大埔縣縣城堤圍保護(hù)所 廣東大埔 514200

摘要：隨著水庫運(yùn)行時(shí)間的增長，水庫暴露出來的安全隱患也逐漸增多，為了確保水庫的安全穩(wěn)定運(yùn)行，及時(shí)進(jìn)行除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)就顯得尤為重要。本文結(jié)合施工案例，首先對水庫大壩滲漏的原因以及大壩的穩(wěn)定進(jìn)行了探討，并詳細(xì)闡述了水庫大壩的除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)，以期為類似水庫的除險(xiǎn)加固提供參考。

關(guān)鍵詞：大壩；滲漏；原因分析；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；校核；工程質(zhì)量

水庫大壩在防御洪水災(zāi)害和保障國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)上發(fā)揮了不可替代的作用，但是由于使用的時(shí)間及水庫的老化還有本身施工質(zhì)量的不理想等原因，使其出現(xiàn)滲漏等問題，導(dǎo)致水庫的整體安全性、適用性和耐久性下降，功能得不到正常發(fā)揮，可能會對下游廣大人民的生命財(cái)產(chǎn)安全造成威脅。因此，我們必須及時(shí)采取相應(yīng)的除險(xiǎn)加固措施，以確保水庫大壩的安全運(yùn)行。本文結(jié)合具體的施工案例，對水庫大壩滲漏原因進(jìn)行分析，并針對存在的問題提出了一套水庫大壩除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)，以期對加強(qiáng)我國的水庫大壩安全事業(yè)貢獻(xiàn)一份綿薄之力。

1 工程概況

大埔縣某水庫大壩采用粘土斜墻進(jìn)行防滲，壩體為壤土、砂礫料混合壩，壩長90m，壩頂高程410.5m，壩頂寬5.5m，最大壩高25.546m。溢洪道位于大壩左端，為開挖山體形成的開敞式溢洪道，堰體為a型駝峰堰。輸水洞位于大壩左側(cè)，為鋼筋混凝土圓形有壓隧洞。洞內(nèi)徑0.8m，全長146m，（其中主洞126m，發(fā)電支洞20m）。

通過現(xiàn)場調(diào)查、勘探、測量得知，水庫大壩壩體為壤土、砂礫料混合壩，壩長90m，壩頂高程410.5m，壩頂寬5.5m（含防浪墻0.5m），最大壩高25.546m，粘土斜墻頂高程為408.052m，防浪墻為漿砌石結(jié)構(gòu)，頂寬0.5m，頂高程411.627m，防浪墻經(jīng)過2次加高，現(xiàn)有15條縱向裂縫，且無止水，不能起到防水作用。實(shí)測大壩上游壩坡（自上而下）坡比為1∶2.5、1∶3.0、1∶2.0，實(shí)測下游壩坡（自上而下）坡比為1∶1.85、1∶1.93、1∶2.4，上游壩坡為干砌石護(hù)坡，下游坡為碎石護(hù)坡，壩腳處設(shè)置貼坡式排水體。

2 大壩滲漏原因分析

水庫大壩已運(yùn)行30多年，對其進(jìn)行安全評估后發(fā)現(xiàn)存在以下問題：

（1）根據(jù)地質(zhì)勘察，水庫正常蓄水情況下，左、右壩端山體風(fēng)化帶存在繞滲，需采取防滲處理。

（2）大壩下游壩坡穩(wěn)定系數(shù)小于允許值。上游壩坡干砌塊石塊徑小，厚度不夠，多為片石，需拆除重修。

（3）大壩沒有任何觀測設(shè)施，需對水庫配置觀測設(shè)備。

（4）粘土斜墻頂高程408.052低于設(shè)計(jì)洪水位408.407，不滿足規(guī)范要求。防浪墻為漿砌石結(jié)構(gòu)，并沒有止水，起不到擋水作用。

由于大壩心墻高度較小且大壩建筑質(zhì)量較差，此處容易形成滲流通道。1970年修筑壩體心墻時(shí)沒有控制土料質(zhì)量，根據(jù)鉆孔測量發(fā)現(xiàn)填土的成分為砂壤土、壤土、砂礫料，整體結(jié)構(gòu)松散，易出現(xiàn)塌孔漏水。此外，壩體內(nèi)的白蟻巢穴較多，如果蟻穴穿透心墻，將形成很多微小滲流通道。

此處的地層為片麻巖，壩基處的巖石風(fēng)化嚴(yán)重，施工時(shí)清除強(qiáng)風(fēng)化層并不徹底，導(dǎo)致仍存在厚度2m左右的強(qiáng)風(fēng)化層。根據(jù)壓水試驗(yàn)數(shù)據(jù)，強(qiáng)風(fēng)化層的透水率為15Lu左右，弱風(fēng)化層的透水率為8Lu左右。特別是右壩肩處有明顯裂隙發(fā)育，甚至出現(xiàn)繞壩滲漏現(xiàn)象，亟需加固處理。

3 大壩穩(wěn)定分析

取大壩最不利斷面（0+180m）進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算，容重取其平均值，滲透系數(shù)取其試驗(yàn)參數(shù)的大值均值，抗剪強(qiáng)度指標(biāo)取其試驗(yàn)值的小值均值，穩(wěn)定計(jì)算中的飽和容重根據(jù)各項(xiàng)試驗(yàn)值采用下式計(jì)算[5]：

（1）

式中：G為土粒比重；r為天然容重，kN/m3；W為天然含水量，%；Rw為水的容重，kN/m3。穩(wěn)定計(jì)算出的大壩土料性能指標(biāo)見表1。

表1 水庫大壩土料性能指標(biāo)

位置干容重

g/cm3濕容重

g/cm3飽和溶重

g/cm3滲透系數(shù)

cm/s內(nèi)摩擦

角度凝聚

力kPa

粘土斜墻1.4841.8991.941.308×10-510.519.38

壤土1.5251.9071.961.503×10-520.511.5

砂礫料1.791.932.131.966×10-430.00

按混合式土石壩進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算，采用不計(jì)條塊間作用力的瑞典圓弧法，計(jì)算壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。根據(jù)大壩現(xiàn)狀的實(shí)際環(huán)境條件和水位參數(shù)，計(jì)算正常運(yùn)行條件下和非常工作條件下的邊坡穩(wěn)定系數(shù)，計(jì)算成果見表2。

表2 邊坡穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算結(jié)果

計(jì)算工況瑞典圓弧法

K計(jì)K允

正

常

工

況正常高水位上游坡穩(wěn)定滲流期1.2381.2

正常高水位下游坡穩(wěn)定滲流期1.181.2

設(shè)計(jì)洪水位上游坡穩(wěn)定滲流期1.2921.2

設(shè)計(jì)洪水位下游坡穩(wěn)定滲流期1.181.2

1/3水位上游坡穩(wěn)定滲流期1.2761.2

1/3水位下游坡穩(wěn)定滲流期1.1761.2

非常

工況校核洪水位上游坡穩(wěn)定滲流期1.2381.1

校核洪水位下游坡穩(wěn)定滲流期1.0561.1

由表2看出，下游坡安全系數(shù)小于允許安全系數(shù)，所以土壩下游坡是不穩(wěn)定的，不滿足規(guī)范要求，需進(jìn)行加固處理。

4 大壩除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)

4.1 大壩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

壩頂高程維持原高程410.5m，防浪墻頂高程411.5m，斜墻頂高程408.6m。本次加固設(shè)計(jì)將壩頂寬度設(shè)置為5.5m（含防浪墻），壩頂路面為7cm厚瀝青路面，墊層為15cm厚水泥穩(wěn)定土基礎(chǔ)和20cm厚砂礫料，路面下游側(cè)設(shè)15cm寬路緣石。原粘土斜墻頂高程為408.052m，設(shè)計(jì)粘土斜墻頂高程為408.6m，頂部水平寬度為4.0m，施工時(shí)要與原粘土密切銜接好。將原漿砌石防浪墻拆除，新建C25鋼筋混凝土防浪墻。防浪墻后移1.5m，頂高程為411.5m，根據(jù)結(jié)構(gòu)要求，防浪墻底寬取1.8m，頂寬取0.45m，高為2.9m，每20m設(shè)一道伸縮縫，防浪墻底坐落在粘土斜墻上，見圖1。

圖1 防浪墻結(jié)構(gòu)示意圖

4.2 護(hù)坡設(shè)計(jì)

上游坡坡比維持現(xiàn)狀不變，坡比為1∶2.5、1∶3.0、1∶2.0（自上而下），高程391.5m和399.5m處設(shè)3.5m和1.5m寬戧臺。上游坡高程391.5m以上部分，由于干砌塊石徑偏小，厚度不夠，塊石多為片石，因此水位波動較大，冬季產(chǎn)生冰凍破壞較嚴(yán)重。本次設(shè)計(jì)從391.5m高程以上拆除干砌石，重新鋪設(shè)30cm厚干砌石，干砌石下新鋪設(shè)10cm厚碎石墊層。

下游坡原坡比為1∶1.85、1∶1.93、1∶2.4（自上而下），壩坡穩(wěn)定系數(shù)沒有達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)范要求。需要用砂礫料將坡體補(bǔ)至設(shè)計(jì)壩坡，設(shè)計(jì)坡比為1∶2.25、1∶2.5、1∶2.5（自上而下）。下游壩坡采用20cm厚的干砌

石護(hù)坡，利用大壩上游坡拆除下來的塊石護(hù)砌下游壩坡，在高程400.0m處設(shè)2m寬戧臺。

將下游坡原貼坡排水體拆除，建新排水體。根據(jù)下游坡壩腳水位：391.4m+0.6m，將校核水位定為392.0m。后壩坡設(shè)2道寬為1m的上壩踏步，6道縱向和2道橫向排水溝。

4.3 土壩滲流計(jì)算

根據(jù)地質(zhì)數(shù)據(jù)可知，粘土的滲透系數(shù)為1.308×10-5cm/s，壤土的滲透系數(shù)為1.503×10-5cm/s，砂礫料的滲透系數(shù)為1.966×10-4cm/s。滲透流量計(jì)算公式：

q=q1+q2 （2）

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