潍坊市符山水库除险加固工程施工技术研究＊

时间：2024-06-19

田兴强,邢国起

(1.潍坊市符山水库管理局,山东潍坊 261055;2.潍坊学院,山东潍坊 261061)

1 工程概况

符山水库位于潍坊市区西15公里的潍城区乐埠山生态区大成章村南,白浪河支流大圩河上游,是一座以防洪为主,集灌溉、供水、水产养殖等综合利用的中型水库,担负下游寒亭区高里镇、潍城区新区及望留等3个街办,30万人12万亩耕地的防汛安全重任,下游重点防汛保护对象还有胶济铁路、济青高速公路、潍昌公路、309国道和150多家重要厂矿企业。水库始建于1959年冬,枢纽工程由大坝、溢洪道和东西放水洞三部分组成。符山水库自建库以来取得了显著的社会效益和经济效益,但同时也存在多处病险隐患。大坝高程不能满足防洪要求,上游干砌石护坡质量差,无反滤层,坝体和坝基渗漏严重,下游坝脚排水体反滤层不符合要求,大坝加高时未清除原坝顶碎石路面,不满足防渗要求;右岸阶地有地震液化可能,溢洪道泄槽浆砌石边墙抗冲能力差,出水渠未衬砌且出流不畅;非常溢洪道无控制和防冲工程,不具备泄洪条件。东、西放水洞均坐落于土基上,东放水洞启闭机房排架已断裂;西放水洞与坝体间存在泄漏通道,启闭机房已倒塌;放水洞及启闭设备陈旧,已无法运行。工程监测与管理设施不完善。2006年3月组织大坝安全鉴定,2008年1月3日经水利部大坝安全管理中心认定,符山水库大坝为三类坝,水库确定为病险水库。

2 水库除险加固的措施方案

2.1 提高防洪的标准[1]

小型水库土石坝防洪标准的提高主要是通过适当的加高水库的高度、增加蓄洪的能力、增大泄洪的流量等多种方式共同实现。考虑到现行水库的质量问题,大坝的加高高度不能太高,一般是控制在1米以下,最大高度不能超过3米。如果考虑到实际的水文情况,还需要继续加高的话,则需要继续加宽大坝的宽度,增加土方量,加大泄洪能力,并且可以通过对溢洪道的加深或者加宽得到进一步的实现。

2.2 土石坝坝坡加固

对坝基和水库的岸坡上的杂物进行清理,对一些有可能对水库安全造成威胁的树根、凹坑、岩石、滑坡体等进行相关的处理;稳住滑坡体,在对水库滑坡地方进行处理之后,应及时对滑坡上的裂缝进行处理;对坝坡进行全方位的加厚、补土、放缓坝坡的坡度、做好贴坡式反滤层等等。

2.3 坝体和坝基的加固[2-3]

坝体的填筑质量在很大程度上影响着土石坝的安全性能,提高坝体和坝基密度是土石坝加固的一个重要课题。在选择施工方案之前,一定要先对坝体和坝基的密度进行细致的研究论证,精心施工,严格把好坝体的填筑质量,对于每一项步骤,比如碾压的各项参数试验等都应该按照相关的要求进行,确保坝体的质量。对于一些己经长久运行的土石坝,在坝体和坝基上都会有一定的问题,此时,最好选用同一种处理方法进行处理,在施工中,大部分都是采用振冲法,因为这种方法有着良好的适用性,对各种材料筑成的坝基都能进行处理。

2.4 水平防渗和排水减压设施

在做好水平防渗工作之前,必须先查清水库所在地的水文地质情况,为接下来的工作奠定基础。水平防渗处理有着比较多的优点,可以就地取材,造价方面也比较低,工程的施工工期比较短,操作简单,不需要使用一些特殊的施工设备和器材。

3 水库除险加固施工技术

3.1 块石护坡工程[4-5]

坝坡整修经现场监理验收合格后,进行砂垫层铺筑,由人工挑运到作业面,采用人工入仓、平仓、洒水、夯压密实的方法施工。按放出坡面的轮廓线和高程线,测量出砂垫层回填标高,每隔20 m设一道断面控制桩,以便于施工中容易控制铺筑厚度。砂垫层的铺筑应结合干砌石护坡同时上升,约高于干砌石2 m左右。干砌石的施工按照“垫层平整→试放→安砌→调整→塞缝”施工顺序进行。块石运往施工现场,分别进行堆放。砌筑采用立砌法,不叠砌和浮塞。砌筑表面应与样线齐平,保持坡面平整,不能有高低不平的现象。砌体缝口应砌紧,底部垫稳垫实,施工中不得出现通缝、叠缝,严禁架空。上下、左右砌缝应错开,使砌体咬紧牢固,连面一体,做到底实上紧。砌石石料质地坚硬,无风化剥落和裂纹,不允许使用薄片状石料。石料湿抗压强度大于60 M Pa,软化系数不小于0.75,容重不小于25 kN/m3。应尽量选用较大的块石料,块石大致方正,厚度不小于25 cm。用于砌体表面的石料必须有一个用作表面的平整面,尺寸较大时,应稍作修整。

3.2 大坝内坡抛石固脚工程

3.2.1 测量放线

在枯水期将抛石区域的地形测量准确,根据施工图纸的尺寸要求和抛石之前测量的地形图测量放线,确定抛石区域控制线、抛石区域的水深及水流流速等要素。用测量仪器将抛石区域划分成10m×20m的方格,并打上方格边线控制桩和高程控制点,每隔20m设立一根高程控制标杆,以便抛石的时候控制高程。

3.2.2 石料的采购及运输

将块石堆至各施工段坝顶,在抛石施工中,用2台2m3装载机装块石,20辆自卸汽车运块石到各个抛石护脚施工现场。

3.2.3 抛石

抛石护脚施工选择在枯水期进行,利用2艘100t驳船运块石到各个抛石施工现场,将驳船开到抛石指定区域,并把驳船固定好。然后人工向水中抛石,抛石应遵循先深水区后浅水区的原则,逐一分层抛石。在浅水区,可用标杆控制抛石高程,在深水区,在高程控制点处设置定位船,在定位船上测量抛石高程,抛石护脚直到设计高程为止。在抛石横断面上,应遵循由远而近的原则,严禁在抛石范围内出现空白地段,抛石要尽量密实。

3.3 混凝土浇筑工程

混凝土浇筑工序如图1所示。水泥采用强度等级为32.5M Pa的普通硅酸盐水泥。混凝土所使用的骨料从附近石料场获得。对于不同粒径的骨料应分别堆存,严禁相互混杂和混入泥土;骨料的级配、含泥量、强度和黄锈的含量等应满足相关规范要求。模板和支架材料以木模为主,局部用部分钢模。木材的质量应达到三等以上的材质标准。

图1 混凝土浇筑工序

在浇筑混凝土之前,须对建基面进行验收,验收合格后,方可进行混凝土浇筑。混凝土在浇筑时从坝顶中间开始,每50m为一段,向两端分段进行。不合格的混凝土严禁入仓,己入仓的不合格的混凝土必须予以清除。浇筑时,严禁在仓内加水。如发现混凝土和易性差,应采取加强振捣等措施,以保证质量。浇筑混凝土使用的振捣器将混凝土振捣至可能最大的密实度,每一位置的振捣时间以混凝土不再显著下降,不出现气泡并开始泛浆为准。护坡混凝土浇筑采用平板振捣器振捣,直到满足要求。混凝土养护采取洒水养护,保持混凝土面湿润,在混凝土浇筑完毕后12—18h内开始进行。在干燥、炎热气候条件下,应延长养护时间至少28d以上。

3.4 土方开挖与回填[6]

3.4.1 土方开挖及坝坡清基

首先根据设计单位提供的测量控制系统,建立本工程的平面、高程控制网,进行工程实施范围内的地形测量,按设计图纸进行开日线、底边线等平面、高程施工放样,并按设计图要求建立控制桩。

3.4.2 土方回填

用于填筑的土料每次开采前都要测定含水量,超过施工控制含水量的土料不得开采和使用,不得含有杂草、树根等有机物及块石,不得含有腐殖土,控制其含水量接近最优含水量。含水量允许偏差为士2%,渗透系数应满足设计要求。

回填土料压实标准应通过击实试验求取最大干密度和最优含水量,一般要求坝体心墙压实干容重1. 6 g/cm3,施工控制含水量20%-22%,压实度98%。垫层料和过渡料为筛分料掺和料,填筑标准为相对密度不低于0.75,级配要求通过现场试验确定。坝体填筑应满足以下要求:①填筑体与岸坡和原坝体接触部位,应先清除岸坡和坝体接触面的基层土、树根、杂物等,清除腐质土,封堵洞穴。回填时在接触面上洒水湿润,以利结合。②施工时可以分段铺土碾压,相邻两段交接带碾迹应重叠,与碾压方向平行的交界带,碾迹重叠宽度应不小于0.3-0.5 m,上层、下层的分段和碾迹位置应错开。应控制好结合面上土料的含水量,边刨毛,边压实。③主坝黏土层与过渡料应平起填筑,心墙略高于两侧,黏土心墙边线符合设计断面。④凡发现水平层脱开、垂直裂缝、龟裂、“弹簧土”、松土层或剪切破坏等现象,均应予以挖除重新填土压实。过渡料分段碾压时,相邻两段交接带碾迹重叠要求与黏土相同,同时在上游、下游坝护坡前,按设计断面削坡,削坡后坝体水平宽度在30cm范围内,压实干容量不得低于设计干容量的98%。

4 工程初期运行情况

各分部工程通过验收后即投入了运行。工程在初期运行过程中未出现异常情况,溢洪道出水渠边坡稳定;溢洪闸及放水洞砼闸体平整、稳固;闸门启闭正常,无漏水现象;上游坝前护坡稳定、牢固;大坝压重及补坡无滑坡、沉陷现象发生;大坝砼防渗墙效果明显,坝后明流消失;坝顶沥青路面无沉陷等现象发生,坝顶照明及大坝观测设施安装后运行正常;水文观测工程运行正常。工程初期运行状态良好,能够按照设计标准运行并在防洪、供水、养殖等方面发挥着巨大的效益。