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贵港市达开水库的除险加固工程
谢春全
摘要：贵港市达开水库除险加固工程是列入广西2009年病险水库除险加固工程，是第三批国家扩大内需中央预算投资的重大建设项目，也是列入贵港市“三百工程”大会战中的最大水利民生工程之一。本文以达开水库的现状分析为基础，通过探讨有效措施和技术处理问题，总结除险加固工程的经验和效果。
关键词：达开水库；除险加固；工程；设计
达开水库大坝于1958年10月动工兴建，1965年8月建成并投入运行至今，在使用过程中出现过一些问题，曾进行多次维护。本次达开水库除险加固工程概算总投资1.335亿元，其中主体工程投资9513.67万元。项目法人为贵港市达开水库管理局，由广西水利电力勘测设计研究院担任主要设计工作，广西水利水电质量与安全监督中心站负责质量把关。由此可以看出贵港市对此次打开水库除险加固工程的重视。工程主要建设内容为：主、副坝防渗加固，溢洪道加固，灌溉输水遂洞加固，高架坝加固，金属结构和启闭设备更新改造，大坝安全监测系统和水情测报系统更新改造，防汛公路维修改建等。
一、达开水库的工程概述
达开水库枢纽工程包括拦河主坝（1座）、副坝（9座）、溢洪道（1座）、水库检修放空设施（包括放水塔、检修放空涵管等）、灌溉输水设施（包括进口明渠、控制闸、压力隧洞、暗涵等）以及高架坝及其灌溉泄洪设施和灌溉发电洞等。
主坝为均质土坝，坝顶高程103.54～103.79m，坝顶长330m，最大坝高51.5m，坝顶宽度为5.65m，其上设有浆砌石防浪墙，墙顶高程104.74～104.79m。主坝最大底宽268m，上游坝坡自下而上依次为1：3、1：2.75、1：1.93，从75.54m高程至坝顶为块石护坡；下游坝坡从坝脚至75.54m高程为干砌块石或混凝土预制块护坡，75.54m高程以上为草皮护坡，自下而上坡比分别为1：3.1、1：1.3.2、1：2.76：1：2.12。
副坝共9座，均为均质土坝。坝顶总长677m，最大坝高36m。主坝左侧依次布置有三～九号副坝，右侧布置有一、二号副坝。
溢洪道位于主坝左侧的山坳上，距主坝330m，为河岸式陡槽溢洪道，总长约118.95m，由进水段、控制段及泄槽组成。最大泄量为2630 m3/s。
高架坝位于水库灌溉输水隧洞出口暗涵下游约100m处，为均质土坝，坝顶高程99.3～99.8 m，坝顶长302m，最大坝高23m，坝顶宽4.2～4.4m，上游坝坡1：2.68，下游坝坡自下而上依次为1：2.08、1：1.99。内设灌溉泄洪洞和灌溉发电洞。
灌溉输水设施位于水库东侧桂平市石龙镇新隆村石塘坳处，由进口明渠、控制闸及压力隧洞、暗涵等组成。进口控制闸共2孔，闸门为钢板结构，上建起门塔一座，各用一台40t卷扬机启闭，闸内渠为矩形浆砌石；隧洞全长3.975km，设计流量为28 m3/s，其进、出口底高程分别为85.42m、73.88m，渠底纵坡为1/360，洞身结构为有压马蹄形，底宽3.3m，洞高3.3m；隧洞末端为长513m的暗涵，砌石拱涵结构，底宽4m，纵坡为1/2000。
二、混凝土防渗心墙除险加固工程的主要措施
混凝土防渗心墙在整个水库工程中起着至关重要的作用，对混凝土防渗心墙进行除险加固也是水库维护中的关键环节。达开水库在进行整体除险加固工程的过程中，积累了不少宝贵经验，也取得了有效实绩。
1. 混凝土防渗心墙存在的主要问题
塑性混凝土防渗心墙在使用中与坝体分离产生裂缝。为了从根本上解决问题，贵港市达开水库管理局召开会议，汇集相关专家就该问题进行讨论，找到了裂缝产生的主要原因，即：由于混凝土收缩，接头孔造孔冲击等原因，一序槽孔的混凝土墙与坝体土之间，产生接触裂缝；在进行二序孔施工时，二序孔内泥浆向两侧扩散使总泥浆压力增加较大，加上施工中浇筑混凝土上升速度过快，达5～6m/h，侧向压力增加过快；同时主坝上部土体的密实度较差，导向槽长期浸泡在水中，很容易造成土层松软，在泥浆压力作用下引起串浆，导致裂缝的扩张。另外塑性混凝土中的水泥及膨润土含量较大，也存在收缩形成裂缝的可能性。
2. 混凝土防渗心墙的设计
防渗墙是在坝顶距坝轴线3.5m的下游侧，浇筑一层厚度为0.6m的混凝土墙，顶至63.5m高程，底嵌入岩基不少于0.5m，设计要求成墙后的混凝土28d的抗压强度≥2.6Mpa，抗渗标号≥B6，弹性模量不大于500Mpa。塑性混凝土防渗心墙是在原有坝体上造孔开槽浇筑而成，结构单薄，受力复杂，影响墙体受力因素众多，出现问题不易及时发现和处理。为了更好地对墙体垂直应力应变、土压力变化及分布进行长期跟踪观测，分析其变化，监测混凝土防渗墙的运行情况，在心墙混凝土施工时，分主河床坝2个，2#和3#坳坝各一个，共4个断面埋设40个应变仪、6个无应力计、12个土压力计。同时，为使主河床坝观测数据更加可靠，在主河床坝其中一观测断面上增设光纤应变传感器观测，与常规应变仪观测进行对比研究。
3. 混凝土防渗心墙的施工
塑性混凝土的施工必须严格按监理工程师批准的配合比进行配料，现场生产塑性混凝土必须满足下列要求：①出机口落度20～40cm；②扩散度34～40cm；③拌和折水率应小于3%；④初凝时间不少于8h；⑤终凝时间不大于48h；⑥密度不小于2.05g/cm3。工程采用泥浆固壁，CZ-ZZ型冲出钻机造孔，抽筒抽碴，采用经清孔合格后用泥浆下直升导管法浇筑混凝土的工艺。开钻造孔前首先要完成导向墙施工，钻机轨道铺设、钻机安装、泥浆系统、供风、供水系统铺设、制浆、输浆系统安装、混凝土拌和、泵送设备安装等临时设施及主、辅助系统设备安装等准备工作。槽孔施工采用泥浆固壁，冲击钻钻击，抽简出碴的方法。施工时，每一槽孔先钻进主孔后壁打副孔，壁打副孔时在相邻两个主孔中放置接砂斗出碴，钻空主、副孔后，变换钻机的钻头位置，从上到下把墙体劈掉。钻孔时若遇到孤石可直接用十字钻头钻凿粉碎钻进。造孔结束经自检合格后，及时会同监理等部门对造孔质量全面检查，经检查合格才可进行槽孔换浆。
槽孔清孔换浆采用抽筒掏渣法。由于泥浆消耗大，必须随时注入新制泥浆，保持泥浆的高度，以防塌孔。清孔换浆结束必须达到以下标准：①孔底淤积厚度不大于10cm；②孔内泥浆密度不大于1.3g/cm3，粘度不大于30s，含砂量不大于10%；③以钢丝刷钻头公段刷洗接头孔混凝土孔壁上的泥浆，直水刷子钻头上基本不带泥屑孔底淤积不再增加。
4.处理塑性混凝土防渗心墙与坝体分离产生的裂缝
为了解决塑性混凝土防渗心墙与坝体分离产生裂缝的问题，达开水库的除险加固工作中采用了更科学合理的方法。水泥粘土浆液（水泥渗入少部分粘土）自下而上回填，灌好裂缝，并且采用自然灌注填充，不再施加任何外在压力；根据裂缝大小随时调整水泥粘土浆液的浓度；在处理裂缝期间，对已施工完成的接头孔进行粘土回填或用新制泥浆置换接槽孔内已沉淀的泥浆并保持循环，施工作业中不进行同时的大面积作业，避免了再次串浆的可能性；因为钻凿法施工接头孔会带来施工振动和泥浆的快速流动，从而可能会对已浇筑的槽孔混凝土与坝体之间的裂缝造成扩张，所以施工中尽量采用拔接头管法或切削法进行施工；混凝土上升速度过快会引起侧压力骤增，因此要坚持将上升速度维持在2.5m/h左右；为了进一步确保泥浆护壁效果，施工中适当加大新制泥浆密度；严格控制混凝土的水灰比，避免因水灰比过大产生混凝土收缩过大。
对塑性混凝土防渗心墙与坝体之间的裂缝的处理，有效改善了坝体渗漏的问题，取得了较好的效果。下游的渗水量由加固前的4.99L/s减少到现在的1.85L/s，渗流量减少了62.9%，大大提高了水库的安全系数。这一除险加固工程在达开水库的应用是成功的。
三、达开水库存在的其他问题及解决措施
2007年2月，贵港市水利局对达开水库大坝进行安全评价论证工作。2007年9月30日，经广西壮族自治区水利厅水库大坝安全鉴定专家组审定《广西贵港市达开水库大坝安全评价报告》，并提出了大坝安全鉴定报告书，将达开水库大坝安全类别评定为“三类坝”。2007年10月31日，经过水利部水工程安全与病害防治工程技术研究中心（长江委设计院）核查，同意 “三类坝”鉴定结论。
（一）除了上面提到的“塑性混凝土防渗心墙与坝体分离产生裂缝”的问题外，达开水库还存在以下两方面问题：
1.塑性砼防渗心墙产生裂缝。经参建各方初步分析，认为塑性砼防渗心墙裂缝产生的原因可能有以下几个方面：①在心墙砼浇筑过程中，浇筑面上升速度过快，其侧压力对坝体可能产生劈裂破坏；②导向槽和大坝坝面长时间被泥浆水浸泡，加上大坝上部填土质量不够密实，可能导致导向槽失稳向上游倾斜产生裂缝；③在抓槽过程中浆液水频繁流动，致使裂缝由小变大。
2.坝体和设施自然损坏
主坝防浪墙部分出现沉陷、裂缝和脱落现象。大坝上游坝坡干砌块石风化，局部松动、沉陷和架空，下游坝坡局部塌陷，右坝肩开挖边坡较陡。副坝大部分上游护坡块石风化、离散，凹凸不平，下游坡不平整。溢洪道泄槽底板与边墙混凝土多处裂缝，底板施工缝有杂草长出，进水渠两侧边坡无衬护，下游泄洪渠未作护砌处理。灌溉输水隧洞进水塔混凝土出现碳化、剥落，启闭机房破烂不堪，闸门及启闭设备年久失修，运行困难。
（二）除了解决塑性混凝土防渗心墙与坝体分离产生的裂缝之外，达开水库还采取了以下除险加固措施：
1.治理水库的自然损坏部分
对大坝坝顶防浪墙及上、下游护坡、坡脚排水棱体等加固处理：对大坝上游出现风化、离散、沉陷或架空的干砌石护坡采用现浇C15混凝土护坡，下游质量差、坝坡不平整的草皮护坡进行翻修或改建；按需要增设、改建或维修坝顶防浪墙及坡脚排水棱体；疏浚坝后排水暗涵和导流明渠。对坝体白蚁进行防治。对溢洪道进行全面复核，并通过方案比选提出加固处理措施，确保其结构的稳定安全。
2.解决工程遗留问题
对溢洪道进水口两侧边坡进行衬砌防护，彻底清理进口处的淤积物，同时对可能影响过流的渠段进行疏浚，，对潜在影响过流的不稳定边坡进行处理保证下游泄洪渠的过流能力。对灌溉输水隧洞渗漏严重的洞段进行加固补强，同时改建隧洞控制闸，增设隧洞出口工作闸。二副坝放水塔露天钢桁桥锈蚀严重，桥面预制混凝土板老化断裂，对其进行了拆除重建。放水塔操作平台防洪能力不足，对其进行了加高处理。鉴于高架坝放水塔年久失修，混凝土碳化严重，其金属结构及启闭设备锈蚀变形严重，已无法正常工作，交通桥拱梁出现贯穿性裂缝，工程对高架坝进行了彻底改造。完善与更新了各种观测设施，并建立自动观测系统，加强对大坝变形、渗流量和浸润线等的观测，以利于大坝结构的正常观测。
四、结束语
综上所述，贵港市达开水库除险加固针对原有问题，科学规划，严格执行，混凝土防渗心墙存在的问题得到了妥善解决，有效遏制了大坝的渗漏问题。同时，对水库工程存在的其他方面问题，在除险加固工程中也有针对性加以研究和解决，全面改善了水库的整体面貌，提升其使用价值，在除险加固工程中取得了很多有益成果，
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