老虎沟水库拦河坝除险加固工程设计

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　　【摘 要】老虎沟水库溢流坝段为浆砌石框架格填碴坝，非溢流坝段为浆砌石重力墙堆石坝，结构复杂。本次除险加固根据工程存在问题及结构特点，对拦河坝采取坝体充填灌浆、坝基帷幕灌浆、非溢流坝段加高等加固措施，解决了拦河坝防洪标准偏低及稳定等安全因素，保证了工程的安全运用。
　　【关键词】拦河坝；除险加固
　　1 工程概况
　　老虎沟水库是滦河水系洒西河支流横河中下游的中型水利枢纽工程，总库容为1328万m3，控制流域面积338km2。水库是以防洪为主，兼顾灌溉、发电等综合利用的水利枢纽工程，由拦河坝、泄洪洞、输水洞、电站等建筑物组成。拦河坝溢流坝段为浆砌石框格硬壳填渣坝，非溢流坝段为浆砌石重力墙堆石坝。
　　水库存在的主要问题是：水库现状防洪标准偏低，达不到规范要求；拦河坝基底应力、整体抗滑稳定均不满足规范要求；混凝土溢流堰面裂缝严重，过流时坝内浆砌石拱框格受力增大，裂缝加宽，浆砌石拱圈一旦塌陷失稳，水流将冲刷堆石，导致溃坝等。
　　2 水文规划
　　2.1工程等级及洪水标准
　　老虎沟水库属中型水利枢纽工程，主体工程为Ⅲ等，拦河坝等建筑物为3级，设计洪水重现期定为50年，校核洪水重现期定为1000年。
　　2.2水文气象
　　横河发源于兴隆县的獐帽山，河流全长64.6km，其中水库坝址以上长52.2km，主河道纵坡6.3‰，坝址以上流域面积为338km2，年来水量为7500万m3，多集中在7～10月份，该地区冬季干冷，夏季酷热多雨。多年平均气温为10℃，最高气温40℃，最低气温-20℃，无霜期为120d，冻土深度为0.8m。
　　2.3设计洪水
　　设计洪水复核采用了洪水系列法、承德水文手册法、承德水文图集法共三种方法。考虑到洪水系列是本流域资料分析的成果，且洪水系列较长，具有一定的代表性，因此，采用洪水系列法推求的设计洪水成果。
　　老虎沟水库设计洪水成果表
　　重现期（年） 1000 500 100 50
　　洪峰流量（m3/s） 6180 5640 3410 2640
　　24h洪量（万m3） 16500 15200 9670 7730
　　2.4泥沙
　　水库多年平均输沙量为3.1万m3。
　　3 工程地质
　　3.1区域地质概况
　　工程区位于燕山沉降带之中部，南邻华北断坳，为典型的山区地貌。根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001），兴隆县地震动峰值加速度为0.10g，地震动反应特征周期为0.40s，相当于地震基本烈度Ⅶ级。
　　区域内出露的地层主要为震旦亚界长城系高于庄组白云岩和第四系坡残积含壤土碎石及冲洪积卵砾石。
　　地下水类型为第四系孔隙型潜水和基岩裂隙水。第四系孔隙型潜水主要分布在河谷卵砾石层中。基岩裂隙水主要储存在白云岩风化裂隙带及地质构造中。地下水主要靠大气降雨补给。
　　3.2拦河坝
　　坝址区两岸工程地质自上而下为：含壤土碎石，厚度约1.0m左右；含碎石壤土，厚度约1.5m；含燧石结核条带白云岩，强风化，节理较发育。
　　河床地层岩性自上而下为：卵、砾石，最大厚度约9m；含燧石结核条带白云岩，强风化，厚度未揭穿，勘探岩芯节理较发育。钻探取芯揭示在0.9～5.9m处的岩芯较破碎，节理发育，岩石的单位吸水量达0.216L/min·m·m。混凝土与基岩接触面抗剪断强度=0.72，=0.35mPa，浆砌石与基岩接触面=0.0.68，=0.30mPa。
　　3.3大坝堆石体
　　堆石体是由不良级配的角砾、碎石及块石组成，堆石体中的块石大部分处于“架空”状态，密度较小，孔隙率较大。拱圈采用“蒙头浆”的方式砌筑，整体性差。
　　3.4混凝土防渗墙
　　混凝土防渗墙岩芯获得率较高，未发现混凝土有漏水现象，岩芯较密实，表明混凝土防渗墙基本不漏水或具有微弱透水性。
　　混凝土防渗墙与坝下基岩接触部位有缝隙，勘探时漏水明显。两钻孔揭露混凝土与基岩结合部位的单位吸水量分别为0.848L/min·m·m、 0.159L/min·m·m，为中等透水性。
　　4拦河坝加固
　　为了提高水库的防洪能力，满足设计规范要求，将老虎沟水库的校核防洪标准由现状不足500年一遇，提高到1000年一遇。工程设计采用非溢流坝段大坝加高方案。
　　4.1原坝体充填灌浆加固
　　为提高坝体的整体性，采用加砂水泥浆对坝体上下游侧浆砌石墙之间的堆石体进行充填灌浆，使其形成整体。充填灌浆孔均布置在下游坝坡，施灌时分序进行，1序孔布置2排，排距4.3m，孔距2m；2序孔布置3排，在1序孔之间和1序孔与坝体上下游侧浆砌石墙之间布置，孔距1.5m。所有灌浆孔均布置成梅花行，钻孔深入基岩5cm后终孔。坝体灌浆后，两岸非溢流坝段的下游坝坡改为浆砌石护坡，坡比不变。溢流坝段为框格硬壳填渣坝，坝体内部框格墙、拱圈浆砌石均采用蒙头浆砌筑，浆砌石疏松局部沉陷。为提高坝体的整体性，采用加砂水泥浆将框格内填碴进行充填灌浆，使其形成整体。根据现有框格尺寸，在每一个框格的横断面中心线上，按照等距离控制的原则布设1序孔2个，根据施灌情况，布设2序孔6个。
　　4.2坝基渗漏处理
　　坝基为强风化白云岩，岩节理裂隙比较发育，岩芯不完整，单位吸水量较大；混凝土防渗墙与坝下基岩接触部位有缝隙，漏水明显。为了封堵坝基渗水及混凝土防渗墙与坝下基岩接触渗漏，对坝基进行帷幕灌浆处理。
　　（1）防渗帷幕轴线的布置
　　由于坝体内未设置廊道，防渗帷幕布置在坝体上游。在坝体浆砌块石重力墙前浇筑一个混凝土基础平台，厚度为2.0m，平台宽2.5m，防渗帷幕轴线布置在平台上，距坝面1.5m，帷幕线沿基岩面上升到坝顶端部。 　　为保证防渗帷幕与原坝体防渗芯墙形成防渗整体，对浆砌块石重力墙与墙前混凝土基础平台接触的范围内进行灌浆，灌浆孔垂直于墙面，孔深入坝体防渗芯墙混凝土20cm，间排距1.5m，分3排成梅花形布置。灌浆后采用砂浆锚杆与墙前混凝土基础平台连接。
　　（2）防渗帷幕的深度
　　老虎沟水库的最大坝高为31.5m，属于中坝，规范要求帷幕灌浆深度达到的基岩相对隔水层的单位吸水量为不大于0.03L/min.m.m，从钻孔资料看，坝基不存在相对隔水层，经分析帷幕钻孔深度深入基岩15m。
　　（3）帷幕灌浆孔的布置
　　根据岩石的风化程度、破碎情况，采用单排铅直孔，拟定帷幕灌浆孔的间距为2.0m。灌浆时逐次加密施灌，并根据地质条件的变化和实际吃浆量，调整灌浆孔的深度和间距。
　　4.3非溢流坝段坝顶加高
　　将非溢流坝段坝顶加高0.5m。拆除现有坝顶防浪墙及坝顶混凝土路面，将上游浆砌石墙及其混凝土防渗芯墙接高至坝顶，坝顶宽2.5m，坝顶上游侧新建混凝土防浪墙，墙厚40cm，墙高1.0m，防浪墙与坝体防渗芯墙形成防渗整体，新修坝顶路面为混凝土路面，厚16cm。
　　4.4溢流坝段加固
　　按上述设计加固后，两岸非溢流坝段的抗滑稳定安全系数、坝体应力均满足规范要求；但溢流坝段的抗滑稳定安全系数、坝体应力仍不能满足规范要求。
　　为此，在上述加固设计断面的基础上，仍需将溢流坝段下游侧浆砌石墙体加宽4m，坝体抗滑稳定安全系数、坝体应力才能满足规范要求。新老结构采用锚杆边接。
　　4.5溢流堰面处理
　　将凿除现有堰面混凝土20cm，清水冲洗后重新浇筑堰面混凝土，混凝土强度等级为C30，堰面设置φ6钢筋网，间排距均为0.1m，新浇筑的堰面混凝土横缝间距为12m。
　　4.6下游防冲设计
　　本次加固将溢流坝段向下游侧加宽4m，下游坝脚处河床覆盖层及部分基岩需进行开挖，溢流坝段加宽后回填开挖弃碴，回填弃碴表面需进行防护，以解决坝后冲坑对坝体造成的威胁，根据国内工程实践经验，在坝体下游设置铅丝石笼防护。防护长度为40m，宽度为105m。护砌前利用开挖、拆除等弃碴将下游冲坑填平。
　　5 结语
　　老虎沟水库拦河坝除险加固后已运行多年，运行情况良好，其为类似工程加固提供了借鉴。
　　参考文献：
　　[1] SL252-2000《水利水电工程等级及划分标准》.
　　[2]河北水利水电勘测设计研究院.老虎沟水库除险加固工程初步设计报告 [R].2003.
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