硬壳坝在二座水毁大坝修复中的应用

摘要： 1993年6月19日，xx省xx县xx水上相邻两梯级大坝同时水毁，二座电站顿时瘫痪，重创了当地的生产和人民群众的生活秩序。一时间，群众悲观失望情绪迅速滋生蔓延开来。笔者硬是在这窘况下，深入现场，反复勘测，精心比选，巧妙地采用硬壳坝结构或延长或加固，一冬完成了全部水毁修复工程，多快好省地恢复了xx二座电站发电，实现了当地的生产自救。

关键词： 坝施工；水毁修复；设计方法；方案选择，硬壳坝

1 引言

1993年6月19日xx县及毗邻的xx市普降罕见暴雨，山洪爆发，凶猛的xx水像一匹脱缰野马一头撞开xx大坝，携满库河水倾巢而下，然未出十里突遇xx大坝拦截，困兽犹斗，决右岸圩堤而出。洪水退去，xx大坝残存30m（左坝段）；xx大坝右岸农田则深切成河，其宽达60m，长120m，两座水库均几乎底朝天，几百千瓦装机陷于瘫痪，直接经济损失高达160万元。重创了当地的生产和人民群众的生活秩序。为实现生产自救，xx县委县府决定迅速开展重建。

2 xx大坝加固与重建

xx水电站装机200kw，多年平均年发电量110万kwh，坝址以上流域面积240km2，壅水建筑物为砼硬壳（内包干砌石）溢流坝，最大坝高6.0m，坝顶长60m。1993年洪水冲毁右坝段30m，而残存的30m左坝段也出现了几条垂直裂缝和水平裂缝。如何修复，方案多多：一则是拆除残存坝段，全长修建连拱坝；二则是加固左坝段，后重建两跨连拱坝式右坝段；三则是先加固残存左坝段，并据此加固后的截面轮廓修建砼硬壳包干砌石式右坝段。经技术经济比较，第一方案造价高、工期长；第二方案造价虽次之，但因风格各异，有碍观瞻；第三方案不仅造价最低、工期最短，而且新老坝段浑然一体简朴大方很值推荐。在确定第三方案后就如何加固残存之左坝段仍面临着两种型式之选择，一是用砼硬壳全包残存的左坝段；二是仅在残存坝段加浇砼上游面硬壳以加固。经笔者反复验算并力荐，xx水毁工程修复指挥部联席会议讨论决定选择后者。
选择仅加固残存坝段上游面的方案，该残存坝段上游面硬壳虽存在三条垂直、两条水平裂缝，有破碎现象存在，但其下游面（硬壳）却完好无损，因此可在其上游面重筑一底厚1.20m（伸入基层≥1.00m），顶厚0.75m的砼硬壳，并适当增高0.25m坝高以使新浇上游段硬壳与下游老坝面能按克－奥型曲线平滑连接，详见图一，这样，新浇的上游砼硬壳和完好的下游老坝面便形成为一完整的砼硬壳，而原上游面硬壳同其身后的干砌坝体一样作为堆砌料（离散体）被包裹在改造后的砼硬壳中，自然无庸人们去担心该上游老坝面的裂缝了，因此可按一完整的砼硬壳坝看待，经核验该加固改造坝段的稳定和残存强度（可用弹模仪测出）均满足安全要求。考虑到该残存老坝体下游排水孔可能淤塞，加固改造时可在下游坝面直线段尾端钻设Φ10@200的排水孔，以排水减压（在实际修复中并未实施），同时，为抵抗温度应力作用等，在新浇的上游面硬壳外表面配置竖Φ10／8@300、横Φ6.5@300的钢筋网。
重建的右坝段采用隔墙式砼硬壳结构，隔墙采用1.00m厚50＃浆砌块石，间距4.00－5.40m，上游面砼硬壳底端（坝踵处）厚1.20m，顶端（坝顶处）厚0.75m；下游面硬壳顶端厚0.75m、末端厚1.00m。同时，为抵抗温度应力作用等，在硬壳外表面配置Φ10@300（竖）和Φ6.5@300（横）的钢筋网,如图1所示。

3 xx大坝加长堵豁口

xx大坝左坝岸被洪水冲开一宽60m、长300m、深7.0m一豁口，河流改道于该岸农田中，长60m，高5.5m的xx大坝虽安然无恙高耸河心中，却已彻底失去了拦河壅水之功效，为恢复xx电站发电，应封堵该豁口。

3.1方案选择
如何封堵，存在着三种方案，第一方案是原状恢复，回填被冲土方，修接上游圩堤和下游护岸；第二方案为在豁口中修筑一非溢流坝，并闭合于上游圩坝；第三方案则在豁口中修建一长45m且与原坝同高的砼硬壳包粗砂砾型溢流坝，后修接上游圩堤和下游护岸，经测算比较不难发现第三方案技术经济指标最优，其理由是：其一，第三方案增加45m长的溢流宽度，极大地提高了坝址处洪水宣泄能力，减少了坝上游水位的壅高度，这不仅可降低上游淹没损失和上游圩堤工程量，而且还可避免重蹈河岸决口之覆辙，因此，第三方案较第一、二安全可靠；其二，第三方案工程量少、造价低，因为它要修建的挡水建筑物是溢流坝，故其坝高小、工程少、造价自然低，而且考虑到上下游河岸线应保持相对平顺，在坝长上作适量的折减，即不是采用豁口宽的60m长，这样既减少了坝体的工程量，同时，河岸回填的所需方量也不多。可第一、二方案不仅缩窄了泄洪断面有再次被冲开之危险，而且土方填筑工程量十分巨大。因为，第一方案不仅要回填被洪水冲走10万m3土方（当然也可恢复农田10亩，但因其地处河滩、山坞价值不大），而且要修筑的上游圩堤也较高；第二方案又因其坝顶不溢流，坝要增高4.00m，则其坝体方量要较溢流坝翻一番多，同时，由于该非溢流坝段如一丁字坝突兀于河心（大坝水毁后河面已增阔）中，不仅抬高了上游水位进而增加了上游圩堤方量，而且也扰乱了河水流态，造成该非溢流坝段下游巨大的回流区，因此，右岸豁口上修建非溢流坝的其下游护岸便断然不可省略，故第二方案工程量亦十分巨大，而且施工技术要求也高。经测算，第三方案较第一、二方案分别节省20和25万元，故经笔者推荐后获xx水毁工程修复指挥部联席会议批准并采用之。

3.2结构设计
新增溢流坝采用砼硬壳包粗砂砾结构，全长45m，分两坝段，每段各长22.50m，最大坝高5.50m（不含1.40m深的截水墙），坝底10.54m，不设底板，但设一组1.00m宽的浆砌块石隔墙，隔墙间距5.60m，上下游面砼硬壳厚自上而下为0.75－1.00m，为了节省硬壳内模并加快施工进度，同时，也为了回收利用水毁残存块石，在硬壳内侧设一0.70m厚的干砌石过渡层以固定粗砾填料，另为尽可能地消除因砂砾填料的沉陷而导致硬壳受力不良之影响，砂砾体顶面和下游面上的干砌块石过渡层都设成拱冠状，如图2所示。硬壳坝是一空间结构，严格地讲要进行有限元分析，但这很繁复，故根据理论力学和材料力学的基本原理，偏安全地作些假设进而简化计算出本坝的抗滑稳定和强度指标均满足安全要求，具体计算方法可有关参考文献[1]。为抵抗温度应力和弥补计算方法之欠精确，硬壳上游段内外侧均设置Φ12@200（竖）和Φ10@200（横）的钢筋网。

4 结语

xx二座大坝水毁修复坚持对症下药，因地制宜、就地取材、修建结合的原则，多方比较、精心遴选设计方案，大胆实践，xx水利水电勘察设计公司苦战广大员工100天，迅速重建了该两座水毁大坝，一冬恢复两电站发电，工期短、投资省，而且工程安全可靠，历经十年尤其是1998洪水的考验安然无恙。这无疑从某种程度上证明了无底板、多隔墙砼硬壳坝作为岩基上低溢流式壅水建筑物是很适合的，若作水力自控翻板门的底堰，其经济性将更加显著[1]。