劉 濤，呂君卓，金 輝，宋立民

（中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，吉林長(zhǎng)春130021)

1 工程概況

察爾森水庫(kù)位于嫩江支流洮兒河中游、內(nèi)蒙古自治區(qū)科右前旗境內(nèi)，是一座綜合利用的大（1）型水庫(kù)，也是洮兒河干流上唯一一座控制性骨干工程。水庫(kù)正常蓄水位為365.40 m，設(shè)計(jì)洪水位366.40 m，校核洪水位367.61 m，水庫(kù)總庫(kù)容12.53×108m3。設(shè)計(jì)灌溉面積66460 hm2，多年平均發(fā)電量2664×104kW·h。水庫(kù)下游防洪標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)。

水庫(kù)樞紐由壤土心墻砂礫石壩、溢洪道、泄洪洞和電站組成。心墻頂高程為369.00 m，壩頂高程為371.50 m，最大壩高為40.0 m，壩頂寬為6.0 m，壩頂長(zhǎng)為1712 m，防浪墻頂高程為372.50 m。上游壩坡坡比為1∶2.5和1∶2.75，邊坡點(diǎn)高程為354.50 m，采用塊石護(hù)坡；下游壩坡坡比為1∶2.0和1∶2.5，采用砌石網(wǎng)格砂礫石護(hù)坡，在高程354.50 m處設(shè)有2.0 m寬?cǎi)R道。岸邊陡槽式溢洪道，位于大壩左側(cè)，現(xiàn)狀設(shè)4孔9 m×9 m弧形鋼閘門(mén)（加固后為3孔），堰頂高程353.00 m，最大泄量3531 m3/s。泄洪洞位于大壩右側(cè)，采用二洞合一的布置方式。主洞灌溉、泄洪，支洞發(fā)電輸水。主洞為圓形有壓隧洞，長(zhǎng)度392 m，內(nèi)徑分為6.0 m和6.7 m。最大泄量326 m3/s。

水庫(kù)于1971年9月開(kāi)始設(shè)計(jì)，1989年9月下閘蓄水，1990年主體工程基本完工，1996年9月通過(guò)了國(guó)家初步竣工驗(yàn)收。2011年5月完成大壩安全鑒定論證報(bào)告，于2011年6月22日通過(guò)審查，并將察爾森水庫(kù)定性為三類壩。2011年7月15日，《關(guān)于察爾森水庫(kù)三類壩安全鑒定成果的核查意見(jiàn)》同意察爾森水庫(kù)為三類壩鑒定結(jié)論意見(jiàn)，需要進(jìn)行加固處理。

2 水庫(kù)建筑物存在的主要問(wèn)題

1）大壩工程：大壩壩頂防浪墻裂縫嚴(yán)重，壩頂路面龜裂、高低不平；上游護(hù)坡極不平整，起伏差不滿足規(guī)范要求，下游壩坡砌石網(wǎng)格砂礫石護(hù)坡破損嚴(yán)重，局部斷面缺失；大壩壩基滲漏嚴(yán)重，存在滲流穩(wěn)定問(wèn)題，滲流安全不滿足要求。

2）溢洪道工程：進(jìn)水渠入口上游岸坡局部塌岸嚴(yán)重；進(jìn)水渠首部噴混凝土剝蝕、脫落嚴(yán)重，翼墻破損、剝蝕嚴(yán)重，局部鋼筋裸露，相鄰段錯(cuò)位；溢流面和閘墩混凝土老化嚴(yán)重，存在龜裂、碳化、剝蝕、脫落等現(xiàn)象，溢流面抗沖刷能力不足，閘墩存在裂縫，牛腿附近抗裂計(jì)算不滿足規(guī)范要求，邊墩側(cè)向抗傾安全系數(shù)不滿足現(xiàn)行規(guī)范要求；陡槽段邊墻和底板混凝土裂縫較多，剝蝕嚴(yán)重；溢洪道混凝土抗凍指標(biāo)不滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。

3）泄洪洞工程：泄洪洞進(jìn)口左岸近壩岸坡及進(jìn)口閘室后山坡存在穩(wěn)定問(wèn)題，進(jìn)口落石堆積嚴(yán)重，攔污柵已無(wú)法正常啟閉；泄洪洞進(jìn)口啟閉機(jī)室梁、板等多處存在裂縫，不滿足結(jié)構(gòu)承載力要求；泄洪洞洞身及出口段混凝土存在老化、碳化、剝落現(xiàn)象。

3 大壩加固

3.1 大壩基礎(chǔ)防滲處理加固

根據(jù)安全鑒定結(jié)論，大壩壩基滲漏嚴(yán)重，存在滲流穩(wěn)定問(wèn)題，滲流安全不滿足要求。根據(jù)地質(zhì)資料，大壩基礎(chǔ)水平防滲層滲透系數(shù)偏大，滲透系數(shù)平均值為1×10-4cm/s，且滲透系數(shù)離散性大，覆蓋層厚度不均一。壩基土體的可灌性根據(jù)顆粒分配曲線分析，壩基范圍內(nèi)分布的各層土，級(jí)配不良礫可灌性較好，含細(xì)粒土礫不適宜常規(guī)灌漿，粘土質(zhì)礫不適宜常規(guī)灌漿。由此可看出，含細(xì)粒土礫與粘土質(zhì)礫層均不可灌漿。

因此，大壩基礎(chǔ)處理選定對(duì)地基適應(yīng)性較強(qiáng)，施工技術(shù)成熟，成墻質(zhì)量保證率較高，防滲性能和效果可靠的混凝土防滲墻型式?，F(xiàn)狀大壩壩基各土層的滲透比降應(yīng)小于允許比降，盡量減小壩基滲流量，節(jié)省投資為原則，結(jié)合滲流計(jì)算成果進(jìn)行了局部加固處理。

該方案僅對(duì)不滿足滲透穩(wěn)定部位的基礎(chǔ)進(jìn)行了加固處理。大壩基礎(chǔ)防滲處理范圍為0+150.00～0+815.00 m和1+222.00～1+470.00 m兩段，總長(zhǎng)913 m，采用混凝土防滲墻。防滲墻中心線距壩軸線以下1.0 m，防滲墻厚度為0.6 m，防滲墻頂部插入壤土心墻不小于4.0 m。防滲墻底部深入弱風(fēng)化巖0.5 m，防滲墻最大深度為27 m。根據(jù)滲流計(jì)算，在0+150.00～0+430.00 m部位結(jié)合防滲墻進(jìn)行帷幕灌漿，灌漿深度為20 m，間距2.0 m。

3.2 上游護(hù)坡加固

將高程367.00～371.50 m上游護(hù)坡不平整部位局部拆除后重新進(jìn)行防護(hù)，施工過(guò)程中對(duì)坡面上的內(nèi)部觀測(cè)孔及滲流監(jiān)測(cè)設(shè)施等應(yīng)采取臨時(shí)保護(hù)措施，以免遭到破壞。防護(hù)型式根據(jù)工程實(shí)際運(yùn)行情況，考慮與原護(hù)坡結(jié)構(gòu)的連接，采用漿砌石護(hù)坡，坡比為1∶2.5，漿砌石厚度為40 cm，其下為15 cm厚的砂礫石墊層。

3.3 下游護(hù)坡加固

將坡面上現(xiàn)有砌石網(wǎng)格梁拆除后重新修筑漿砌石網(wǎng)格梁，間距仍采用3 m，斷面為30 cm×30 cm（寬×高）。壩頂至高程354.50 m之間壩坡為1:2.0，在高程354.50 m馬道，內(nèi)設(shè)40 cm×30 cm（寬×高）的混凝土縱向排水溝；高程354.50～337.00 m之間壩坡為1∶2.5；在高程337.00 m馬道，內(nèi)設(shè)40 cm×30 cm（寬×高）的混凝土排水溝，337.00 m以下壩坡為1∶3.0。沿壩軸線每50 m設(shè)一道30 cm寬的混凝土橫向排水溝，與壩腳及每層馬道排水溝相連，縱向排水溝平行壩軸線。沿下游壩坡共設(shè)4條寬2.0 m的上壩踏步，在有監(jiān)測(cè)點(diǎn)部位設(shè)寬2.0 m的踏步，均采用混凝土結(jié)構(gòu)。

3.4 壩頂結(jié)構(gòu)加固

原瀝青混凝土路面全部拆除，重新鋪設(shè)瀝青混凝土路面。對(duì)大壩防滲墻部位進(jìn)行處理，考慮到大壩基礎(chǔ)混凝土防滲墻施工需要形成不小于11 m寬的施工平臺(tái)，此次設(shè)計(jì)將壩頂路面挖至370.00 m高程，然后將開(kāi)挖料直接填至下游壩坡，頂寬3.2 m，邊坡為1∶1.5，待基礎(chǔ)防滲墻施工結(jié)束后再將壩坡處的填筑料挖除，同時(shí)將壩頂370.00 m高程以下挖除30（50）cm，然后再重新填筑至壩頂371.50 m高程。

壩頂下游側(cè)采用混凝土路緣石，斷面為20 cm×50 cm。在路緣石每隔50 m預(yù)留排水溝，將壩頂積水排至下游排水溝內(nèi)。

4 溢洪道加固

溢洪道為岸坡開(kāi)敞式溢洪道，溢洪道全長(zhǎng)270 m。由進(jìn)水渠、控制段、泄槽段、挑流鼻坎段、出水渠等組成，現(xiàn)狀溢洪道控制段溢流總凈寬為36.0 m，長(zhǎng)28.0 m。溢洪道4孔，單孔凈寬9.0 m，中墩厚度均為2.0 m，邊墩為衡重式擋墻結(jié)構(gòu)。由于閘墩牛腿附近抗裂計(jì)算和扇形鋼筋承載力不滿足現(xiàn)行規(guī)范要求，所以，此次加固設(shè)計(jì)需要對(duì)閘墩進(jìn)行加固處理。

現(xiàn)狀溢洪道閘墩中墩厚度為2 m，比較單薄，不宜采用開(kāi)挖后再貼混凝土的加固處理方式。如果采用鑿毛后再貼50 cm厚混凝土處理，勢(shì)必將減少溢流孔凈寬（現(xiàn)狀4孔，單孔寬9 m），使溢洪道的泄流能力降低，不能滿足泄流要求。因此此次加固設(shè)計(jì)將原中墩全部拆除重建，邊墩為滿足牛腿布置局部拆除。根據(jù)現(xiàn)狀堰體布置保證溢流道總凈寬36.0 m不變。

1）進(jìn)水渠：底高程 351.00 m，全長(zhǎng) 115 m，閘前寬41 m，進(jìn)口處寬85 m。原底板拆除后重新采用混凝土襯砌，厚度為50 cm。導(dǎo)流墻為衡重式擋墻，將兩側(cè)導(dǎo)墻混凝土進(jìn)行鑿毛，然后噴涂混凝土界面粘結(jié)劑，再重新澆筑50 cm厚的貼面混凝土，墻高不變，導(dǎo)墻表部設(shè)有構(gòu)造鋼筋網(wǎng)和化學(xué)植筋。

2）控制段：溢流前緣總寬為41 m，總長(zhǎng)35 m，溢流堰孔口共分3孔，每孔凈寬12 m。閘墩長(zhǎng)度根據(jù)閘門(mén)布置需要加長(zhǎng)7 m，因此需將拆除泄槽段起始段（包括底板和邊墻）以便邊墩布置。將原3個(gè)中墩拆除后重新修筑兩個(gè)中墩，厚度均為2.5 m。2個(gè)邊墩為布置牛腿附近扇形鋼筋的需要將359.00 m高程以上部位拆除重建至371.50 m高程，359.00 m高程以下部分邊墩先進(jìn)行鑿毛，然后噴涂混凝土界面粘結(jié)劑，再重新澆筑50 cm厚的貼面混凝土，邊墩表部設(shè)有構(gòu)造鋼筋網(wǎng)和化學(xué)植筋。

溢流堰頂高程為353.00 m，堰型仍采用駝峰堰，上游堰高2 m，下游堰高3 m。在挖除中墩部位堰體混凝土后其余部位堰體均采用局部加固處理。即將堰體表面先挖除20 cm，然后噴涂混凝土界面粘結(jié)劑，再重新澆筑20 cm混凝土。閘墩上部設(shè)有交通橋、工作橋、液壓?jiǎn)㈤]機(jī)及啟閉機(jī)室等。

3）泄槽段：泄槽段起點(diǎn)高程為349.42 m，底坡1∶9，長(zhǎng)100 m。其中0+063.00 m樁號(hào)以前13 m為新建段，該樁號(hào)以后87 m為加固段。

泄槽0+050.00～0+063.00 m新建范圍內(nèi)混凝土底板厚度為0.6 m，底板表部設(shè)有構(gòu)造鋼筋網(wǎng)及錨筋。泄槽0+063.00～0+150.00 m屬于加固段，將現(xiàn)狀底板和邊墻進(jìn)行鑿毛，然后噴涂混凝土界面粘結(jié)劑，再分別重新澆筑25 cm和35 cm厚的混凝土，底板、邊墻表部均有設(shè)有構(gòu)造鋼筋網(wǎng)、錨筋和化學(xué)植筋。加固后的泄槽寬為41.4 m。

5 泄洪洞加固

1）進(jìn)水口清淤

察爾森水庫(kù)泄洪洞進(jìn)水口由于庫(kù)岸巖塊掉落阻塞，攔污柵不能正常起吊檢修，此次處理設(shè)計(jì)對(duì)進(jìn)水口淤積進(jìn)行清理。

2）進(jìn)水口啟閉機(jī)室拆除及重建

將進(jìn)水口檢修高程369.50 m以上結(jié)構(gòu)全部拆除，按照更新后的金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其啟閉設(shè)備選型，重新進(jìn)行泄洪洞進(jìn)水口結(jié)構(gòu)布置設(shè)計(jì)。

檢修平臺(tái)室結(jié)構(gòu)尺寸為13.8 m×12.6 m×8.0 m（長(zhǎng)×寬×高），長(zhǎng)度（水流方向）較原啟閉機(jī)排架擴(kuò)大2.1 m，寬度及高度方向與原結(jié)構(gòu)尺寸一致。由于攔污柵啟閉時(shí)，啟閉機(jī)室受較大側(cè)向力作用，原排架結(jié)構(gòu)承載力不足，發(fā)生震動(dòng)破壞。此次加固設(shè)計(jì)，將原排架結(jié)構(gòu)檢修平臺(tái)室改為剪力墻結(jié)構(gòu)，墻體厚70 cm。啟閉機(jī)室結(jié)構(gòu)尺寸為13.8 m×12.6 m×4.5 m（長(zhǎng)×寬×高），長(zhǎng)度（水流方向）較原啟閉機(jī)排架擴(kuò)大2.1m，寬度及高度方向與原結(jié)構(gòu)尺寸一致，墻體厚40 cm，啟閉機(jī)室結(jié)構(gòu)凈尺寸滿足啟閉機(jī)運(yùn)行要求。

3）進(jìn)水口近壩岸坡加固

考慮到邊坡頂部進(jìn)水口公路已經(jīng)形成，在保證公路安全的情況下，對(duì)現(xiàn)狀干砌石護(hù)坡段的下部塊石層先進(jìn)行水泥砂漿灌注，并設(shè)φ100 mm排水孔。然后再將坡面開(kāi)挖至塊石層以下0.5 m，再重新鋪設(shè)漿砌石護(hù)面，在漿砌石內(nèi)布設(shè)φ80 mm軟式排水管，與排水孔相連接。由于水庫(kù)近年來(lái)最低水位高程多為350.00 m左右，為避免放空水庫(kù)，將漿砌石護(hù)坡分兩期施工，待庫(kù)水位低于350.00 m時(shí)再行施工二期。為保證一期漿砌石護(hù)坡的穩(wěn)定，在356.00 m高程采用3φ22錨筋束固坡，間排距均為3 m。對(duì)靠近進(jìn)水口的巖石邊坡清坡處理后，采用混凝土板防護(hù)，混凝土厚度50 cm，并設(shè)錨筋和排水系統(tǒng)。

泄洪洞進(jìn)水口右側(cè)45 m岸坡以外延長(zhǎng)防護(hù)30 m，清坡處理后采用噴錨支護(hù)，厚度為15 cm，并設(shè)錨筋和排水系統(tǒng)。

4）洞身加固

此次加固設(shè)計(jì)挖除原噴混凝土襯砌段剝蝕破壞部位及底拱澆筑混凝土，新建鋼筋混凝土襯砌，斷面型式為圓形，底拱局部最小襯砌厚度為30 cm，最大局部襯砌厚度為50 cm，襯砌后內(nèi)徑為6.0 m，保持內(nèi)徑與原鋼筋混凝土襯砌一致，平順連接?；炷烈r砌段頂拱135°范圍內(nèi)進(jìn)行回填灌漿。

對(duì)現(xiàn)狀鋼筋混凝土襯砌段局部破損部位采取鑿除混凝土，噴涂混凝土粘結(jié)劑，然后回填混凝土的方式進(jìn)行處理，鑿除深度30 cm。