新疆头屯河水库除险加固技术措施探究

来源:用户上传      作者: 马军

　　摘 要：阐述了新疆头屯河水库病险情况及原因，提出了有关加固技术措施。
　　关键词：头屯河水库；除险加固；技术措施
　　1 头屯河水库概况
　　头屯河水库位于头屯河出山口以上约1.50 km，距乌鲁木齐市及昌吉市各约40 km，是一座以灌溉为主，结合城镇生活供水、工业用水、防洪等综合利用的中型拦河水库，由大坝、溢洪道、放水涵洞、泄水隧洞及下游分水枢纽五大部分组成，设计库容2 030万m3，工程等级为Ⅲ等，主要建筑物级别为3级。
　　水库于1965年开始修建，1981年基本建成投入使用。受当时技术和施工条件的限制，输水、泄水设施不够完善，加之头屯河水含河砂量大，对枢纽工程的破坏较严重。到1998年底，水库共淤积泥砂1 400多万m3，占有效库容70 %以上，造成水库防洪标准大大降低，仅能防御30年一遇洪水，水库多处存在险情，严重威胁大坝运行安全。2007年1月头屯河水库被列入第二批全国病险水库除险加固工程专项规划。
　　2 水库病险情况
　　头屯河水库运行多年来，工程存在的主要问题有：（1）大坝上游护坡质量差，坝顶防浪墙（挡墙）抗滑稳定不满足规范要求，左岸坡坝段存在弧形滑裂缝；（2）放水涵洞为坝下埋涵，进口无检修设施及防护措施，进口应急加固工程已超设计使用年限，洞身磨损严重，出口西侧坝脚存在渗漏现象；（3）溢洪道存在基础渗漏及结构破坏，边墙稳定性不足；（4）泄水隧洞进口明渠段基岩未开挖到位，进口无检修设施，洞身围岩破碎，固结灌浆处理不彻底，出口布置不合理，威胁分水枢纽安全；（5）金属结构老化严重，已达报废标准；（6）缺少必要的工程安全观测设施，管理设施落后等。
　　3 除险加固技术措施
　　3.1 大坝
　　3.1.1 上游护坡 根据头屯河水库护坡现状，经综合比较采用混凝土面板结合干砌石护坡方案。即985 m以上为砼面板护坡、985～960 m为干砌石护坡、960 m高程以下采用0.50 m厚格宾笼石护垫。
　　3.1.2 左岸护坡滑塌处理 左岸（桩号范围在0+380～0+420之间，高程在975 m以下范围内）上游护坡滑塌，滑动面裂缝呈南北向，缝宽2～20 cm，缝长约70 m。采用坡上部卸荷，下部放缓护坡，使之稳定。坝顶向下以1∶3坡比至985 m高程，设1～19 m宽马道；以1∶3坡比至975 m高程，设6 m宽马道；以1∶3.50坡比至960 m高程，设1.50m宽马道；以1∶3.50～1∶4坡比至河床。护坡型式同主坝。护坡下设0.50 m厚一层级配碎石护坡。
　　3.1.3 下游护坡 大坝下游为堆石护坡，由于年久失修，坝面坍塌严重，护坡严重缺失。由于坝顶上游防浪墙抗滑稳定不满足要求，需要拆除重建，坝顶又为省级交通道路，考虑施工场地及通行要求，需适当加宽坝顶部位宽度。上游由于闸井房控制，只能从下游加宽。因此从994 m以1∶2坡度向下坡至第二级马道（高程978～980 m），为方便运行管理在高程985 m处设一马道，宽1 m。设计坝坡表层0.25 m厚干砌石护坡，其余为干填堆石。
　　3.1.4 坝顶结构设计 大坝坝顶为省级公路，坝顶净宽度为7.20 m。坝顶路面采用混凝土路面，厚0.25 m，路面设单向排水，坡度2 %。坝顶上游防浪墙采用悬臂式钢筋混凝土结构，墙高4.10 m，墙宽0.55 m，底宽4.05 m，厚0.55 m。下游挡墙采用悬臂式钢筋混凝土结构，墙高3 m，墙宽0.45 m，底宽2.85 m，厚0.45 m。墙及路面每10 m设一道2 cm宽的施工缝；防浪墙每20 m设一照明灯柱。紧贴上游防浪墙设电缆沟，电缆沟内净空尺寸为0.35m×0.35 m。现浇钢筋混凝土和预制混凝土构件组成。
　　3.1.5 涵洞出口消力池西侧排水体 由于涵洞出口消力池西侧挡墙太低，致使西侧排水体被淤积物覆盖，排水不畅，采用将西侧挡墙加高2 m，清除淤积物5 000 m3左右，原排水体拆除0.40 m厚并恢复。
　　3.2 放水涵洞
　　利用原涵洞，在进口增建进水塔，设置事故检修门，更换闸井中工作闸门，对洞身缺陷进行处理。
　　3.2.1 进水塔 进水口采用高塔架方案，即高塔架塔顶高程为995.20 m，与大坝坝顶齐平，塔架基础尺寸20 m×16 m，塔筒为封闭结构，仅设一道事故检修门，检修门尺寸4 m×4.50 m，检修平台高程986 m。
　　3.2.2 涵洞洞身
　　涵洞充填灌浆：运行中在库水位986 m以上时涵洞出口消力池西侧约948 m高程处有渗流，流量约2.50～4.70 L/s。该处位于河槽部位，分析认为涵洞出口西侧的渗漏可能来源于坝体与坝基接触部位、浆砌石基础与两侧土体结合部位、涵洞与坝体接触部位。本次除险加固采用在涵洞周围充填灌浆方案，以消除隐患。闸井周围与坝体心墙料形成的缝也是涵洞出口渗漏的通道之一，在涵洞内对闸井周围亦进行充填灌浆。充填灌浆灌水泥黏土浆，钻孔直径56 mm，压力0.30～0.80 MPa。本次设计充填灌浆进尺508 m。缺陷处理：工作闸门后明流段20 m由于空蚀严重，底板衬30 cm厚高强硅粉混凝土。对放水涵洞洞身和闸井缺陷用环丙砂浆进行处理。
　　3.3 泄水隧洞
　　3.3.1 进口闸 采用竖井方案，即在隧洞洞线上选择合适位置布置闸井，闸井内设事故检修闸门。竖井位置的选择主要受地形和地质条件的影响。根据目前现有的地形、地质资料，竖井位置确定在竖井中心线，竖井在高程987 m以下，开挖直径为5.80 m，衬砌厚度为0.70 m，成井直径为4.40 m。竖井底部与隧洞相交，前后各设长4.40 m的渐变段。闸门孔口尺寸为2.50 m×3 m（宽×高），设平板事故检修闸门。在987 m高程设闸门检修平台，在995.20 m平台设启闭室。
　　3.3.2 隧洞洞身
　　补充固结灌浆：隧洞进口段及转弯圆弧段地质条件较差，隧洞建成时，没有完成固结灌浆就投入使用，现洞内有规则的没有封闭的圆形灌浆孔、有环向裂缝和纵向裂缝，本次加固采用补充灌浆孔60个，长300 m。
　　抗磨蚀处理和裂缝处理：隧洞长期运行以来未进行检修，洞身内裂缝较多，洞内有部位射水，洞内供水钢管严重老化，裂缝用丙乳砂浆处理。
　　3.3.3 出口闸 拆除原闸室，重建新闸室。
　　3.4 溢洪道
　　3.4.1 防渗和排水改造 2000年加固时曾在0＋149.04桩号设有7个明排水孔，这些排水孔冬季不断向槽内渗水。本次处理方案为：将明排水孔封死，设置暗排水管从泄槽下用钢管引至坝后公路侧高程较低处。
　　3.4.2 溢洪道挑坎 溢洪道出口挑流坎剥蚀严重，在溢洪道0＋500处，即挑坎段，底板混凝土被顶起、断裂。挑坎段有明显缺陷4处，裂缝20余条。本次将溢洪道挑坎段拆除重新浇筑挑坎段。新浇筑的挑坎，采用为U型槽结构，即边墙与底板整浇一体，底板厚度0.70 m，边墙厚度顶部0.40 m，底部厚度0.70 m。对挑坎底部混凝土与河床接触处淘空部位，确定底部高程为936 m，采用充填加固混凝土，槽基础开挖4 m深，底宽2 m，边坡1∶2。老挡墙混凝土表面破损严重，为防止泄流时发生破坏，在外表面新浇一块混凝土，顶部厚0.30 m，外坡1∶0.20坡至939 m高程。
　　3.4.3 下游护岸 下游护岸年久失修，部分铅丝笼护坡护底已冲蚀不在，现存的铅丝笼锈蚀，严重威胁右岸八钢暗渠。本次采用拆除原铅丝笼护坡护底部分，重新修建格宾护岸结构，格宾护岸具有美观，柔韧性、透水性、耐久性好、施工方便等特点，在工程中应用广泛。护岸长度约150 m，仅护单侧。边坡采用1 m×1 m钢丝笼石，护坡高度3 m；河床底部采用0.50 m×1 m钢丝网护垫，宽度3 m。
　　3.4.4 溢洪道交通桥 溢洪道上双曲拱桥设计载重量为汽－10级，已不满足现状要求，本次除险采用加固方案，即有效地加强拱脚截面，采用钢筋混凝土加强拱背。加强拱背的现浇钢筋混凝土，在拱脚截面处厚度根据需要取为30 cm，在加厚段终点处厚度为10 cm，其间逐渐变化。为了消除新老混凝土的收缩差影响，加厚拱圈的混凝土宜采用微膨胀混凝土，混凝土标号不低于C 30。优化桥面：拆除原桥面铺装，全部予以更新，采用C 40防水混凝土加强，以提高桥梁的使用寿命并增大桥梁的承载能力。
　　3.5 大坝观测设施
　　本工程设置了如下监测项目：坝体的水平位移和垂直位移监测。坝体的浸润线监测。坝基渗透压力和绕坝渗流监测。溢洪道与坝体结合部的接触渗流监测。塔架的监测。水位以及气温监测。
　　3.6 金属结构
　　头屯河水库除险加固工程金属结构主要布置在放水涵洞和泄水隧洞上，承担水库放水和泄洪的水流控制任务。设置平面闸门2扇、弧形闸门2扇、液压启闭机2台、固定卷扬启闭机2台。金属结构总工程量约281 t。
　　4 结束语
　　通过对病险水库进行除险加固，消除了头屯河水库运行中的安全隐患，充分发挥了水库的设计供水效益，为农业生产提供灌溉水源，也为人民生活用水和工业用水提供水源，同时为防御洪水灾害发挥了重要作用，为本区域的经济发展做出了重要贡献。

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