闹德海水库除险加固工程施工措施探究

闹德海水库除险加固工程施工措施探究

闹德海水库除险加固工程施工措施探究　　摘要：通过安全鉴定，确定大坝、输水涵洞存在许多安全隐患，采取除险加固工程措施，消除了工程隐患，改善了大坝的安全水平。关键词：闹德海水库除险加固工程措施工程质量运行效果中图分类号：TV697文献标识码：A文章编号：1672-3791（2013）04（b）-0055-021工程概况及存在的主要问题1.1工程概况闹德海水库位于辽河支流柳河上游，辽宁省彰武县境内，是一座以防洪滞沙、工业供水、农业灌溉等综合利用的大（二）型水库。工程始建于1938年，建成于1942年建库后经过1965年加固，1970年改建以及1991年至1994年的消险加固工程。水库主体工程由挡水坝、溢流坝及泄洪排沙孔组成。大坝高44.5m，坝长167m。大坝按百年一遇洪水设计，千年一遇洪水校核。设计洪水位为189.56m，相应库容为1.368亿m3，洪峰流量7630m3/s；校核洪水位为193.11m，相应库容2.227亿m3，洪峰流量12900m3/s；兴利水位为181.50m，相应库容0.5亿m3。1.2存在的主要问题8n大坝安全鉴定结论为：（1）工程质量评价：本工程系伪满时期建成，由于年代久远，加上政府更迭，已无处查找当时大坝施工建设资料。（2）防洪标准校核：在水库现有运行方式下，水库实际防御洪水能力不能满足要求，现状坝顶高程低于计算坝顶高程，不满足规范要求；在现有运行方式情况下，闹得海水库防洪安全性分级为C级。（3）渗流安全评价：1999年至2002年绕坝渗流观测资料表明，两岸岸坡沿垂直坝轴线方向的水力坡降小；防渗帷幕作用不大，绕坝渗漏严重。现场检查发现大坝下游左右岸岸坡渗流严重，渗流点密布，部分岸坡因渗流冲刷形成孔洞。由于岸坡坝段渗流和绕坝渗流严重，大坝渗流部分评价为C级。（4）结构安全评价：受高速水流冲刷及冻融剥蚀严重破坏，溢流堰面混凝土已出现严重剥蚀现象，普遍出现麻面，骨料裸露，平整度不够。溢流坝护坦长度不足20m，且无其它效能设施，其下游冲坑经过洪水冲刷，冲坑深度近10m，深坑面积达12008nm2，且呈不断加深、加大趋势，已对大坝的安全构成威胁。大坝表面及廊道内裂缝严重，4#、5#、6#桥墩产生贯穿性裂缝，大坝上游岸坡岩体风化冻融严重，已出现坍塌、滑坡趋势。由于以上诸多问题，大坝主体结构安全评价为C级。（5）金属结构分析评价：排沙孔1#、2#、4#、6#、7#启闭机的启闭容量不足及超过使用年限等，不能满足闸门启闭的正常运行，存在重大安全隐患；输水洞闸门因腐蚀条件需要更换的构件数不满足规范要求，启闭机容量不足，不能满足闸门正常运行，存在重大安全隐患。金属结构安全性评价为C。水利部大坝安全管理中心坝函[2005]989号文《关于柴河等六座水库三类坝安全鉴定成果的核查意见》，确定闹德海水库为Ⅲ类坝，应及时对大坝进行除险加固。闹德海水库除险加固工程主要项目有：坝下消能工程、帷幕灌浆工程、不稳定岸坡喷锚工程、增设排沙底孔和中孔检修闸门配套工程、输水洞改造工程、坝体缺陷裂缝处理工程、工程观测系统。工程设计总投资6328.02万元。2除险加固工程措施2.1坝下消能工程2.1.1工程现状闹德海水库溢流坝施工到护坦时，处于日伪投降，工程没有按照预定的图纸施工，坝下消能施工搁浅。现有的水库溢流坝下护坦长不足20m，没有任何消能工程。本次初设实测坝前冲坑最深处高程145.2m，冲坑深度近6m，面积达1200m2，上述问题直接威胁大坝的安全。2.1.2工程措施本次设计坝下消能方式采用底流消能中的消力池方案，由于溢流坝下护坦已经断裂，先拆除此护坦，在新设计10m长、2m厚护坦后接消力池，消力池斜坡段长13m，坡比1∶4.0，池长37m，池宽45m，池深3.58nm，池底高程147.7m，底板厚度2.0m。消力池接原天然河道。消力池混凝土采用C25、F200，为了防止高速水流对消力池混凝土的冲刷破坏，在底板表层采用0.65m厚的聚丙烯纤维二级配抗冲耐磨混凝土，聚丙烯纤维掺量1kg/m3。底板下设直径25mm锚筋，锚筋间距2.0m，面层配直径16mm、间距0.2m的钢筋网，锚筋下部插入新鲜岩石2.0m，上部与钢筋网焊接。对于坝后冲坑和底板下超挖部分，采用C10混凝土回填。消力池底板设直径0.1m的排水孔，呈梅花形布置，间距3.0m。底板向两岸护砌至153m高程。对消力池范围内的两岸岸坡，清除表层强风化岩并敲掉活动岩石，确保岸坡稳定。2.2帷幕灌浆工程2.2.1工程现状闹德海大坝每年蓄水后，两岸绕渗现象很严重，两岸绕坝渗流出露点较多，主要分布于坝下游150m范围内，左岸多于右岸，出露高程一般在155.0m以下。产生绕坝渗漏的原因主要还是坝基岩体完整性差，库水沿裂隙渗漏，渗漏量加剧不利于大坝的安全与稳定。虽然1994年对坝基和岸坡进行了灌浆处理，但岸坡布孔为单排，效果较差。2.2.2工程措施由于绕坝渗漏现象比较严重，所以帷幕灌浆孔布置成双排孔，排距1.7m，孔距28nm，其中，下游排灌浆起止高程从岩面线向下至150m高程，下游排孔深40～50m，上游排孔深为设计深度的1/2。设计防渗标准：ω≤3Lu。2.3不稳定岸坡处理2.3.1工程现状经现场测绘调查，坝址区可能存在的不稳定岸坡主要有两处。（1）右坝端至输水洞进口不稳定岩体。主要为近直立的岸坡，顶部为第四系松散堆积物黄色粉土，较厚，一般厚约2～5m；岩体主要岩性为红褐色火山集块岩及灰色安山岩，节理较发育，个别节理已张开，宽度超过1cm，且有泥质冲填。目前岸坡稳定，存在不稳定因素。　　（2）右岸下游不稳定岩体。该处山体较陡，主要岩性为红褐色安山岩。已有垂向裂隙张开，宽度约2～3cm。为不稳定岩体。目前岸坡较陡，近直立，库水位以上坡面以强风化为主，局部为弱风化，该部位岸坡受河水冲刷力较大，岩质脆，抗冲能力弱。2.3.2工程措施（1）上游右坝头至输水洞进口间岸坡处理。此段不稳定岸坡采用削坡处理，由现近直立的坡放至1∶0.75。岸坡石方开挖采用梯段爆破开挖，边坡采用预裂爆破。处理范围分为以下两部分施工。其中山体开挖面190.08nm高程以下全部进行钻孔、打锚杆、挂钢筋网、喷混凝土处理。锚杆为二级Ф28钢筋，锚杆长度5m，孔距、排距均为2.5m，喷15cm厚C20混凝土。喷射混凝土范围内均布设排水孔，排水孔布置在153.5m、159.5m、165.5m高程，水平间距8m，孔深3m，直径为Ф10cm。（2）下游左岸150m处岸坡处理。此段不稳定岸坡采用削坡处理，岸坡石方开挖采用梯段爆破开挖，边坡采用预裂爆破。开挖随着覆盖层开挖的阶段性进行，由现近直立的坡放至1∶0.6，处理长度约40m，高度50m左右。2.4增设排沙底孔和中孔检修闸门配套工程2.4.1工程现状闹德海水库运用从1942年至1969年为滞洪运用阶段，底孔、中孔均不设闸门，全年敞泄，无兴利效益。从1970年又对大坝进行改建，5个底孔和2个中孔安装了平板钢闸门，5个底孔（1、2、3、4、5号）和2个中孔（6、7号）闸门尺寸相同，均为1.7m×2.35m，5个底孔闸门门槽的底坎高程为151.02m，2个中孔闸门门槽的底坎高程为163.50m。现有工作桥高度不够，工作闸门吊起的最大高度低于设计洪水水位线。2.4.2工程措施8n根据工作闸门起吊要求，并且为了方便工作门槽检修，本次除险加固增加所有底孔和中孔检修闸门及配套工程。将现有倾斜式工作门槽拆除，改为直立式，同时原有工作桥和启闭机房也一并拆除，在闸墩上布置排架结构，排架上设工作桥，工作桥上设启闭机室，启闭机室顶端设工字钢轨道，起吊检修门。2.5输水洞改造2.5.1工程现状水库自2000年经批准增加供水功能，水库改为蓄水运行后，需要增加拦污栅启闭设备。输水洞检修闸门原设计是静水启闭，水库改为蓄水运行后，原检修闸门改为事故检修闸门，要求动水启闭。配合金属结构闸门、拦污栅改造，水工建筑物也需要进行相应改造。闹德海水库1974年增建直径3m、长450m的输水洞。洞内壁只做了厚30cm的混凝土衬砌，未做回填灌浆和固结灌浆，输水洞运行时，大坝下游右岸渗流明显，右岸坝头下部的岩石已产生了冻融破坏，有坍塌、滑坡趋势，严重影响右坝头的安全稳定。输水洞进口处为大面积的风化岩石，汛期经常有岩石滑落现象，淤积库区和淤堵输水。2.5.2工程措施拆除原闸门槽混凝土、进口扩散段、检修层和启闭机室。启闭机室重修，面积25m2。由于平台低于校核水位，须将顶面平台抬高至193.58nm。引水隧洞进口拦污栅槽坡度为1∶0.6，进口采用三面扩散，均为椭圆曲线，以原进口顶点位置不变，布置新的进口。输水洞全线做回填灌浆，部位在顶拱120范围内，排距4m，每排3孔，穿越混凝土结构进入岩石10cm。输水洞全洞做固结灌浆，灌浆孔孔深由衬砌内表面算起为5m，排距3m，每排8孔，全洞线对称布置。2.6坝体缺陷、裂缝处理2.6.1工程现状根据辽宁省水利水电质量检测中心提供的《辽宁省闹德海水库工程安全检测报告》可知，闹德海水库大坝下游坝面混凝土出现多处竖向或近似竖向的裂缝，总数量近百条。下游侧溢流坝面混凝土表面冲刷和冻融剥蚀严重，混凝土表面普遍出现麻面，骨料裸露，表面凸凹不平。左右挡水坝段、溢流坝段混凝土碳化深度均较深，达到43.0～45.0mm。观测廊道内在顶拱上有一条与廊道平行的连续裂缝，侧墙有100余条垂直裂缝，一般缝宽0.2～0.5mm，最大达到0.7mm，局部沿缝有大量的钙质析出，形成宽10cm、厚5～8cm的钙质晶体。2.6.2工程措施大坝下游表面裂缝对于缝宽8