水库除险加固方案

水库除险加固方案一、工程基本概况本次除险加固对象为某中型土石坝水库，水库控制流域面积68.2km²，总库容1268万m³，设计防洪标准为50年一遇设计，1000年一遇校核，是一座以农业灌溉为主，兼顾城镇防洪、乡村生活供水的综合性中型水利工程。水库枢纽工程由主坝、副坝、溢洪道、输水隧洞四大建筑物组成，工程于1972年开工建设，1976年竣工投入运行，至今已安全运行47年。根据2022年大坝安全鉴定结论，水库主要险情为：主坝坝体防渗能力不足，渗透坡降超标，存在坝体渗漏、散浸隐患；主坝、副坝坝坡抗滑稳定系数不满足规范要求；溢洪道进口岸坡坍塌，泄槽衬砌开裂破损，底板冲坑深度最大达0.8m，出口消力池损毁严重，泄洪能力达不到设计要求；输水隧洞衬砌开裂，洞身渗漏，进口闸门及启闭设备锈蚀老化，启闭灵活度不足，不能满足应急操作要求；大坝安全监测设施全部损毁，无有效水位、渗流、变形监测手段，管理设施不完善。综合评定水库为三类坝，必须实施除险加固处理，消除安全隐患，恢复水库设计功能。二、除险加固设计标准与依据（一）设计标准本次除险加固工程等别为Ⅱ等，主要建筑物级别为2级，次要建筑物级别为3级，临时建筑物级别为4级。防洪标准维持原设计不变，即设计洪水标准为50年一遇（P=2%），校核洪水标准为1000年一遇（P=0.1%）；地震基本烈度为Ⅵ度，主要建筑物按Ⅵ度设防；坝坡抗滑稳定安全系数：正常运用条件下不小于1.25，非常运用条件下不小于1.15；坝体渗透坡降允许值：壤土心墙不大于0.5，坝壳砂壤土不大于0.35，坝基覆盖层不大于0.28；溢洪道泄流能力满足1000年一遇校核洪水泄洪要求，出口消能防冲满足30年一遇洪水设计标准。（二）设计依据严格遵循《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2021）、《溢洪道设计规范》（SL253-2018）、《水工隧洞设计规范》（SL279-2016）、《水利水电工程启闭机设计规范》（SL41-2011）、《水库大坝安全评价导则》（SL258-2017）、《水利水电工程施工安全技术规程》（SL398-2007）等现行行业规范，以水库大坝安全鉴定报告书、流域防洪规划、当地水资源利用规划为基础设计依据，结合现场勘察试验数据开展方案设计。三、主要险情处理方案（一）主坝除险加固处理1.坝体防渗处理针对主坝坝体填筑质量差、孔隙率大、渗漏严重的问题，采用“塑性混凝土心墙+坝基帷幕灌浆”组合防渗方案。塑性混凝土心墙沿主坝轴线布置，心墙顶部高程从现状坝顶235.8m延伸至校核洪水位234.2m以上0.5m，即心墙顶部高程为234.7m，底部伸入坝基弱风化岩不小于0.5m，心墙厚度取0.8m，塑性混凝土设计强度等级为C15，渗透系数不大于1×10⁻⁷cm/s，弹性模量控制在1000~5000MPa，满足坝体变形协调要求。坝基帷幕灌浆布置在塑性混凝土心墙底部，沿坝轴线单排布置，孔距为2.0m，帷幕伸入坝基相对不透水层（透水率q≤5Lu）不小于5m，灌浆压力控制在0.3~1.5MPa，根据孔深逐步调整，保证帷幕密实度，渗透系数不大于1×10⁻⁵cm/s。施工采用液压抓斗开槽，分段浇筑，槽段长度控制在4~6m，接头采用钻凿法连接，保证心墙整体连续性。处理后坝体单宽渗漏量从现状0.12m³/(d·m)降至0.002m³/(d·m)以下，渗透坡降满足规范要求。2.坝坡整理加固上游坝坡现状坡比为1:2.2，抗滑稳定系数正常运用条件下为1.12，不满足1.25的规范要求，本次设计将上游坝坡坡比调整为1:2.5，拆除原有干砌石护坡，清除表层腐殖土和松动填筑体，分层回填风化石渣压实，压实度不小于0.96，整修后铺设0.3m厚干砌石护坡，垫层采用0.2m厚砂砾石，护坡坡脚设置C20混凝土齿墙，齿墙埋深低于死水位212.0m以下1.5m，防止坡脚冲刷淘蚀。下游坝坡现状坡比为1:2.0，抗滑稳定系数正常运用条件下为1.18，调整为1:2.3，削坡减重后分层压实，坝坡设置纵横排水系统，纵沟沿坝趾、坝肩布置，横沟间距为50m，排水沟采用C20混凝土预制块砌筑，断面尺寸为0.4m×0.4m，沟底铺设0.15m厚碎石反滤层，坝坡坡面铺设0.2m厚柠条植草护坡，既满足排水抗滑要求，又兼顾生态护坡效果，坝坡坡脚设置堆石排水棱体，排水棱体顶宽2.0m，内坡比1:1.5，外坡比1:1.75，底部铺设反滤层与坝基排水沟连通，将坝体渗水排出。主坝坝顶宽度从现状5.0m加宽至7.0m，坝顶铺设0.2m厚C25混凝土路面，路面两侧设置C20混凝土路缘石，左侧设置0.8m宽人行道，右侧设置防护栏杆，坝顶长度268m，上下游侧设置0.3m高挡水埂。处理后上游坝坡正常运用条件下抗滑稳定系数为1.32，非常运用条件下为1.21，下游坝坡正常运用条件下为1.35，非常运用条件下为1.23，均满足规范要求。（二）副坝除险加固处理副坝位于主坝右岸垭口处，全长126m，最大坝高12.5m，现状存在坝体渗漏、坝坡冲刷破损问题，抗滑稳定系数不满足要求。本次设计采用高压喷射注浆防渗墙处理坝体渗漏，防渗墙沿副坝轴线布置，墙厚0.6m，顶部高程234.7m，底部伸入坝基弱风化岩不小于0.5m，高压喷射注浆采用单排孔，孔距1.0m，设计渗透系数不大于1×10⁻⁶cm/s。上游坝坡坡比从1:2.0调整为1:2.3，采用0.25m厚干砌石护坡，下游坡比从1:1.8调整为1:2.2，采用植草护坡，设置坝坡排水系统，排水布置与主坝一致，副坝坝顶宽度与主坝一致，为7.0m，与主坝坝顶平顺连接。处理后副坝抗滑稳定系数正常运用条件下为1.28，非常运用条件下为1.18，满足规范要求，渗漏量满足控制标准。（三）溢洪道除险加固处理溢洪道为开敞式宽顶堰溢洪道，现状溢洪道宽度为22m，堰顶高程228.5m，经水文复核，1000年一遇校核洪水下泄流量为386m³/s，现状溢洪道实际泄流能力仅为312m³/s，不能满足泄洪要求，同时存在进口岸坡坍塌、泄槽衬砌破损、消力池损毁问题，本次处理方案如下：1.进口段加固处理对进口左右岸坍塌岸坡进行清坡处理，清除松动不稳定岩体，最大清坡深度达2.8m，采用C20喷射混凝土护坡，厚度0.15m，设置φ8钢筋网，网格间距0.2m×0.2m，对深度大于2m的滑坡体采用锚网喷支护，锚杆采用φ25螺纹钢，长度4.5m，间距1.5m×1.5m。拓宽溢洪道进口宽度，从22m拓宽至26m，清除进口淤积泥沙约1280m³，整修堰体，对原有混凝土堰体裂缝进行化学灌浆处理，表面涂刷环氧树脂保护，堰顶平整度偏差控制不超过2cm，保证泄流流态稳定。2.泄槽段加固处理拆除原有破损的混凝土衬砌，清理底板冲坑，对冲坑深度大于0.5m的部位采用C25混凝土回填整平，重新进行衬砌，泄槽底板厚度从原0.3m加厚至0.4m，采用C25钢筋混凝土浇筑，配置φ12@0.2m×0.2m双向受力钢筋，侧墙高度从原2.5m加高至4.2m，侧墙厚度0.3m，采用C25钢筋混凝土浇筑，每10m设置一道伸缩缝，缝宽2cm，填充闭孔泡沫板和橡胶止水带，泄槽底板每间隔2m设置一道φ100mm排水孔，排水孔背后铺设0.2m厚碎石反滤层，降低底板扬压力。设计泄槽底坡为3.5%，与原底坡一致，拓宽后泄槽宽度为26m，处理后校核洪水下泄流量达到412m³/s，满足386m³/s的设计泄洪要求。3.消力池及出口段加固处理拆除原有损毁的消力池，按照消能计算重新设计开挖，消力池长度从原22m加长至30m，池深从原1.2m加深至2.1m，底板厚度0.8m，采用C25钢筋混凝土浇筑，侧墙采用C25重力式混凝土挡墙，墙顶宽度0.8m，迎水面坡比1:0.1，背水面垂直，消力池末端设置消力坎，消力坎高度1.5m，顶宽1.0m，采用C25混凝土浇筑。出口段海漫长度从原15m加长至25m，采用0.6m厚浆砌石海漫，底部铺设0.3m厚碎石反滤层，末端设置抛石防冲槽，防冲槽深度2.0m，顶宽3.0m，采用粒径30~60cm块石抛填，防止下游河道冲刷淘蚀消力池基础。模型试验验证，30年一遇泄洪条件下，消力池消能率达到92%，下游流速降至1.2m/s，满足防冲要求。（四）输水隧洞除险加固处理输水隧洞为圆形有压隧洞，洞径2.0m，全长186m，进口底板高程210.0m，出口底板高程209.2m，现状存在衬砌开裂、洞身渗漏问题，进口工作闸门锈蚀严重，启闭设备老化，不能正常运行，处理方案如下：1.洞身加固处理对洞身裂缝进行分类处理，宽度小于0.2mm的裂缝采用表面涂刷环氧树脂封闭处理；宽度大于0.2mm的裂缝采用化学灌浆处理，灌浆材料采用环氧树脂，灌浆压力控制在0.2~0.3MPa；对衬砌错台、破损部位进行凿除清理，采用C35微膨胀混凝土回填修补，为提高隧洞整体防渗能力，对全洞采用内衬钢管加固方案，内衬钢管厚度12mm，直径1.8m，钢管与原有衬砌之间的间隙采用水泥灌浆充填，灌浆压力控制在0.3~0.5MPa，保证间隙充填密实。处理后隧洞渗漏量从现状0.08m³/h降至0.001m³/h以下，满足防渗要求。2.进口闸门及启闭设备更新改造拆除原有铸铁工作闸门，更换为潜没式平面定轮钢闸门，闸门尺寸为2.0m×2.0m，材质为Q235B，表面采用防腐喷涂处理，闸门设计水头26m，关闭漏水量不大于0.1L/(s·m)，配套拆除原有卷扬式启闭机，更换为QP-2×100kN固定卷扬式启闭机，启闭行程3.5m，配备双回路电源，满足断电应急启闭要求。对进口闸室混凝土结构进行碳化修复，表面涂刷防护涂层，整修进口拦污栅，更换为不锈钢拦污栅，栅条间距10cm。出口检修闸门槽原有锈蚀构件全部更换，配备临时移动式启闭机，满足检修要求。四、大坝安全监测与管理设施改造（一）安全监测系统布置按照规范要求布设完善的大坝安全监测设施，具体布置如下：1.变形监测：在主坝坝顶、上游坝坡、下游坝坡共布置12个水平位移和垂直位移观测点，右岸、左岸岸坡各布置2个工作基点，采用GNSS自动化监测，实时观测坝体变形，副坝布置4个变形观测点。2.渗流监测：在主坝最大坝高处、左坝肩、右坝肩共布置3个渗流监测断面，每个断面布置5个渗压计，分别布置在心墙上游侧、心墙内部、心墙下游侧、坝基覆盖层、坝壳排水体前部，监测坝体浸润线和渗透压力，下游坝坡布置3个渗流量观测堰，实时监测坝体渗漏量，副坝布置1个渗流监测断面。3.水位监测：在溢洪道进口、库内、下游河道分别布置水位自动监测站，采用压力式水位计，实时监测库水位和下游水位，精度达到±1cm。4.雨量监测：在水库管理站屋顶布置全自动雨量计，监测流域降雨量，精度达到±0.1mm。所有监测数据接入水库管理站自动化监测系统，实现远程传输、实时预警，管理单位可随时调取监测数据，掌握大坝运行状态。（二）管理设施改造对原有水库管理站办公楼进行修缮，建筑面积280m²，更新办公设施，配套建设应急物资仓库，储备防汛砂石料、编织袋、救生设备等应急物资，整修总长3.2km的进库管理道路，将原有3.5m宽泥结石路面拓宽为6.0m宽水泥混凝土路面，满足防汛车辆通行要求，在大坝上下游、溢洪道进出口设置安全防护围栏和警示标志，划定安全保护区，防止人为破坏工程设施。五、施工组织设计（一）施工总体布置本次工程施工场地优先利用水库管理站现有空地和溢洪道两岸滩地，不占用永久基本农田，施工生活区布置在管理站院内，生产区布置在副坝右岸空地上，设置混凝土拌和站、钢筋加工厂、木材加工厂、机械停放场，混凝土拌和站设置一台JS1000强制式拌和机，生产能力满足高峰浇筑强度60m³/h要求，施工用水从水库抽取，施工用电从当地10kV电网接引，配备一台120kW柴油发电机作为备用电源，满足施工应急用电要求。对外交通利用现有乡村道路，整修后可满足施工机械和建材运输要求。（二）施工导流与度汛工程施工安排在枯水期进行，施工导流采用分期导流方案，第一期施工主坝塑性混凝土心墙和坝坡加固，利用原有输水隧洞导流，将库水位降至死水位212.0m以下，满足主坝施工要求；第二期施工溢洪道加固和输水隧洞改造，通过控制库水位，利用输水隧洞满足施工期导流要求，施工期预留泄洪能力满足5年一遇枯水期洪水度汛要求。汛期到来前，完成主坝防渗加固和坝体整修，预留溢洪道泄洪通道，制定度汛应急预案，落实防汛抢险物资和人员，保证工程施工期度汛安全，工程总工期为12个月，跨一个汛期，汛前完成所有影响度汛的工程内容。（三）主要工程施工顺序1.第一阶段（第1~3个月）：施工准备，进场修路，搭建临建设施，降低库水位，开展主坝塑性混凝土心墙施工，同步开展帷幕灌浆施工。2.第二阶段（第4~6个月）：主坝上游削坡、回填压实、护坡施工，同步开展副坝高压喷射防渗墙施工，副坝坝坡整修。3.第三阶段（第7~9个月）：溢洪道清淤、拓宽开挖，进口岸坡加固，泄槽衬砌，消力池浇筑，同步开展输水隧洞内衬钢管施工，闸门及启闭设备安装。4.第四阶段（第10~12个月）：主坝下游坝坡整修、排水系统施工，坝顶道路施工，安全监测设施安装，管理设施改造，场地清理，竣工验收。六、工程质量与安全控制（一）质量控制措施建立项目法人负责、监理单位控制、施工单位保证、政府部门监督的四级质量控制体系，严格执行三检制，即班组自检、施工队复检、项目部终检，合格后报请监理工程师验收。对塑性混凝土、帷幕灌浆、混凝土衬砌等关键部位，实行第三方平行检测，塑性混凝土坍落度控制在18~22cm，抗压强度、渗透系数、弹性模量每50m³取样检测一组，帷幕灌浆完成后进行压水试验，检查孔数量为总孔数的10%，透水率满足设计要求，防渗墙单元工程合格率达到100%，优良率达到85%以上。所有进场材料必须具备质量合格证，钢筋、水泥、砂石料等原材料按规范要求进行进场检验，合格后方可使用，不合格材料清退出场。（二）安全控制措施严格落实水利工程施工安全管理规定，建立安全生产责任制，落实专职安全生产管理人员，对施工人员进行岗前安全教育培训，考试合格后方可上岗。对高空作业、基坑开挖、起重作业等危险作业，制定专项安全施工方案，落实安全防护措施，施工区域设置警示标志，夜间设置警示红灯。定期开展安全隐患排查，发现隐患立即整改，落实森林防火、防汛安全措施，制定生产安全事故应急预案，定期开展应急演练，保证施工过程零安全事故。七、投资估算与效益分析（一）投资估算本工程总投资为4286.5万元，其中建筑工程投资2892