浅谈青龙县孟圈水库除险加固工程建设

　　摘要：结合孟圈水库工程的缺陷和隐患,提出了适宜该工程的除险加固设计方案。对拦河坝、溢洪道、放水洞、工程观测、房屋改造、电气、金属结构等项目进行了除险加固建设。实践证明,该工程加固效果较好,有效发挥了其防洪、灌溉等综合效益。
　　关键词：水库大坝,除险,加固,效果较好
　　1. 工程概况
　　
　　孟圈水库坐落在青龙县境内的青龙河支流南河上,坝址位于河北省秦皇岛市青龙县青龙镇孟家铺村附近。水库坝址以上控制流域面积23km2，加固后设计总库容162.4万m3，是一座以防洪、灌溉为主兼顾养殖等综合利用的小（1）型水库。水库于1970年8月动工兴建，初建时未经设计，直至1973由青龙县水电局补做设计，1974年水库主体工程完工投入运用。
　　水库枢纽工程主要由拦河坝、溢洪道和放水洞等组成。拦河坝坝型为圆弧型等半径浆砌石单曲拱坝，混凝土心墙防渗，坝顶高程121.5m（为假定高程系统，以下同），最大坝高22.5m，坝顶长125.6m，宽2.0m，上游侧设有高1.0m的浆砌石防浪墙；坝顶中心线圆弧半径60m，中心角120°。溢洪道为无闸门控制的坝顶实用溢流堰，位于拦河坝中部主河槽部位，堰顶高程117.0m，进口宽50m。放水洞位于拦河坝左侧，为埋设在坝内的φ80cm的钢管，进口底高程101.5m，出口采用手动闸阀控制，并设阀门室。
　　2.工程除险加固前存在问题
　　孟圈水库建成运用30年来，在防洪、灌溉及养殖等方面发挥了较为明显的效益。但由于水库属“三边”工程，存在着影响大坝安全的问题。
　　（1）渗漏问题
　　坝体渗漏严重，主要原因是施工质量差，浆砌石中水泥砂浆缝隙充填不实，加之反复的冻融破坏，以及坝体内渗透水流的侵蚀，使砂浆与砌体分离，导致砌体之间的缝隙不断加大，渗漏越来越严重，水库运行存在极大的安全隐患。
　　（2）右坝肩与山体结合处，岩石开挖不彻底，风化岩没有清除干净。
　　（3）在校核洪水位工况时，拱冠梁上游的拉应力在111.54m、106.54m、101.54m处均超出允许拉应力值（10kg/cm2），不能满足规范要求。
　　3.针对工程地质情况确定处理措施
　　坝址区内存在的主要工程地质问题：坝基渗漏、坝体渗漏等。
　　坝基中部及左侧基岩透水率均小于5Lu，渗漏性较小，仅在右侧MQZ03孔基岩顶部透水率较大，达36.7Lu，属中等透水，推测该部位坝体浆砌石和基岩接触面漏水。
　　大坝坝体为人工砌筑浆砌石，根据钻孔注水试验，渗透系数（k）平均值为1.72×10-3cm/s，属中等透水。根据安全鉴定报告所述，该水库属于“三边”工程，浆砌石砌筑质量差，砌石缝中的砂浆填塞不饱满，坝体防渗结合面处理不彻底，目前主要是右侧坝体渗漏严重。
　　针对上述问题，本次除险加固主体工程为坝基、坝体防渗处理，处理方案采用上游面浇筑混凝土防渗面板。
　　4、工程设计标准
　　根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）划分，属小（1）型水库，工程等别为Ⅳ等，主要建筑物按4级设计。根据《防洪标准》（GB50201-94）,确定水库的设计标准为50年一遇洪水，校核标准为300年一遇洪水。孟圈水库库区地震动峰值加速度为0.05g，相当于地震基本烈度Ⅵ度区，根据《水工建筑物抗震设计规范》（SL5073-2000）,建筑物的地震设计烈度为6度。
　　5、工程的除险加固设计
　　5.1拦河坝加固设计。
　　拦河坝为圆弧形等半径浆砌石单曲拱坝，坝顶上游侧设浆砌石防浪墙，防渗体为混凝土心墙，拦河坝中部主河槽部位为坝顶式溢流堰，堰上无交通设施。拦河坝加固主要项目包括上游混凝土防渗面板和坝顶改建。
　　（1）上游混凝土防渗面板
　　首先将拦河坝上游坝脚处覆盖土和基岩进行开挖，并对坝体上游面进行清缝、凿毛，冲刷干净后进行混凝土面板浇筑。混凝土面板在坝顶处厚50cm，坝基处厚1.5m，面板基础深入弱风化岩深度不少于1.0m；非溢流坝段面板坡度为1:0.294，溢流坝段1:0.127。面板与原坝体间采用Φ20锚筋连接，锚筋间距1.0m，梅花型布设，锚筋与面板钢筋网焊接。溢流坝段结合溢流堰混凝土拆除重建，将上游混凝土防渗面板与新建溢流堰混凝土一起浇筑形成整体。上游面板混凝土等级为C25W6F200，采用聚丙烯纤维混凝土；混凝土面板分块浇筑，共设置横缝5道，横缝采用预留宽缝形式，内设插筋，待面板混凝土达到稳定温度后，进行宽缝二期混凝土浇筑，二期混凝土采用微膨胀混凝土。
　　（2）坝顶改建
　　坝顶浇筑厚10cm的混凝土护面，并对防浪墙采用厚2cm水泥砂浆抹面处理；坝顶下游侧增设钢管栏杆。
　　坝顶护面混凝土浇筑前，首先对表面进行凿毛清理，再浇筑厚10cm的混凝土（C20F200）路面，采用单侧向下游排水，坡度1.5%。
　　5.2溢洪道工程。
　　工程主要包括堰面混凝土拆除重建、坝顶增设人行便桥和下游防冲刷处理。
　　（1）溢流堰改建
　　首先将现有溢洪道堰面凿除，露出原浆砌石坝体；在结合面上布设φ20锚筋，单根长2.0m，间距0.75m，梅花型布置；将浮渣清理后用水冲洗干净，再浇筑混凝土堰面，堰面混凝土采用聚丙稀纤维混凝土，等级C25W6F200，聚丙烯纤维掺加量为1kg/m3；将新建溢流堰混凝土与上游贴面混凝土浇筑成整体。
　　改建后溢洪道仍为开敞式实用堰，堰面曲线段采用WES幂曲线。
　　（2）堰顶人行便桥
　　为便于工程管理，在溢洪道顶增设人行便桥，为保证泄洪安全，桥底按高于校核洪水位不小于0.75m考虑。新建人行便桥中心线位于半径60.5m的圆弧上，分5跨布置，上部结构采用5×9.92m普通钢筋混凝土连续空心板，桥面总宽为2.2m。连续空心板采用满堂支架现浇方式进行施工，连续板混凝土强度等级为C30，板厚0.5m，采用一板四孔，开孔直径均为0.34m。便桥共设2道改性沥青伸缩缝，分别设置在桥台处。桥面采用C40W4混凝土铺装，铺装内设Φ8间距10cm钢筋网，桥梁两侧设置钢管栏杆。支座采用GYZ150×35mm板式橡胶支座和GYZF4150×37mm四氟滑板支座两种形式。
　　（3）坝体下游防冲处理
　　目前溢洪道下游坝体防冲面板下部掏刷严重，形成部分临空面，为保证坝体安全，对掏空部位进行清淤并开挖至基岩，再采用M7.5浆砌石回填密实。
　　5.3放水洞工程。
　　主要配合金属结构更新改造，将出口阀门室和闸阀支墩拆除重建，拆建阀门室面积20m2，其基础和新建闸阀支墩形成整体，采用混凝土结构，混凝土等级C20F200。
　　5.4工程观测。
　　观测项目主要包括：拦河坝坝顶垂直和水平位移观测、拦河坝坝基渗流压力观测、绕坝渗流观测以及库水位观测。
　　渗流压力观测采用测压管，在断面桩号分别为0+30和0+90下游坝基处，各布设1个坝基渗流压力观测点，并在左右坝肩下游各设两个绕坝渗流测点。拦河坝坝顶垂直位移观测采用水准测量，在溢洪道两侧台阶和中墩各设置1个垂直位移测点，拦河坝两端各设1个起测基点，埋设在稳固的基岩上；坝顶水平位移观测采用前方交会法测量，测点布设同垂直位移测点，工作基点设两个，校核基点设一个，布置在坝体下游两岸岸坡基岩上；水位观测采用水尺，分别在溢洪道左、右两侧各布置1个测点。
　　5.5房屋建筑工程。包括水库管理用房及放水洞出口阀门室。
　　放水洞出口阀门室建筑面积20m2，采用坡屋顶，新建管理用房建筑面积90m2，兼做防汛值班室。结构类型为一层砖混结构，基础为条形基础，屋顶为油毡瓦混凝土现浇坡屋顶，墙体材料为承重页岩砖，外饰面采用米黄和橙色的外墙涂料。
　　5.6电气改造设计要点。为满足防洪度汛需要，针对水库电气设施存在的问题，对新建管理房、放水洞出口阀门室和拦河坝坝顶进行配电照明设计，防雷接地及过电压保护系统设计，以满足防洪度汛需要。
　　（1）照明设计
　　对于工程管理用房、阀门室和坝顶增设照明设计,坝顶和阀门室照明电源引自距管理处200m的0.4kV线路处引接至新建管理用房照明箱，再从照明箱以0.4KV的电缆埋管线路引至坝上照明、以220V的电缆埋管线路引至阀门室。
　　（2）防雷接地及过电压保护设计
　　为防止雷电对电气设备及对人身危害，在管理用房顶设防雷带。为防护感应雷进袭波，在进线终端杆上装设氧化锌避雷器。在管理用房等设有用电设备的建筑物内，按照规程规范要求均作必要的室内接地网，接地电阻不应大于4Ω，应满足规范要求。
　　5.7金属结构改造设计要点
　　改建后的放水洞结合拦河坝坝上游混凝土贴面，进口埋设钢管，将放水洞延长，钢管前端设拦污网，出口设置1个暗杆手动闸阀，闸阀直径￠800mm，手动操作，密封面材料为铜合金，闸阀自重1797kg。闸阀前端通过伸缩节、钢管和放水洞原有钢管相连，闸阀后通过伸缩节与一段钢管相连，钢管末端即为放水洞出口。钢管总长3.3m，直径￠800mm，钢管重约1.3t。
　　闸阀采用喷锌+涂料进行防腐，涂料采用环氧云铁防锈底漆，面漆采用超厚浆型环氧沥青防锈漆，以达到长效防腐目的，防腐面积20m2。
　　6.结论
　　通过分析该工程的隐患所在,依据规范对大坝坝坡稳定、渗透稳定性进行了分析，在拦河南工程、溢洪道工程、放水洞工程施工中严格按施工填筑参数控制压实质量、铺筑厚度、材质级配等各项指标。工程加固后至今运行良好,故实践证明其所采取的除险加固措施取得了较好效果，值得推广。
　　参考文献
　　[1]SL174-96.水利水电工程混凝土防渗墙施工技术规范[S]
　　[2]曹欣春.水库大坝安全事故防洪与除险加固技术标准手册[K].北京:北京中软电子出版社,2004..
　　[3]河北省水利水电勘测设计研究院.青龙县孟圈水库除险加固工程初步设计报告（核定稿）.2008.12

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