彰武水库除险加固工程设计

姬志军

(河南省豫北水利勘测设计院，河南安阳 455000)

1 工程概况

彰武水库位于河南省安阳市西南25 km的海河流域卫河支流洹河上，与上游10 km的小南海水库组成两座梯级水库。小南海水库控制流域面积850 km2，总库容1.075亿m3;彰武水库控制小南海水库以下区间流域面积120 km2，总库容0.78亿m3。两个水库总控制流域面积970 km2，占洹河总流域面积 1 920 km2的 50.5%，占安阳市以上流域面积1 520 km2的63.8%，对控制安阳市以上洹河洪水十分有效。水库开发目标主要是:防洪、城市工业供水、灌溉、兼顾发电和水产养殖等综合利用。上游小南海水库以滞、蓄洪水为主，彰武水库以调节径流、兴利为主，两库互相配合，联合运用，充分发挥其多目标的综合经济效益，确保安阳市区、京广铁路、京珠高速公路和107国道的安全。

彰武水库始建于1958年，1960年大坝合拢。由于工程前期建设标准低，施工质量差，为解决水库险情，历史上多次加固除险。在经过1994年除险加固后，水库防洪标准达到50 a一遇设计，1 000 a一遇校核。

现状彰武水库主要建筑物由大坝(主、副坝)、溢洪道、输水洞和电站4个部分组成。

1)大坝:为均质土坝，副坝位于主坝西侧。现状坝顶高程137.6 m，防浪墙顶高程138.8 m。最大坝高:主坝28.7 m、副坝7.6 m;坝顶宽7.0 m;坝顶总长1 350 m(主坝730 m、副坝620 m)，坝基为砂卵石，采用黏土铺盖防渗，坝后设降压井和排渗廊道。

2)溢洪道:位于右岸坝头基岩上，依原山体开挖而成，全长341 m。闸室段长23 m，建有五孔8.5 m×12 m(高×宽)钢丝网薄壳混凝土弧形闸门，闸底高程123.0 m。

3)输水洞:位于大坝右岸、溢洪道左侧，系在右岸山坡挖槽浇筑而成，为坝下埋管，马蹄涵断面，D=2.6 m，洞长124.24 m。在洞身桩号 0+116右侧建有发电支洞，通向电站。

4)电站:位于输水洞和溢洪道之间，为坝后式厂房，总装机容量1 600 kW，年发电量757万kW·h，年平均出力864 kW。

2 工程现状及存在问题

彰武水库历史上虽进行过多次工程除险加固，但由于受资金、工期等条件的限制，目前水库仍存在以下主要问题:

1)坝体初期填筑质量差，上游坝坡渗漏塌坑，副坝上游无护坡，下游护坡高低不平;129 m高程以上存在松软层，水库至今未经高水位运行的考验，存在渗透变形的隐患。

2)坝前粘土铺盖缺失反滤层，台地段天然铺盖局部偏薄，运行中上游坡脚多次发生塌坑，坝后导渗沟渗流量有突然增大的异常现象，存在渗流破坏的隐患。

3)溢洪道钢丝网薄壳闸门混凝土碳化剥蚀严重，钢筋保护层厚度不满足规范要求;溢洪道、输水洞启闭设备超期服役;溢洪道消力池底板及下游护坦剥蚀严重，泄洪不安全;交通拱桥有裂缝。

4)水库现有防汛公路防洪标准低，损毁严重;大坝监测及管理设施不完善。

2007年3月，水利部大坝安全管理中心以坝函［2007］479号文核定彰武水库为三类坝。

3 除险加固工程设计方案

针对彰武水库工程存在问题，除险加固工程重点解决大坝渗透安全问题。通过对大坝进行防渗加固处理，提高大坝质量，消除渗流破坏隐患;通过对大坝上、下游坝坡处理，加强对坝体的保护，并注重水库形象化建设，彻底摘掉病险水库的帽子;建筑物工程本着安全、经济、适用的原则进行加固，完善监测和工程管理设施，按自动化、高效率原则设计。

除险加固工程主要设计方案内容如下:

3.1 大坝工程

3.1.1 大坝防渗处理

大坝采用“置换型”塑性混凝土防渗墙结合高喷防渗墙垂直防渗。塑性混凝土防渗墙布置在主坝段上游坝坡上，造孔自桩号0+000～0+660，长660 m。塑性混凝土防渗墙剖面设计为封闭式，墙体厚度0.5 m，防渗墙底部嵌入相对不透水岩层0.5 m，墙顶部高程为122.0 m，顶部锚固复合土工膜，土工膜铺设至坝顶。塑性混凝土防渗墙施工时，采用在大坝上游122 m高程填筑16 m宽的临时施工平台，修筑混凝土导墙，液压抓斗配合冲击钻机成槽，泥浆护壁，导管水下连续浇筑，接头管法连接墙段的施工方法。

高喷防渗墙墙顶高程127.0～122.0 m，墙底深入基岩0.5 m，底高程随地质情况而变。墙体根据实际情况分为两段:副坝桩号0+000～0－180段，孔口高程范围为127.0～122.0 m，孔底高程范围 108.43 ～115.28 m，孔深 8.34 ～18.13 m;主坝桩号0+660～0+700段孔口高程为122.0 m，孔底高程108.03 ～116.75 m，钻孔深度 5.25 ～13.97 m。高喷灌浆采用单排旋喷套接形式，回转钻进泥浆护壁成孔，终孔孔径Φ110 mm，喷射方式为二管旋喷，孔距1 m，旋喷桩成桩影响直径1.6 m，设计最小成墙厚度0.6 m。

为形成大坝封闭防渗体系，在墙顶以上坝坡铺设复合土工膜至坝顶，土工膜与高喷防渗墙顶采用锚固形式连接。先将施工好的高喷防渗板墙墙顶凿除一部分，在墙顶浇筑0.5 m高的混凝土梁，并在梁内预埋螺栓及一道槽钢，然后将土工膜通过螺栓与混凝土梁锚固。土工膜接头外打蝴蝶节，用黏土夯实。

3.1.2 上游坝坡塌坑处理及坡面整修

对上游坝坡桩号0－200～0+070、高程124.5～128.5 m之间塌坑进行处理，处理面积共3 350 m2;上游坝坡翻砌整修:123 m高程以上统一铺设一层防渗土工膜，其上采用粗料石护砌，两者间设砂砾过渡层;123 m高程以下采用干砌石护砌。

3.1.3 下游坝坡整修

对下游坑洼不平的坝坡按设计坡率整坡，采用草皮护坡，维修破损的排水沟和踏步。

3.1.4 坝顶路面整修

对施工中损坏的坝顶路面和防浪墙进行整修，坝顶混凝土路面铺筑8 830 m2，混凝土防浪墙整修60 m，重建副坝栏杆230 m。

3.2 溢洪道加固工程

3.2.1 泄洪闸

泄洪闸更换钢闸门及启闭机，上游增设检修闸门，闸墩改造及闸墩表面防碳化处理，启闭机管理房拆除重建。

3.2.2 消力池及下游护坦

对消力池表面、下游护坦混凝土剥蚀、碳化部分进行加固、防护处理。

3.2.3 重建闸后交通桥

拆除存在严重质量隐患的钢筋混凝土双曲拱交通桥，重建荷载标准为公路－II级的混凝土T形梁桥，桥长70 m。

3.3 防汛公路

按3级公路标准新建防汛公路5.10 km，路面净宽7 m，采用200 mm厚混凝土路面;坝脚900 m长防汛抢险道路改为C20混凝土路面，路宽4 m。

3.4 工程观测设计

补充完善大坝渗流观测设施。在大坝桩号0+300、0+500、0+600增设3排、0+162补设1孔浸润线观测管，在大坝桩号0+350增设1排、0+455补设1孔坝基测压管。对保留使用的原22个观测孔进行清孔维修。对坝基现状2座损坏的量水堰进行清理和恢复。

3.5 金属结构及机电

拆除溢洪道原水泥钢丝网工作闸门，改建为钢闸门。闸门采用斜支臂双主横梁式焊接结构，弧门半径R=12.0 m，支铰高度9.0 m，门叶垂直高度为8.45 m。启闭机选用2×400 kN双吊点斜拉式卷扬式启闭机，共5台。

溢洪道新增检修钢闸门，采用6块钢质叠梁门，每节尺寸为12.6 m×1.4 m(宽 ×高)，采用单轨双吊点2×100 kN 电动葫芦起吊。电动葫芦安装在新建闸房上游挑梁上锚固的工字钢上。

对更换启闭机的配电系统进行更新改造;坝顶及闸房照明工程改造;完善避雷接地设施。

对大坝安全监测系统进行更新改造并实现安全监测系统自动化;建设闸门远程监控系统。

3.6 管理设施建设

新建防汛调度指挥中心楼1座，建筑面积1 280 m2;重建防汛仓库，面积250 m2;重建左坝头管理房，面积150 m2;完善其他相关管理设施。

4 除险加固效益评价

彰武水库除险加固工程实施后，可直接提高水库大坝的安全系数，保证水库下游安阳市区以及京广铁路、京珠高速公路、南水北调中线总干渠、历史文化遗址殷墟等建筑的安全;同时提高了水库向工农业供水的保证率，并为水库蓄水位逐步达到131.0 m设计水位打下坚实基础。

［1］陈爱玖.彰武水库除险加固工程的技术分析［J］.海河水利，2002(02):37－38.

［2］付艳林，王伟娟，任松林.彰武水库大坝防渗处理分析［J］.大坝与安全，2010(02):60 －63.

［3］蔡洁，李朝阳，张培超.小南海水库输水洞洞身钢衬加固工程质量控制［J］.河南水利与南水北调，2011(22):36－38.