清河水库部分工程存在问题原因及分析

姜凤海

摘要:清河水库已运行49年,随着工程使用年限的增加,安全隐患逐渐显现,三大工程失修、老化现象相当严重,进行三大枢纽工程全面修复与升级换代十分迫切。笔者现就清河水库部分工程存在的安全原因进行了分析与阐述,并提出了相应的建议。

关键词:水库;工程;安全;建议

一、 工程概况

清河水库是辽河中游左侧一级支流——清河干流上的一座国家大(Ⅱ)型水库,以防洪、灌溉、工业供水为主,兼顾养鱼、旅游等综合利用。

水库大坝为复式断面碾压式黏土斜墙砂壳坝,迎水面为块石护坡,背水面为碎石护坡。最大坝高39.6 米,坝长1 622米,坝顶宽6米,坝底宽233米,防浪墙高1.15米,为浆砌块石,上游面喷混凝土防渗处理。

二、 大坝存在问题原因及分析

1. 大坝迎水坡护坡

迎水面护坡石在建设过程中,主要利用溢洪道开挖出的石料,这些石料主要是紫砂岩、胶结砾岩、页岩,抗风化能力弱,竣工后即趋于风化。大坝迎水面块石护坡曾做过多次维修,127米高程以上在1962年～1982年前进行了全部更换,但127米高程以下仅作了局部处理,即将风化的块石撬出,回填混凝土,没有进行全部更换。但事实证明,这部分护坡大部分时间暴露在水上或处于水位频繁涨落区,特别是1997年～2004年近七年时间,水库水位基本处于127米以下。该部分护坡石风化十分严重,许多石头已成碎块,局部被淘空,2001年7月份进行了原位抽样观测,沿坝轴方向0+120,0+420,0+720,0+950,

1+320,1+620分别抽取10×10米方格6块,统计结果为混凝土面积占15%,无护坡石面积占1%,风化石面积占84%。这种护坡状况无法防止风浪冲刷、冰冻涨力等破坏作用,严重影响坝坡安全。

2. 大坝背水坡护坡

清河水库大坝背水坡为碎石护坡。工程施工时,所用石料来自开挖溢洪道的碴石,抗风化能力极低,平整度极差,普通高差一般达10厘米～50厘米,凹陷最深的地方(0+540米最上坡)达到74厘米。另外,在施工时有三分之一左右没有达到设计标准,多处地方坝体砂料外露,虽经建成后陆续维修,仍不能从根本上解决问题。多年来,碎石风化已相当严重,含泥量很大(已达75%左右)。背坡岸坝结合部山体较陡,工程设计时也没有任何工程措施,多年来由于山体滑坡此部位形成较大堆积物。滤水坝址所用石料全部来自溢洪道开挖石料,风化相当严重。1990年,《清河水库枢纽工程安全鉴定》书中指出,“大坝背水坡护坡要逐步更新改造”。又经18年运行,背坡碎石、滤水坝堆石已经100%风化,排水沟、抢险梯道、马道、坝顶路肩挡墙损坏严重。综上所述,大坝背坡护坡不能满足工程要求,不仅影响工程安全运用,而且工程形象极差,严重影响了水库工程环境。

3. 大坝防浪墙

清河水库大坝防浪墙为浆砌石结构,1976年为了提高水库防洪能力,对防浪墙进行了喷浆防渗处理。因大坝变形、防浪墙本身质量等原因,墙身出现裂缝,并不断增多,裂缝为垂直方向,缝宽大小不等,最宽达3毫米,整个防浪墙较大的可见裂缝735条,其中上游105条、下游630条。清河水库防浪墙在汛期参与拦洪,如此多的裂缝令人堪忧。

三、 溢洪道工程存在问题原因及分析

(1)溢洪道闸墩、边墙存在较严重裂缝。溢洪道闸门边墩、中墩均存在垂直裂缝,位置均在闸门和牛腿之间,缝宽约1毫米～2毫米,长度贯穿闸墩及闸墩基础,北侧边墩有2条裂缝。溢洪道边墙存在少量裂缝。

(2)泄槽底板伸缩缝老化,杂草丛生,底板表面约20%严重剥蚀。堰面和底板所有压力和流速观测设备虽有设计但未安装。

(3)溢洪道挑坎后消能坑极不标准,坑后泄洪道为洪水自然冲刷而成,河底基岩位置较高,导致下游水位增高,下泄水流动能不充分,在泄洪过程中挑坎上未形成挑流,水流以水跃形式在泄槽内与下游连接,底板受力条件发生变化,泄洪时可能造成底板破坏。

(4)溢洪道工作闸门腐蚀较严重,闸门钢板最大腐蚀深度5毫米,结构比较单薄,水封漏水,现已运行40年,属于超期服役。

(5)溢洪道检修闸门龙门吊陈旧落后,两个吊点运动不同步,致使检修闸门多年来运行困难。

(6)溢洪道测流电动设备运转不正常,操作台已破旧不堪,无法维修。

四、 水库工程规模存在问题原因分析

1991年9月～1993年8月,清河水库与北京水利电力管理干部学院研究生部合作,开展"通过漫坝风险分析提高水库兴利效益的研究"项目。1993年该项目通过专家鉴定,建议将汛限水位由127米提高到129米。1994年5月,辽宁省防汛指挥部(1994)7号文批示,清河水库汛限水位抬至129米。十二年来,水库一直以该水位为水库主汛期汛限水位。根据漫坝风险分析结论,在此水位下,清河水库万年校核洪水位为137.94米,比原设计校核洪水位137.4米提高了0.54米,根据水库运用要求,1994年7月清河水库对溢洪道导流墙进行了加高处理,采用钢筋混凝土结构,加高0.54米。在此校核水位下,水库总库容为10.04亿立方米,水库规模实际已经达到大(Ⅰ)型。由于在建库接近尾工时受“75.8”大水影响强行提高土坝防洪标准,加高坝顶高程,因此对土坝危害极大,造成坝体稳定性不够,不能正常蓄水运行,并留有安全隐患。

五、 水库渗流监测存在问题原因及分析

清河水库大坝、溢洪道渗流监测测压管共68孔(包括一个溢洪道减压井)。在40年运用中,由于各种各样原因,目前报废、停测、堵塞、干孔达49孔,正常为19孔,完好率为28%。经过对原有测压管的详细考证,有的可以作废,有的需重新成孔(修复的可能性不大)。无水(干孔)测压管,经分析,是因为测压管成孔时间较长,当时所用反滤层材料及成孔工艺等原因,造成反滤层腐烂堵塞干孔或管内异物干孔。渗流监测设备的现状已经成为清河水库安全运行的隐患。

六、 问题的处理措施及建议

为确保水库工程安全运行,最大可能地发挥水库工程的综合效益,应对水库工程进行全面安全鉴定,结合水库工程目前的运行状况,提出如下建议:

(1)钢筋混凝土防浪墙替换原有桨砌石防浪墙;(2)更换上游坝坡回灌混凝土、风化块石和滤水坝址风化块石;(3)按照设计厚度填补下游碎石护坡;(4)清理大坝坝肩堆积物,防护滑坠山坡;(5)修复大坝的位移、渗流监测系统,增补大坝的渗流监测系统;(6)处理闸墩裂缝;密封底板毁坏的分缝;(7)混凝土喷护进水渠风化岩坡;(8)改善消能设施;(9)复核大坝实际抗洪能力,确定水库主汛期汛限水位,修正水库防洪预案。

(辽宁省清河水库管理局)