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

中图分类号： TV62文献标识码：A 文章编号：

Abstract: Combining with Mengquan reservoir project defects and hidden troubles, the paper puts forward the problems of engineering for reinforcement design scheme. The paper also puts spillway, the tailrace, engineering observation, housing renovation, electrical, metal structure project construction problems reinforcement. The practice proves that this engineering reinforcement effect is good, effective playing their flood control, irrigation, and other comprehensive benefits.

Key Words: reservoir dam, problems, reinforcement, good effect

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GYZ 150×35mm板式橡胶支座和GYZF4 150×37mm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