小果老水库坝下放水管渗漏防治措施_程明春.pdf

河南水利与南水北调 2023年第2期工程建设与管理小果老水库坝下放水管渗漏防治措施程明春（贵州省毕节市勘测设计研究院，贵州 毕节 551700）摘要：小果老水库坝下放水管位置具有隐蔽特殊性，不具备检查、维护、更换条件，现场检查只能通过关闭放水管进出口的控制设施来观察漏水量变化，以此推测坝下放水管是否渗漏。不对坝下放水管进行现场启闭运行试验，则不易区分渗水来源于水库大坝上游土工膜损坏渗漏还是坝下放水管渗漏，导致漏诊坝下放水管渗漏病因，不能达到对水库进行除险加固治理目的。在开展第二次大坝安全评价，对坝下放水管进行现场启闭试验观察，准确判断坝下放水管渗漏，提出相应除险加固措施，实现水库去险目的，为小型水库土坝坝下埋管安全评价现场检查提供了借鉴经验。关键词：坝下放水管；隐蔽性；混淆；渗漏原因；借鉴经验中图分类号：TV6文献标识码：A文章编号：1673-8853（2023）02-0075-03PreventionandControlMeasuresforWaterPipeLeakageundertheDamofXiaoguolaoReservoirCHING Mingchun（Bijie Survey and Design Institute,Bijie 551700,China）Abstract：The location of the water discharge pipe under the dam of Xiaoguolao Reservoir is hidden and special.It does not have theconditions for inspection,maintenance and replacement.On-site inspection can only observe the change of water leakage by closingthe control facilities at the entrance and exit of the water discharge pipe,so as to speculate whether the water discharge pipe under thedam is leaking or not.If the on-site opening and closing operation test on the water discharge pipe under the dam is not carried out,itis not easy to distinguish whether the seepage comes from the damaged geomembrane in the upstream of the dam or from the leakageof the water pipe under the dam.As a result,the cause of the leakage of the water pipe under the dam may be missed,and the purposeof strengthening the reservoir cannot be achieved.In the second dam safety evaluation,the field opening and closing test observation ofthe water pipe under the dam was carried out,the leakage of the water pipe under the dam was accurately judged,and thecorresponding measures for danger elimination and reinforcement were put forward to realize the aim of danger elimination of thereservoir,which provided reference experience for the field inspection of buried pipe safety evaluation of small reservoir earth dam.Key words：water discharge pipe under dam;concealment;confusion;cause of leakage;use experience for reference1引言二十世纪七十年代前后建设小型水库，坝型基本为土坝，水库经过几十年运行，大部分水库虽然达到或超过设计使用年限，坝下放水管存在老化、破损、施工时连接方式不当等情况，但是坝下放水管位置特殊性，不具备维修养护、更换条件，更不能目测坝下放水管漏水区域，导致水库存在安全隐患和不能正常发挥应有效益。虽然水库大坝实行定期安全鉴定制度规定“首次安全鉴定应在竣工验收后5 a内进行，以后应每隔6-10 a进行一次，但是受经济制约、坝下埋管位置特殊性、金属结构专业人员经验和责任心影响等方面因素，导致无法得出准确安全评价结论和提出相应改造措施。结合金属结构专业人员经验，现场检查可通过现场启闭运行试验坝下放水管进出口控制设施，观察下游坝面漏水量变化，根据工程已有资料，询问巡库人员，确定坝下放水管有无渗漏；如果金属结构专业人员不进行启闭现场运行试验，仅目测下游坝面漏水现场情况，定性坝下放水管安全评价结论，坝下放水管渗漏易与水库大坝上游土工膜损坏导致渗漏相混淆，安全鉴定结论失真，达不到水库去除病险目的。小果老水库第一次安全评价和除险加固没有找关键病因和去除病险，第二次安全评价和除险加固，通过现场启闭运行试验、金属结构专业评价判断坝下放水管存在渗漏，除险加固对水库放水设施改造，最终去除病险，充分保证了水库安全运行和效益发挥。2概述小果老水库位于长江流域赤水河水系赤水河干流右岸三级支流河流刀石沟上游河段，其中一级支流为堡合河、二级支流为播扎河。大坝位于七星关区阿市乡木拉村，为均质土坝，坝址以上集雨面积2.40 km2，最大坝高13 m，坝顶长48 m，坝顶宽4 m。工程等别为等，工程规模为小（2）型，库容26.60万m3，主要建筑物级别为5级，次要建筑物级别为5级，设计洪水标准20年一遇（P=5.00%），校核洪水标准为200年一遇（P=0.50%），工程任务为农田灌溉为主兼顾城镇及农村人畜饮水。工程枢作者简介：程明春（1979），女，高级工程师，主要从事水利水电工程金属结构专业设计、监理工作。75河南水利与南水北调 2023年第2期工程建设与管理纽由均质土坝+左岸溢洪道+放水建筑物构成，其中放水建筑物位于大坝右岸，由取水口、放水铸铁管、闸阀室组成，进口设置C25钢筋混凝土消力井，消力井顶部设有300双向转动闸门，放水铸铁管为坝下埋管，直径为DN250铸铁管，出口闸阀室铸铁管上设有 DN250 工作闸阀控制放水，放水铸铁管于1973年建坝投入使用。3第一次安全评价及除险加固2010年经过专家组对小果老水库大坝鉴定为三类坝，其中主要问题是下游坝坡面、坝基存在渗漏，渗漏总量约0.80L/s，上游坝坡土工膜损坏；闸阀室DN250放水管未渗漏，金属结构设备仅更换DN250检修闸阀和DN250工作闸阀。2012年除险加固，上游坝坡铺设土工膜进行防渗，沿坝体上游坝面与两坝肩及坝底接触部位开挖齿槽，将土工膜嵌入齿槽内，齿槽以下采用灌浆防渗且有排水棱体；拆除闸阀室DN250检修闸阀和DN250工作闸阀，新安装DN250检修闸阀和DN250工作闸阀。关闭出口DN250工作闸阀，水库开始蓄水，库区水位开始升高，闸阀室上游区域坝面、坝基仍存在渗漏，DN250工作闸阀前放水管沿管壁存在渗水，随后沿闸阀室上游面DN250放水管位置开挖，寻找漏水来源，但是随着对开挖距离增大，对坝坡稳定性有影响和除险加固资金制约，采取黏土回填开挖部分，人工夯实。最终采取取水口进口增设300双向转动闸门小开度控制取水，否则坝下放水管满流，渗漏量会对坝坡稳定性有安全隐患，采用开启DN250工作闸阀，拆除DN250检修闸阀。水库安全评价结论失真，即上游坝坡土工膜损坏渗漏结论，产生安全评价和除险加固不恰当的资源投入浪费。水库第一次安全评价和除险加固未达到找关键病因和去除病险预期目的，仍继续带病运行到2021年。4第二次安全评价及除险加固2021年4月，安全评价检查主要问题是坝体右侧偏下游位置放水管部位有异常变形、隆起、表面见凹凸变形、垮塌及蠕变等现象，表观整体平整度较差，闸阀室里沿着放水管管壁存在渗水，工作闸阀阀体周围未见渗水，DN250工作闸阀处于开启状态，闸阀锈蚀、手轮失灵，不能启闭，仅靠取水口进口300双向转动闸门小开度控制取水，闸阀井积满水和淤泥。放水管出口DN250工作闸阀不能启闭，不能通过关闭DN250工作闸阀观察闸阀室管壁上渗水量变化情况，只能通过关闭取水口进口300双向转动闸门和采取其他措施封堵DN250工作闸阀放水管末端，关闭取水口进口300双向转动闸门3 h，下游坝面漏水量变小；封堵DN250工作闸阀放水管末端，局部开启取水口进口300 双向转动闸门 3 h，下游坝面漏水量增大，经判断DN250放水管存在渗漏。坝体填筑材料为粘土及强风化砂岩，其状态密实，岩体透水率小，坝体基岩为强风化泥质粉砂岩，基岩透水率小，其满足坝基岩体及防渗帷幕底界条件，由于水库长期运行，其坝体与基岩接触面发生部分变化，接触不紧密产生局部裂隙，产生沿接触带的渗漏，坝基渗漏较严重，渗水浑浊，渗漏总量约1.50 L/s，排水棱体后呈湿润状态，综合分析水库大坝存在安全隐患，危及下游村寨、耕地及百姓的安全，专家组鉴定小果老水库大坝安全评价结论为三类坝。2021年12月对小果老水库进行除险加固初步设计，重点改造放水设施、坝基防渗帷幕灌浆处理。根据金属结构专业经验，小果老水库受历史条件制约，设计基本由工程所在地水务人员设计，施工人员多为当地民众，无标准规范指导，无专业施工机械，坝身DN250放水管已超过设计使用年限，老化、破损、施工时连接方式不当，加之大坝为均质土坝、DN250放水管位置隐蔽特殊性，不具备维护检修更换条件，不能检查坝下放水管准确位置渗漏，或者进行沿坝下放水管位置开挖更换放水管对大坝稳定性不利，故进行放水设施位置改造。除险加固初步设计采用顶管和开挖隧洞两种方案进行技术经济比选，但是顶管对施工单位施工技术和经验要求高，工程所在地已实施类似均质土坝水库工程实例采用水平定向钻机进行非开挖定向钻进顶管方案，更换放水管，水库蓄水后放水管与坝体接触带存在渗漏，下游坝坡形成集中渗漏点，没达到工程预期去除病险目的，在经济允许和水库公益性比较强条件下，优选开挖隧洞，能保证水库长久运行，采取C15混凝土对原DN250放水管进口封堵和灌浆。受地形的限制，洞轴线布置为直线时，洞身将穿过坝体，影响坝体结构安全；水库灌溉、城镇及农村人畜饮水取水流量3.20 L/s，比较小，坝高仅13 m，受资金制约，放水设施进口不考虑设置取水塔增设拦污栅和事故闸门，为了考虑水库运行后期维护、更换 DN250 放水管、DN250 检修闸阀及 DN250 工作闸阀，隧洞断面为圆拱直墙形，宽高（BH）=1.602.00，拱半径0.80 m，距进口 43.90 m 转弯至下游，转弯半径为 16 m，全长116.10 m，隧洞里穿DN250钢管至下游渠道，隧洞进口设置固定式拦污栅，拦污栅孔口尺寸宽高（BH）=1.602.00，拱半径0.80 m，隧洞进口及放水钢管采用 C25 混凝土封堵，堵头长2.50 m，堵头后 1.50 m 处 DN250 钢管上设置 1 套 DN250 检修阀，DN250钢管末端设置1套DN250工作阀，工作闸阀末端钢管接消力池，再到渠道（见图1）。放水钢管根据 低压流体输送用焊接钢管 采用无缝钢管，管内径250 mm，钢管壁厚度计算确定：按构造计算确定钢管壁厚=D800+4（1）式中：D钢管直径（mm），D=250 mm；经计算，=4.30 mm。按承压力计算钢管壁厚（2）式中：Hj设计管段的计算水头（m），Hj=9.55 m；D0钢管的内径（cm），D0=25 cm；C锈蚀厚度（cm），C=0.20 cmm；估算钢材的允许应力（kg/cm2），=1 000 kg/cm2；纵向焊缝焊接应力减弱系数。取=1.00，（接缝的坚固系数，当采用焊接缝时，取0.901.00，根据焊接技术不同而定）。图1新建隧洞平面布置图76河南水利与南水北调 2023年第2期工程建设与管理经计算，=2.01 mm，根据规范的构造要求，管壁最小厚度需加2 mm锈蚀厚度，所以最终管厚度取为4.01 mm。综合以上计算,考虑钢管锈蚀厚度和水库放水的持续性，参照 焊接钢管尺寸及单位长度重量 选取管壁，选择无缝钢管径为273，管壁厚为8 mm，长度为126 m。DN250检修闸阀型式为软密封暗杆闸阀，阀体为QT450，公称压力为1.00 MPa，法兰连接，手动操作；DN250工作闸阀型式为扇叶式活塞阀，阀体为QT450，公称压力为1.00 MPa，法兰连接，手动操作。目前，小果老水库除险加固实施方案已实施，本次的安全评价寻找水库病因和除险加固实施方案能达到水库去除病险目的，水库除险加固实施方案施工完成，能达到水库农田灌溉为主兼顾城镇及农村人畜饮水功能效益。5结语小果老水库坝下放水管位置隐蔽特殊性，根据工程已有资料、结合各专业现场检查，一旦下游坝面有渗漏现象，通过关闭放水管进出口金属结构设备较长时间观察放水管区域漏水量变化。在排除放水管进口与坝体接触带原因，关闭放水管进口金属结构设备观察下游坝面渗漏量，如果下游坝面渗漏量变小；开启放水管进口金属结构设备，关闭放水管末端金属结构设备观察渗漏量，渗漏量变大，均可以确定坝下放水管已坡损；反之可以排除坝下放水管破损原因。小果老水库两次安全评价和两次除险加固设计，寻找到小果老水库病险关键病因，确保小果老水库实现安全运行，保障下游人民群众生命财产安全。同时，水库放水设施是水库运行基本设施，水库运行管理单位应加大对放水设施维修养护，发现问题及时处理，不能处理的问题应根据其性质、严重程度和紧迫性，应及时上报处理，从而避免坝下埋管渗水引起管涌险情。从本工程第二次大坝安全评价和第二次除险加固方案实施，取得良好效果，为今后土坝坝下埋管安全评价和除险加固提供借鉴的宝贵经验。参考文献：1 陈海龙.毕节市七星关区小果老水库除险加固初步设计报告 R.贵州筑合源工程设计有限公司，2021收稿日期：2022-11-6编辑：雍友玉77