黃海波，金 輝，張 煜，陳俊杰

（1.清原滿族自治縣水利工程技術管理站，遼寧清原113300；2.中水東北勘測設計研究有限責任公司，吉林長春130021）

1 工程概況

紅河水庫位于遼寧省清原滿族自治縣境內渾河上游左岸支流紅河上，集水面積為806km2，總庫容為1207萬m3。水庫工程等別為Ⅲ等，主要建筑物級別為3級。樞紐工程主要由攔河壩、二道壩和輸水系統(tǒng)等組成。攔河壩為混凝土拱壩，全長233.524m，二道壩位于大壩下游100m處，全長135m，二道壩下游設有交通橋，輸水系統(tǒng)位于庫區(qū)左岸，進水口在大壩上游約1000m處。

2 存在的問題

根據(jù)現(xiàn)場調整和資料分析，現(xiàn)狀樞紐建筑物存在如下問題：

1）校核洪水標準為300年一遇，洪水標準不滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。

2）為保證水庫正常運行20年預留淤積庫容和清原縣城供水的目標，為此水庫需要興利庫容578萬m3?，F(xiàn)狀總庫容為512萬m3，正常高水位以下有效庫容僅為約87萬m3。庫區(qū)泥沙淤積嚴重，拱壩上游面應力增大，拱壩上游面最大主拉應力為-1.34MPa，不滿足規(guī)范要求，興利庫容不滿足供水等功能要求。

3）壩下二道壩已沖毀，無法形成設計要求的跌流消能水墊塘深度，大流量泄洪會對大壩下游側基礎產生沖刷，形成沖坑，影響壩體穩(wěn)定。

4）大壩背水面保溫苯板已全部脫落，無法起到保溫作用，影響壩體結構安全。

5）壩體接縫出現(xiàn)滲水并伴有白色析出物，原導流孔封堵體存在滲漏和鋼筋銹蝕現(xiàn)象。

6）輸水洞進水口檢修閘門主要構件嚴重銹蝕，進水口啟閉機無供電、配電及控制系統(tǒng)，閘門無法正常啟閉。水下攔污柵已嚴重淤堵，洞內流量僅供1臺機組發(fā)電的（共4臺機組）。

7）壩下交通橋被沖毀，防汛道路路況差。

3 除險加固必要性

1）2015年12月南京水利科學研究院將紅河水庫大壩安全類別評定為三類壩，存在嚴重安全風險。

2）庫區(qū)內泥沙淤積情況嚴重，已影響工程安全運行，過高的淤積高程對拱壩自身結構安全和工程效益均產生不利影響，嚴重影響水庫的輸水、發(fā)電運行。

3）水庫的主要工程任務發(fā)生變化，為清原滿族自治縣主水源地。目前紅河水庫淤積嚴重，有效庫容不夠，無法滿足城市供水需求。

鑒于上述情況，紅河水庫除險加固勢在必行。

4 除險加固設計

針對水庫樞紐建筑物現(xiàn)狀存在的問題，采取相應的處理方案對水庫進行除險加固。

4.1 大壩加固設計

1）溢流壩擴建。由于洪水標準提高，為了將50年一遇的設計洪水、500年一遇的校核洪水安全下泄，經多方案技術經濟比較后，采取提高大壩泄洪能力與新建泄洪排沙洞聯(lián)合泄洪的方案。擴建后，溢流前緣總寬度由90m增加到133m。

為保護壩腳不受水流的進一步沖刷破壞，在溢流壩寬度范圍內恢復原設計的護坦，在下游設長10.0m的混凝土護坦，厚0.5m。

2）大壩上游面防滲。針對大壩混凝土澆筑層間施工冷縫分界明顯，錯臺較多，幾乎所有的施工層間縫、壩體橫縫處均有白色析出物的滲漏情況，受庫水位影響，只能對死水位以上范圍的上游壩面采用先對壩體表面蜂窩眼、孔洞、縫隙等缺陷采用環(huán)氧膠泥填補處理，然后對上游壩面表面進行打磨、清洗，最后涂刷聚脲的防滲處理方案。

3）大壩接縫及導流底孔灌漿。為徹底解決壩體自身防滲及結構耐久性問題，在下游對大壩接縫水泥灌漿和導流底孔封堵體周邊縫化學灌漿。

4）大壩下游面保溫。目前大壩背水面保溫苯板已全部脫落，無法起到保溫作用，采用中國水利水電科學研究院結構材料所的拱壩體形優(yōu)化程序（ADASO、拱梁分載法）對現(xiàn)狀大壩進行壩體應力復核計算，計算結果見表1。

表1 現(xiàn)狀壩體應力特征值及其部位表 MPa

在保溫層失效情況下，拱壩現(xiàn)狀壩體應力在各基本組合下均不滿足規(guī)范要求的主拉應力-1.2MPa控制標準，且超標拉應力數(shù)值及分布范圍較大?？紤]紅河水庫地處東北嚴寒地區(qū)，為了消減大壩表面溫度梯度，控制大壩表面溫度應力，防止大壩危害性裂縫的產生，需對大壩表面采取保溫措施。

考慮大壩下游面多處于長期外露、無水的狀態(tài)，經技術經濟比較，采用下游全壩面保溫措施：壩體表面存在的蜂窩眼、孔洞、縫隙等缺陷采用環(huán)氧膠泥填補處理、環(huán)氧修補膏找平處理、環(huán)氧底漆處理、噴涂5cm厚聚氨酯、35um防老化面的保溫方案。采取保溫措施后的壩體應力復核計算結果見表2。

表2 加固有保溫層壩體應力特征值及其部位表 MPa

壩體下游面采取保溫措施后，在基本組合控制工況（正常蓄水位+溫降）和特殊組合校核溫升工況下，壩體應力均滿足規(guī)范要求；雖然在死水位溫升工況下，壩體下游面仍存在小范圍超出應力控制標準的拉應力區(qū)，但其應力值及影響范圍均較現(xiàn)狀大幅度減小，加之紅河水庫大壩調節(jié)能力較弱，該工況發(fā)生的頻率極低。綜上所述，壩體下游面采取保溫措施后，壩體應力得到了極大改善，壩體應力水平大幅度降低，高應力區(qū)分布范圍顯著減小，大壩正常使用狀況下應力基本滿足規(guī)范要求，大壩整體安全處于可控狀態(tài)。

4.2 二道壩設計

根據(jù)水力學計算消能結果，原漿砌石二道壩的位置和高度能夠滿足消能防沖要求，新建壩體結構形式仍與原設計相同的混凝土二道壩。

4.3 泄洪排沙洞

在輸水洞附近新建長1199.00m，直徑6m圓形斷面的泄洪排沙洞，與大壩共同承擔紅河水庫的泄洪任務，兼顧輸水洞進水口區(qū)域內的清淤沖沙任務，同時，由于進口底板高程低于死水位，因此可兼作大壩檢修放空之用。

4.4 輸水洞進口改造

將輸水洞進水口攔污柵檢修高程269.70m以上結構全部拆除，按照更新后的金屬結構設計及其啟閉設備選型，重新進行攔污柵啟閉機室布置設計。

4.5 輸水洞清淤

由于水庫淤積嚴重，導致輸水洞進口和洞內也同時淤堵，輸水洞上游幾乎全部淤滿，下游淤堵情況略好，為保證輸水暢通，對輸水洞進口和洞內進行清淤處理。

結合庫區(qū)和壩前清淤，紅河水庫正常高水位對應庫容為637萬m3，總庫容為1144萬m3，工程規(guī)模仍為中型。

4.6 交通恢復

防汛道路按原路線、原標準、原路面高程、寬度進行恢復，局部對路面高程和寬度進行調整。為保障大壩運行管理人員、小型設備運輸和突發(fā)事件疏散等交通，在水毀原交通橋處新建多跨預制裝配式鋼筋混凝土梁橋。交通橋按河道條件全長112m，單跨16m，共7跨。

4.7 壩前清淤

隨著壩前泥沙淤積高程的增加，壩體所受的泥沙壓力也隨之增大，對壩體應力產生不利影響。為大壩的運行安全，對壩前50m范圍泥沙進行清理，恢復至原地面高程。

4.8 安全監(jiān)測

現(xiàn)狀紅河水庫除庫水位外，無法獲取任何監(jiān)測數(shù)據(jù)，壩內測縫計及電阻溫度計電纜頭遺失無法觀測。由于工程為除險加固工程，壩體原始斷面單薄，沒有設置廊道，因此，大壩內部變形觀測項目不具備增設條件，滲流觀測也比較困難，唯有外部變形觀測具備增設條件，同時也比較容易實現(xiàn)。

5 結語

結合紅河水庫現(xiàn)狀情況，為滿足建筑物安全和水庫功能要求，從防洪標準、樞紐建筑物自身缺陷、水庫供水、大壩監(jiān)測和交通等方面進行除險加固設計是合理的，也是勢在必行的。