而且有利于改善局部环境,种树栽草,防止水土流失,加快山川秀美工程建设。

(4)滴水岩水库大坝为浆砌石重力墙堆石坝,其重力墙安全系数远小于规范要求,当水库水位下降时,重力墙有倾覆倒塌之危险。原设计按20年一遇洪水设计,100 a一遇洪水校核,其设计标准低于现行标准要求。因此,必须采取工程措施,提高浆砌石重力墙的安全系数,并对溢洪道进行除险加固,以满足现行规范要求,使水库安全运行。

4 水库除险加固施工组织设计

滴水岩水库位于汉江一级支流蒿坪河上游,工程距下游蒿坪镇仅4 km,有临时公路可从蒿坪镇直达大坝左岸,交通较为便利。由于本工程是已成工程,因此一些临时设施,主要材料的堆放仓库,施工机械停放场,临时生活区等均可利用现有场地合理布置,且本工程建筑物布置比较集中,施工条件较好。本次加固工程主要的建筑材料有砌石料、水泥、石子、钢材、木材,由于用量均不是很大,都可从当地购进,施工用电用水及通讯就近引取,能满足工作需要[5]。

4.1 施工导截流

由于砌石重力墙在空库时稳定难以保证,因此大坝加固处理采用边降低库水位边加固重力墙的施工方法,库水从输水洞下泄,放空水库后,采用围堰截流,利用枯水季节进行库区清淤和冲沙闸的加固修建,待冲砂闸完成建设后,利用冲砂闸导流,进行砼面板施工。

4.2 主体工程施工

主体工程施工包括:(1)浆砌石重力墙的稳定加固;(2)砼防渗面板的浇筑;(3)冲砂闸恢复与加固;(4)输水洞渗漏处理;(5)溢洪道衬砌和削坡等工作。

4.2.1 浆砌石重力墙的稳定加固

浆砌石重力墙采用预应力锚固法加固,施工时首先浇筑下游框格梁,然后从下游造孔安装预应力锚索,施加预应力,每根锚索施加35 T预应力。

4.2.2 砼防渗面板浇筑

砼防渗面板从高程408 m浇起至425.60 m结束,面板底部厚1.0 m,顶部厚0.5 m,浇筑砼总方量0.12万 m3。

4.2.3 冲砂闸恢复与加固

冲沙闸采用人工清除闸前泥沙,并浇筑放水塔,总计浇筑砼方量302 m3。

4.2.4 输水洞渗漏处理

输水洞裂缝用人工开槽,环氧砂浆封口,环氧基液充填。

4.2.5 溢洪道衬砌及削坡

溢洪道砼衬砌采用机械拌合,罐车运送,混凝土泵入仓、人工振捣,左岸山坡采用人工放炮开挖,总计砼浇筑167 m3,石方开挖1 536 m3。

4.3 施工总体布置

施工场地布置应尽量减小物资器材的倒运,本着少占耕地农田、因地制宜、合理布局、加快工程建设的原则综合考虑,既有利于生产,又方便生活、易于管理。根据工程工作面多的实际情况,可多处同时施工。施工辅助企业及生活区依据工作面位置可分散布置。该工程属加固改造工程,枢纽区的交通只需对路面进行处理,其交通尚为便利。枢纽上、下游均有平地,施工辅助企业大部分可置于此,用水用电也较方便。

4.4 施工总进度

根据本工程的施工特点及施工企业的情况,应统筹安排各项目的施工进度,前后兼顾、合理衔接,最优施工工期拟计划为12个月。其中施工准备期2个月,主体工程施工10个月,从第一年的7月至第二年的6月,完成土石方开挖0.194万 m3,混凝土浇筑0.215万 m3。库区清淤1.70万 m3,钢筋制安119.4 T,锚索68根,灌浆总进尺585 m。

5 结语

通过对水库常见病险问题及除险加固施工组织设计进行研究,认为进行除险加固是十分必要的。制定切实可行的除险加固措施可确保水库远期安全运行,更好的发挥水库效益。通过除险加固后消除不安全隐患,使水库得以正常运行,对下游人民群众和重要建筑物的安全将起到有效的保护作用。