下荊子水庫運行40年來，壩體滲漏嚴(yán)重，溢流面老化剝蝕嚴(yán)重等問題威脅著水庫大壩本身及下游的安全，水庫效益難以發(fā)揮，2009年對其進(jìn)行了除險加固，加固后的水庫防洪效益、供水效益等非常顯著。

　　《水利水運工程學(xué)報》(雙月刊)創(chuàng)刊于1979年，由國家水利部主管，南京水利科學(xué)研究院主辦，是面向國內(nèi)外水利、水運工程行業(yè)公開發(fā)行的學(xué)術(shù)性刊物，并已加入《中國學(xué)術(shù)期刊(光盤版)》和“中國期刊網(wǎng)”;(ChinajournalNet).《水利水運工程學(xué)報》主要報道水利水電、水運、海洋和土木建筑等工程的規(guī)劃、可行性研究、設(shè)計、科研、施工、監(jiān)理和管理等眾多方面的新理論、新技術(shù)、新方法和新成果。讀者對象為從事水利、水運工程建設(shè)事業(yè)的廣大科技工作者及有關(guān)院校的師生。

　　1、工程概況

　　下荊子水庫座落在飲馬河支流萬家河上，壩址位于河北省秦皇島市盧龍縣劉田莊鎮(zhèn)下荊子村東，壩址以上控制流域面積5.2km2，水庫總庫容161.93萬m3，是一座以防洪為主，兼顧灌溉和養(yǎng)殖等綜合利用的小(1)型水庫。水庫于1968年11月動工興建，1969年5月建成投入使用。

　　水庫樞紐工程主要包括大壩、溢洪道、放水洞等。大壩由拱壩段和左、右岸重力壩段組成，壩頂總長146m，現(xiàn)狀壩頂高程111.0m(為假定高程系統(tǒng)，以下同);拱壩段位于主河槽部位，壩型為等半徑圓弧型混凝土心墻漿砌石單拱壩，最大壩高23.8m;溢洪道位于主河槽部位的拱壩段，為無閘門控制的實用溢流堰，放水洞位于大壩右側(cè)非溢流壩段，為φ500mm鑄鐵管。

　　2、水庫除險加固的必要性

　　2007年秦皇島市水利勘測設(shè)計處完成了《河北省下荊子水庫大壩安全評價報告》，并通過大壩安全鑒定專家組核定，評定下荊子水庫大壩為三類壩。

　　水庫存在的主要問題是壩體滲漏嚴(yán)重，溢流堰堰面老化剝蝕嚴(yán)重，放水洞出口控制閥門銹蝕變形、不能正常運用以及工程管理設(shè)施不完善等問題，嚴(yán)重影響了工程安全及水庫綜合效益的發(fā)揮。

　　2007年12月，《秦皇島下荊子水庫除險加固工程初步設(shè)計報告》編制完成。2008年1月，省水利廳組織專家對初步設(shè)計報告進(jìn)行了審查，根據(jù)審查會專家意見，完成了核定稿。為盡快消除工程隱患，2009年3月除險加固工程開工。

　　3、壩體加固設(shè)計

　　3.1壩體加固方案

　　壩體加固采用在壩體迎水面澆筑一層鋼筋網(wǎng)混凝土防滲面板，混凝土面板既起到壩體防滲作用，又起到壩踵壓重作用，增加壩體抗滑穩(wěn)定和壩踵壓應(yīng)力。

　　混凝土面板在壩頂處厚50cm，壩基處厚度最大1.2m。并在上游壩基處設(shè)基礎(chǔ)混凝土平臺，兼作帷幕灌漿平臺。面板與原壩體間采用Φ20錨筋連接，錨筋間距1.0m，梅花型布設(shè)，錨筋與面板鋼筋網(wǎng)焊接。面板混凝土等級C25W6F200。為了防止面板產(chǎn)生裂縫，水平向采用分塊澆筑，共分5塊，設(shè)4道伸縮縫，縫內(nèi)設(shè)紫銅片止水一道和貼2cm厚瀝青木板，并在每道施工縫內(nèi)設(shè)置遇水膨脹橡膠條，規(guī)格為40mm×30mm，以解決防滲面板混凝土澆筑過程中預(yù)留的施工縫滲水問題。

　　3.2拱壩段應(yīng)力計算

　　壩體應(yīng)力計算采用拱冠梁法，即考慮拱壩的整體作用，假定整個拱壩是由拱冠處的懸臂梁和支承在河谷兩岸的拱圈系統(tǒng)聯(lián)合組成，根據(jù)荷載作用下變形的連續(xù)條件，即拱和梁的交點處梁和拱的變位相等的條件，經(jīng)試算把荷載分配給拱和梁，分別計算拱、梁的內(nèi)力。

　　該工程拱壩壩址河谷不對稱，基巖面高差較大，拱壩段全長72m，位于深槽處的溢流壩段壩基面高程為85.5m，非溢流壩段約有1/3壩基面高程在100m。根據(jù)這一特點，將拱壩分為兩部分進(jìn)行簡化處理，即：○1拱壩溢流壩段，本部分選取40m長的溢流壩段為獨立體進(jìn)行分析，該段位于河谷深槽，拱圈中心半角28.3°，選取6層拱圈進(jìn)行分析，拱圈分層高程分別為105.5m、102.5m、99.5m、96.5m、93.5m和90.5m;○2拱壩全拱壩段，本部分長72m，拱圈中心半角51.25°，選取3層拱圈進(jìn)行分析，拱圈分層高程分別為105.5m、103.0m、100.5m。

　　表1加固后拱壩溢流壩段應(yīng)力計算成果

　　工況分層高程

　　(m)徑向變位(m)拱冠(Kg/cm2)拱端(Kg/cm2)拱冠梁(kg/cm2)

　　上游下游上游下游上游下游

　　校核水位105.50.0012.19-0.11-0.913.280.000.00

　　102.50.0012.06-0.48-1.083.170.510.62

　　99.50.0011.55-0.42-0.812.400.721.54

　　96.50.0001.04-0.31-0.521.600.562.74

　　93.50.0000.57-0.18-0.270.88-0.064.29

　　90.50.0000.19-0.06-0.070.29-1.105.36

　　設(shè)計水位105.50.0012.11-0.10-0.883.160.000.00

　　102.50.0011.98-0.46-1.043.060.520.60

　　99.50.0011.50-0.41-0.782.320.761.50

　　96.50.0001.00-0.30-0.501.550.632.67

　　93.50.0000.55-0.17-0.260.850.044.20

　　90.50.0000.19-0.06-0.070.28-1.025.28

　　正常蓄水地震105.50.0013.06-0.15-1.274.580.000.00

　　102.50.0012.85-0.66-1.494.390.330.8

　　99.50.0002.13-0.58-1.113.290.311.96

　　96.50.0001.41-0.42-0.72.17-0.153.45

　　93.50.0000.77-0.24-0.361.18-1.085.32

　　90.50.0000.26-008-0.090.39-1.966.22

　　表2加固后拱壩全壩段應(yīng)力計算成果

　　工況分層高程

　　(m)徑向變位(m)拱端(Kg/cm2)拱冠梁(kg/cm2)

　　上游下游上游下游上游下游

　　校核水位105.50.0000.180.100.050.240.000.00

　　102.50.0000.110.040.010.160.370.57

　　99.50.0000.030.010.000.040.191.73

　　設(shè)計水位105.50.0000.170.090.050.230.000.00

　　102.50.0000.110.040.010.150.390.56

　　99.50.0000.030.010.000.040.241.68

　　正常蓄水地震105.50.0000.20.110.060.270.000.00

　　注：1、壓應(yīng)力為+，拉應(yīng)力為-

　　2、大壩上游面采用混凝土應(yīng)力允許值，下游面為漿砌石的應(yīng)力允許值。

　　3、漿砌石允許拉應(yīng)力：6kg/cm2，壓應(yīng)力：42kg/cm2

　　4、混凝土允許拉應(yīng)力：15kg/cm2，壓應(yīng)力：56kg/cm2

　　壩體加固后的拱壩段壩體應(yīng)力各種荷載組合的工況下，均滿足規(guī)范要求。

　　4、壩基帷幕灌漿處理

　　壩址區(qū)工程地質(zhì)條件不良，壩基巖石為斑狀花崗巖，節(jié)理裂隙相當(dāng)發(fā)育，互相切割，巖石破碎，完整性較差，在左重力壩段壩基基巖節(jié)理裂隙連通性較好，并有F1斷層通過，易形成滲漏通道，會影響大壩的安全穩(wěn)定。左、右岸重力壩段壩基基巖表層有強風(fēng)化層2～3m，巖石比較破碎，透水率較大，為了降低壩基揚壓力，保證重力壩段壩體穩(wěn)定和安全，減少壩基滲漏，對左、右岸重力壩段壩基進(jìn)行帷幕灌漿處理。

　　①帷幕灌漿軸線距重力壩段貼坡壓重平臺上游邊緣1.5m。

　　②灌漿孔采用單排直孔，孔間距2.0m，孔深11～13m，基巖面以下孔深不小于8m。灌漿時逐次加密的施灌，灌漿壓力0.3～0.4MPa，施工中根據(jù)地質(zhì)條件變化和實際吃漿量調(diào)整灌漿壓力。

　　5、溢流壩段溢流堰堰面加固

　　溢流堰面加固處理采用澆筑聚丙烯纖維混凝土方案。聚丙烯纖維混凝土是一種合成纖維混凝土，其特點是具有纖維摻量少、成本低、耐化學(xué)腐蝕性好等特點。在C30W6F200混凝土中摻入聚丙烯纖維可提高混凝土的強度和韌性，對混凝早期裂縫的限制作用和抗?jié)B能力會有很大提高，因此對溢流堰堰面的加固處理，采用聚丙烯纖維C30混凝土方案，并在頂面設(shè)φ12○a200鋼筋網(wǎng)。

　　在溢流堰堰面澆筑聚丙烯纖維混凝土之前，首先將堰體漿砌石和水泥砂漿抹面全部鑿除，平均厚度75cm，將浮渣清理后用水沖洗干凈，然后再澆筑聚丙烯纖維混凝土，聚丙烯纖維摻入量1kg/m3，待聚丙烯混凝土初凝后灑水養(yǎng)護(hù)，確保工程質(zhì)量。

　　6、放水洞加固

　　放水洞進(jìn)口底高程為94.80m，未設(shè)閘門槽，只在出口設(shè)有閥門控制，這對放水洞和出口閥門檢修相當(dāng)不方便，為解解決此問題，在放水洞進(jìn)口設(shè)閘門槽。門槽的結(jié)構(gòu)型式采用槽鋼，門槽從底高程94.7m到高程109.3m。

　　放水洞出口原DN500閥門已破壞不能運用，需要更新閥門，采用DN500蝶閥1個，DN500伸縮節(jié)1個。

　　7、左岸上壩路改建

　　針對左岸上壩路存在的問題，為滿足水庫防洪度汛要求，需對水庫左岸上壩路進(jìn)行改建。本次加固左岸上壩路改建段長320m，路面寬4.0m，采用泥結(jié)碎石路面，厚20cm，采用兩側(cè)排水，路拱坡度1%。靠山一側(cè)設(shè)排水溝，底寬和深度均為0.5m，另一側(cè)設(shè)漿砌石防護(hù)墩。

　　8、管理房設(shè)計

　　下荊子水庫無管理室，管理人員無法管理，本次加固，在大壩右壩頭北側(cè)平緩階地新建水庫管理房。管理房長14.9m，寬7.1m，建筑面積為106m2，采用磚混結(jié)構(gòu)。

　　9、觀測設(shè)計

　　大壩無安全監(jiān)測設(shè)備，無法進(jìn)行正常管理。本次加固在大壩左岸山坡布設(shè)1個、右岸山坡布設(shè)2個基準(zhǔn)點，壩頂設(shè)變形觀測點3個，分別布置在左側(cè)非溢流壩接近拱腳處，右側(cè)非溢流壩拱壩段與溢流壩接近處及右側(cè)重力墩與拱端接近處。另外在大壩下游側(cè)設(shè)測壓管5個，其中左、右非溢流壩段各2個，溢流壩段1個，測壓管鉆孔直徑110mm，鍍鋅鋼管DN50mm。

　　10結(jié)語

　　下荊子水庫除險加固工程于2009年10月完工，水庫存在的問題得到了解決，工程經(jīng)過了近2年的運行，大大提高了下游防洪標(biāo)準(zhǔn)，緩解了水資源缺乏矛盾，水庫的防洪、供水及養(yǎng)殖等效益非常顯著。