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

　　《水利水運工程學報》(雙月刊)創刊于1979年，由國家水利部主管，南京水利科學研究院主辦，是面向國內外水利、水運工程行業公開發行的學術性刊物，并已加入《中國學術期刊(光盤版)》和“中國期刊網”;(ChinajournalNet).《水利水運工程學報》主要報道水利水電、水運、海洋和土木建筑等工程的規劃、可行性研究、設計、科研、施工、監理和管理等眾多方面的新理論、新技術、新方法和新成果。讀者對象為從事水利、水運工程建設事業的廣大科技工作者及有關院校的師生。

　　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，現狀壩頂高程111.0m(為假定高程系統，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重，溢流堰堰面老化剝蝕嚴重，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施不完善等問題，嚴重影響了工程安全及水庫綜合效益的發揮。

　　2007年12月，《秦皇島下荊子水庫除險加固工程初步設計報告》編制完成。2008年1月，省水利廳組織專家對初步設計報告進行了審查，根據審查會專家意見，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，增加壩體抗滑穩定和壩踵壓應力。

　　混凝土面板在壩頂處厚50cm，壩基處厚度最大1.2m。并在上游壩基處設基礎混凝土平臺，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，錨筋與面板鋼筋網焊接。面板混凝土等級C25W6F200。為了防止面板產生裂縫，水平向采用分塊澆筑，共分5塊，設4道伸縮縫，縫內設紫銅片止水一道和貼2cm厚瀝青木板，并在每道施工縫內設置遇水膨脹橡膠條，規格為40mm×30mm，以解決防滲面板混凝土澆筑過程中預留的施工縫滲水問題。

　　3.2拱壩段應力計算

　　壩體應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聯合組成，根據荷載作用下變形的連續條件，即拱和梁的交點處梁和拱的變位相等的條件，經試算把荷載分配給拱和梁，分別計算拱、梁的內力。

　　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。根據這一特點，將拱壩分為兩部分進行簡化處理，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、壓應力為+，拉應力為-

　　2、大壩上游面采用混凝土應力允許值，下游面為漿砌石的應力允許值。

　　3、漿砌石允許拉應力：6kg/cm2，壓應力：42kg/cm2

　　4、混凝土允許拉應力：15kg/cm2，壓應力：56kg/cm2

　　壩體加固后的拱壩段壩體應力各種荷載組合的工況下，均滿足規范要求。

　　4、壩基帷幕灌漿處理

　　壩址區工程地質條件不良，壩基巖石為斑狀花崗巖，節理裂隙相當發育，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定。左、右岸重力壩段壩基基巖表層有強風化層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定和安全，減少壩基滲漏，對左、右岸重力壩段壩基進行帷幕灌漿處理。

　�、籴∧还酀{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，施工中根據地質條件變化和實際吃漿量調整灌漿壓力。

　　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滲能力會有很大提高，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φ12○a200鋼筋網。

　　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護，確保工程質量。

　　6、放水洞加固

　　放水洞進口底高程為94.80m，未設閘門槽，只在出口設有閥門控制，這對放水洞和出口閥門檢修相當不方便，為解解決此問題，在放水洞進口設閘門槽。門槽的結構型式采用槽鋼，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，采用泥結碎石路面，厚20cm，采用兩側排水，路拱坡度1%�？可揭粋仍O排水溝，底寬和深度均為0.5m，另一側設漿砌石防護墩。

　　8、管理房設計

　　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，采用磚混結構。

　　9、觀測設計

　　大壩無安全監測設備，無法進行正常管理。本次加固在大壩左岸山坡布設1個、右岸山坡布設2個基準點，壩頂設變形觀測點3個，分別布置在左側非溢流壩接近拱腳處，右側非溢流壩拱壩段與溢流壩接近處及右側重力墩與拱端接近處。另外在大壩下游側設測壓管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，工程經過了近2年的運行，大大提高了下游防洪標準，緩解了水資源缺乏矛盾，水庫的防洪、供水及養殖等效益非常顯著。