某水库除险加固工程施工设计

某水库除险加固工程施工设计本工程针对总库容724万m³的小（1）型水库开展除险加固，坝址以上控制流域面积12.76km²，工程任务以灌溉、乡村供水为主，兼顾防洪调蓄，原工程建成于1978年，经安全鉴定为三类坝，存在坝顶高程不满足300年一遇洪水校核标准、坝体心墙渗透系数超标、下游排水棱体堵塞、溢洪道泄流能力不足、输水涵管管壁开裂渗漏、金属结构锈蚀老化等病险问题，施工设计严格遵循《水利水电工程施工组织设计规范》《水库除险加固工程施工规范》等标准，确保工程施工质量达标、安全可控、进度按期完成。工程施工总体质量目标为单元工程合格率100%，分部工程优良率85%以上，单位工程优良，争创省级水利工程优质奖；总工期12个月，所有主体工程在第二个汛期前完成关键部位施工，满足度汛要求；安全生产目标为零死亡、零重伤，一般生产安全事故频率控制在1.5‰以内，不发生垮坝、人员伤亡等重特大安全事故；环境保护目标为施工期废水、废气、噪声排放满足行业规范要求，不造成库区水环境污染，水土流失治理度达到95%以上。施工总平面布置严格遵循“少占耕地、节约投资、方便施工、安全环保”的原则，施工营地布置在坝下左岸闲置的原有水库管理站场地，占地面积1820㎡，分设办公区、生活区、机械停放维保区，不新占永久基本农田，场地采用10cm厚C15混凝土硬化，设置排水沟和集中垃圾桶，满足文明施工要求。混凝土拌合站布置在坝下右岸距坝脚120m的平缓台地，配置2套JS750型强制式拌合机，配套料仓4座，分别堆放16-31.5mm碎石、5-16mm碎石、中砂、胶凝材料，料仓设1.8m高C20混凝土挡墙+彩钢瓦防雨棚，不同材料之间设置隔断防止混料，拌合站配套三级沉淀池，单池容积12m³，冲洗废水经沉淀、pH值调节后回用于拌合生产、场地洒水降尘，不外排至周边水体。施工便道利用原有防汛路拓宽改造，总长1.27km，路面采用20cm厚泥结碎石硬化，路面宽度4.5m，每200m设置一处长15m、宽6m的错车道，满足15t自卸汽车双向通行要求，便道两侧设置30cm×30cm的临时排水沟，将路面径流引入沉沙池沉淀后排放。临时供电从坝址附近10kV农网线路T接，配置315kVA变压器2台，分别供大坝施工区、溢洪道及涵管施工区用电，供电线路采用绝缘架空线架设，距地面高度不低于4m，另配备120kW柴油发电机组1台作为应急电源，确保连续浇筑作业供电不中断。临时供水管网从水库库区取水，经一体化净水设备处理后满足施工及生活用水标准，管线总长1.6km，沿施工便道铺设，每50m设置一个取水阀门，方便施工取水。大坝加固作为核心施工内容，分为防渗系统施工、坝体培厚、护坡及排水系统重建三个部分。坝体防渗采用塑性混凝土防渗墙方案，防渗墙轴线沿坝顶轴线偏上游0.8m布置，总长212m，墙厚0.4m，墙底深入下部粉质黏土相对不透水层（渗透系数k=1.2×10^-6cm/s）以下1.5m，最大墙深27.8m。塑性混凝土配合比经试验确定：采用P.O42.5普通硅酸盐水泥，掺量180kg/m³，膨润土掺量70kg/m³，Ⅱ级粉煤灰掺量45kg/m³，砂率42%，水胶比0.68，28d抗压强度不小于2.5MPa，渗透系数不大于1×10^-7cm/s，弹性模量不大于2000MPa，满足防渗及适应坝体变形的要求。防渗墙施工严格按导墙施工、槽段划分、泥浆固壁钻进、清孔换浆、混凝土浇筑的工艺推进：导墙采用C20混凝土现浇，净宽0.45m，墙深1.2m，墙顶高出施工地面0.1m，导墙分段浇筑每段长15m，养护期不少于3d，期间禁止重型机械通行，防止导墙变形；槽段按“两主一辅”划分，单槽段长6m，主孔采用CZ-30型冲击钻机钻进，副孔采用劈打法施工，钻进过程中采用膨润土泥浆固壁，泥浆比重控制在1.12-1.20g/cm³，黏度22-28s，含砂率不大于5%，每钻进2m提取渣样核查地质情况，遇裂隙漏浆层及时投入黏土球分层回填挤压封堵，防止塌孔；槽孔终孔验收合格后采用反循环法清孔换浆，换浆结束后孔底淤积厚度不大于10cm，槽内泥浆比重不大于1.10g/cm³，含砂率不大于2%，孔内下入Φ110mm注浆管，间距3m，待防渗墙混凝土达到设计强度后开展墙底帷幕补强灌浆，灌浆压力0.3-0.5MPa，确保墙底与不透水层连接紧密；混凝土浇筑采用水下直升导管法，导管直径200mm，单槽段内导管间距不大于3m，导管底距孔底距离控制在15-25cm，浇筑过程连续进行，混凝土面上升速度不小于2m/h，槽孔内混凝土面高差不大于0.5m，最终浇筑顶面高出设计墙顶0.5m，后期凿除表层浮浆，确保墙顶混凝土密实无薄弱层。坝体培厚及护坡施工前，先清除原有坝坡杂草、松动土体、破损砌护结构，清坡平均厚度30cm，坡面开挖成台阶状，台阶宽1.5m、高1.0m，向内倾斜2%，增强新老土体结合力。原坝顶高程为182.70m，设计坝顶高程184.20m，坝顶宽度5m，上游坝坡培厚采用压缩模量不小于40MPa的石渣料，下游坝坡培厚采用风化砾质土，培厚料分层铺筑碾压，每层松铺厚度30cm，采用18t振动碾按静压2遍、振压6遍的工艺碾压，碾压行走速度不大于2km/h，碾压搭接宽度不小于30cm，坝体压实度不小于96%，每200㎡布设一个检测点取样核验压实度，合格后方可开展上层铺筑。坝顶采用20cm厚C25混凝土硬化，下设10cm厚级配碎石垫层，坝顶上游侧设置C25混凝土防浪墙，墙高1.2m，墙顶高程185.00m，防浪墙每10m设置一道伸缩缝，缝内填充2cm厚聚乙烯闭孔泡沫板，表层嵌填聚硫密封胶，墙底与防渗墙顶采用铜片止水连接，形成完整防渗体系。上游坝坡设计坡比1:2.75，采用15cm厚C20混凝土预制块护坡，预制块尺寸为50cm×50cm×15cm，下设20cm厚砂砾石垫层、400g/㎡土工布反滤层，铺砌时挂线控制平整度，块间预留2cm缝隙，采用M10水泥砂浆填缝饱满；下游坝坡设计坡比1:2.5，采用三维植被网植草护坡，坡脚重建贴坡排水体，排水体顶高程172.50m，采用干砌块石砌筑，下设20cm厚粗砂垫层、30cm厚碎石垫层，排水体与坝体接触部位铺设400g/㎡土工布反滤，防止坝体土颗粒流失；原有下游排水棱体因堵塞全部拆除重建，新建棱体高5.2m，顶宽2m，坡比1:1.5，采用粒径30-50cm的坚硬未风化块石砌筑，棱体底部设置C20混凝土排水沟，将坝体渗水统一引入下游排洪渠。溢洪道加固施工前先修筑施工期临时挡水围堰，围堰采用编织袋装土填筑，顶宽2m，堰高2.5m，迎水面铺设两布一膜土工膜防渗，围堰内预埋2根Φ1200mm钢筋混凝土导水管，将施工期库水导排至下游，确保作业面干地施工。溢洪道为岸边正堰式，原净宽12m，本次加固对控制段溢流堰表面碳化混凝土全部凿除，凿除深度5cm，涂刷水泥基界面剂后浇筑20cm厚C30混凝土叠合层，叠合层配置Φ12@200钢筋网，钢筋采用植筋工艺锚入原堰体，锚固深度不小于15d，植筋完成后按1%抽样做拉拔试验，合格率达到100%后方可浇筑混凝土；溢洪道边墙统一加高1.2m，采用C25混凝土现浇，墙厚0.4m，加高后边墙顶高程满足泄洪安全超高要求。泄槽段对原底板冲刷破损部位凿除至密实混凝土层，重新浇筑25cm厚C30钢筋混凝土底板，底板纵横向每8m设置一道伸缩缝，缝下设置紫铜片止水，底板表面设置5cm高、10cm宽的防滑齿槽，增强高速水流下的抗冲能力，泄槽边墙采用30cm厚C25混凝土衬砌。原消力池长度不足，本次在原有基础上加长8m，总长度达到22m，池深1.8m，池底浇筑30cm厚C30钢筋混凝土，池末设置2m高消力坎，消力池末端设置5m长海漫，采用40cm厚干砌块石砌筑，下设20cm厚碎石垫层，防止泄洪时出口水流冲刷淘刷。输水涵管为坝下埋设的预制钢筋混凝土结构，原管径0.8m，本次加固待库水位降至涵管进口高程以下后开展施工，首先采用管道机器人对涵管内部全断面排查，对宽度小于0.2mm的裂缝采用环氧树脂浆液表面封闭，宽度大于0.2mm的裂缝采用环氧树脂化学灌浆处理，灌浆压力控制在0.2-0.3MPa，灌浆完成后做压水试验，透水率不大于0.1Lu即为合格。涵管处理完成后开展内部内衬施工，内衬为10cm厚C35钢筋混凝土，配置Φ8@150钢筋网，内衬后涵管净直径0.6m，满足设计输水流量0.42m³/s的要求，内衬施工采用定制滑模从出口向进口逐段推进，每段浇筑长度3m，混凝土浇筑后洒水养护不少于7d，确保内衬混凝土光滑平整、无裂缝。涵管进口拆除原有锈蚀的铸铁闸门，更换为304不锈钢平板闸门，配置QL-100kN螺杆式启闭机，启闭机安装在新建的C25混凝土启闭排架上，排架高6.5m，设置检修爬梯和1.2m高安全防护栏，进口设置拦污栅，栅条间距5cm，防止漂浮杂物进入涵管造成堵塞；涵管出口新建长6m、宽2m、深1m的C25混凝土消力池，消能后水流接入原有灌溉渠道。施工期同步安装大坝安全监测设施，包括坝顶垂直位移、水平位移监测点8个，沿坝顶每30m布置1个；坝体渗流压力监测点12个，分别布置在0+050、0+110、0+170三个典型监测断面，每个断面在坝基、心墙、下游坝坡布设测压管；左右坝肩绕坝渗流监测点4个；排水棱体出口设置三角量水堰1个，监测坝体总渗流量，所有监测点设置明显保护标识，防止施工机械碰损，竣工后移交管理单位定期观测。施工进度采用关键线路网络计划管控，总工期12个月，从第一年10月1日至第二年9月30日，具体节点安排为：第一年10月1日至10月31日完成临时设施建设、图纸会审、技术交底、原材料进场检测，工期31d；第一年11月1日至第二年1月31日完成防渗墙导墙、槽段钻进、混凝土浇筑及墙底灌浆，完成坝顶清表、坝坡清坡，工期92d，充分利用枯水期低水位条件开展地下隐蔽工程施工；第二年2月1日至4月30日完成坝体培厚碾压、防浪墙浇筑、坝顶路面施工，完成上下游坝坡护坡、排水棱体重建，工期89d；第二年5月1日至6月30日完成溢洪道堰体加固、边墙加高、泄槽及消力池施工、海漫砌筑，确保主汛期前溢洪道具备正常泄洪能力，工期61d；第二年7月1日至8月15日完成输水涵管裂缝处理、内衬施工、闸门及启闭机安装、出口消力池施工，施工期间提前对接气象水文部门，选择无强降雨的低水位窗口期作业，工期46d；第二年8月16日至9月20日完成安全监测设施安装、管理用房修缮、永久边坡植被恢复，完成所有分部工程验收，工期36d；第二年9月21日至9月30日完成临时设施拆除、场地清理、竣工资料编制，筹备单位工程验收，工期10d。资源配置方面，施工高峰期投入作业人员126人，其中管理人员12人、技术人员8人、特种作业人员10人、各工种作业人员96人；投入主要机械设备包括CZ-30冲击钻机4台、1.2m³斗容挖掘机2台、18t振动碾2台、JS750强制式拌合机2台、15t自卸汽车8台、装载机2台、涵管滑模设备1套、化学灌浆设备2套、洒水车1辆、120kW柴油发电机1台，配备全站仪1台、DSZ2水准仪2台、土工及混凝土试验设备1套，满足施工检测需求。质量管控严格执行“三检制”，即班组初检、施工队复检、项目部专职质量员终检，每道工序验收合格并经监理工程师签字确认后方可进入下道工序，严禁无验收转序。原材料进场严格查验出厂合格证、质量证明文件，按规范批次取样送检，水泥每200t、钢筋每60t、砂石料每400m³为一个检验批次，检测不合格的原材料24h内清退出场，严禁用于工程实体。关键工序实行全过程旁站制度，防渗墙混凝土浇筑、坝体碾压、止水安装、涵管化学灌浆等工序，安排专职质量员全程盯控，详细记录施工参数，留存全过程影像资料。委托具有水利工程检测甲级资质的第三方单位开展实体质量检测，检测内容涵盖防渗墙混凝土强度、渗透系数、墙段接茬透水率、坝体压实度、混凝土强度及抗渗等级、金属结构安装精度等，所有检测数据真实可追溯，严禁伪造检测资料。针对夏季、冬季混凝土施工制定专项温控措施，夏季施工时骨料搭设遮阳棚，采用地下水拌合，控制混凝土入仓温度不超过28℃，浇筑后及时覆盖洒水养护；冬季施工时采用热水拌合，混凝土入仓温度不低于5℃，浇筑后覆盖保温棉被，控制混凝土内外温差不超过25℃，防止温度裂缝产生。所有新旧混凝土结合面必须凿毛至露出新鲜骨料，冲洗干净后涂刷水泥净浆界面剂，再浇筑新混凝土，止水铜片采用热熔焊接，搭接长度不小于20cm，安装位置居中固定，防止浇筑过程中移位形成渗水通道。安全施工与度汛管理严格落实责任制，项目经理为安全生产第一责任人，配备2名专职安全员，各作业班组设兼职安全员，所有进场人员开展三级安全教育培训，特种作业人员全部持证上岗，严禁无证作业。施工现场临水、临边部位设置1.2m高防护栏杆，悬挂安全警示标识，高空作业人员必须系挂安全带，机械作业半径内严禁站人，施工用电采用三级配电、两级保护，所有电气设备设可靠接地，防止触电事故。施工期编制专项度汛方案报当地水行政主管部门审批，成立20人的应急抢险队伍，储备编织袋2000条、土工膜500㎡、块石300m³、应急照明设备10套等防汛物资，汛期安排专人24h值班，每日对接气象、水文部门获取雨情水情信息，当库水位达到汛限水位180.50m时，立即停止所有施工作业，撤离机械和人员，全开溢洪道泄洪，确保大坝及下游群众安全。临时开挖边坡按1:1.5放坡，雨天后复工前全面排查边坡稳定性，发现裂缝、滑移迹象及时采取卸载、支护措施，防止边坡坍塌事故。施工期严格落实环境保护与水土保持措施，拌合站废水经三级沉淀池处理后回用，生活污水经化粪池处理后定期清运，严禁直接排入库区；施工场地定时洒水降尘，粉状