康金剛

（銅仁市水務(wù)局貴州銅仁554300）

排告水庫(kù)“照谷社”型混合壩的除險(xiǎn)加固方案探析

康金剛

（銅仁市水務(wù)局貴州銅仁554300）

本文以貴州省雷山縣永樂(lè)鎮(zhèn)排告水庫(kù)“照谷社”型壩為例，對(duì)“照谷社”型壩的改造加固方案進(jìn)行了探討，采用兩種計(jì)算方法進(jìn)行了計(jì)算，并提出了“照谷社”型混合壩的處理建議，以期為類(lèi)似案例提供借鑒。

“照谷社”型混合壩；除險(xiǎn)加固；方案探析

1　工程概況

排告水庫(kù)位于雷山縣永樂(lè)鎮(zhèn)排告村境內(nèi)，地理位置東經(jīng)108°11′，北緯26° 14′。距縣城62.5km，距離永樂(lè)鎮(zhèn)12km，有鄉(xiāng)村公路到達(dá)排告村，交通較為便利。

水庫(kù)樞紐工程由主攔河大壩、壩頂溢洪道、壩下放水涵洞、渠道及渠系建筑物組成。水庫(kù)總庫(kù)容14.7萬(wàn)m3（其中興利庫(kù)容10.7萬(wàn)m3，死庫(kù)容4萬(wàn)m3），是一座以農(nóng)業(yè)灌溉為主，兼有農(nóng)村人畜飲水、水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合效益的小（2）型水利工程，其目前設(shè)計(jì)灌溉面積850畝。

工程壩址地質(zhì)情況是:壩基為堅(jiān)石板巖；左岸為黃泥坡；右岸為板巖，巖層走向下游，傾向河床，傾角15度，節(jié)理較發(fā)育，庫(kù)水有可能沿巖層滲漏。

原設(shè)計(jì)方案考慮該地石料豐富，因地制宜，就地取材，采用干砌與漿砌混合的砌石壩。

2　存在問(wèn)題

2.1大壩安全現(xiàn)狀

水庫(kù)經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)后，對(duì)大壩進(jìn)行了簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)，1980年開(kāi)始蓄水。兩年以后，大壩產(chǎn)生了不均勻沉降，溢流壩頂?shù)牧芽p逐漸擴(kuò)大。1983年6月降大雨，山洪瀑發(fā)，洪水溢過(guò)壩頂，開(kāi)始進(jìn)入壩身，造成溢流壩面998.50m高程處產(chǎn)生水平斷裂。

根據(jù)《水庫(kù)大壩安全管理辦法》、《水庫(kù)大壩安全鑒定方法》有關(guān)規(guī)定。經(jīng)安全復(fù)核后，鑒定為三類(lèi)壩。此壩主要有以下幾點(diǎn)結(jié)構(gòu)和滲流安全穩(wěn)定問(wèn)題：

（1）由于壩體上游邊坡過(guò)陡，在庫(kù)空時(shí)，抗滑安全系數(shù)值（1.01）比規(guī)范規(guī)定值（1.15）小，壩體結(jié)構(gòu)存在安全隱患；

（2）壩體上下游邊坡均有一定程度的變形，由于壩體僅用上游壩坡的漿砌石和20cm的混凝土護(hù)面作為防滲體，這種型式的防滲體剛度過(guò)大，抗變形能力小，可能產(chǎn)生裂縫，從而導(dǎo)致壩體滲漏，影響大壩安全；

（3）壩體壓水試驗(yàn)成果表明，主壩鉆孔壓水試驗(yàn)表明建基面及其以下4.0m～15m左右?guī)r體透水率較大，均大于5Lu?？赡軐?duì)主壩壩體滲流性態(tài)存在安全隱患。

因此，考慮大壩的安全性，必須對(duì)大壩進(jìn)行了加固處理設(shè)計(jì)。

2.2加固設(shè)計(jì)中遇到問(wèn)題

此混合壩壩體迎水面為漿砌石，壩體主堆料為堆石。若不考慮上游漿砌石在結(jié)構(gòu)穩(wěn)定中的作用，以上游邊坡1:0.4的坡比，與堆石的自然休止角相差太遠(yuǎn)，在自然狀態(tài)下就已經(jīng)很不穩(wěn)定，在飽和及庫(kù)空條件下就更不穩(wěn)定。所以，上游漿砌石以及加固后的混凝土面板必須參與穩(wěn)定計(jì)算。但是現(xiàn)有的非有限元單元法的是否能計(jì)算材料屬性相差很大壩體穩(wěn)定，計(jì)算出的結(jié)果是否能指導(dǎo)以后類(lèi)似“混合壩”除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)都是未知數(shù)。本文在尊重事實(shí)的現(xiàn)狀的情況下采用兩種計(jì)算方法，互為驗(yàn)證。

3　大壩壩體防滲和穩(wěn)定除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)

本次除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)是根據(jù)水庫(kù)大壩安全鑒定結(jié)論和建議，針對(duì)工程存在的主要問(wèn)題，擬定該工程除險(xiǎn)加固主要內(nèi)容如下:

大壩混凝土防滲體，按混凝土面板堆石壩設(shè)計(jì)。大壩上游基礎(chǔ)開(kāi)挖后做趾板、漿砌石護(hù)面、混凝土防滲斜墻等。壩體上游坡為1: 0.4；下游設(shè)計(jì)壩坡1:1.42采用“8型預(yù)制磚塊”進(jìn)行護(hù)坡；壩頂整治并設(shè)防浪墻，壩頂寬按5.0m選定；

（2）采用帷幕灌漿防滲處理壩基、壩肩滲漏。

設(shè)計(jì)加固剖面圖（見(jiàn)圖1）。

圖1　除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)后的剖面圖

3.1大壩計(jì)算工況

考慮到此混合壩這種壩體的特殊性，本次加固設(shè)計(jì)采用了北京理正巖土計(jì)算軟件5.6版軟件和ANSYS有限元分析軟件兩種軟件進(jìn)行計(jì)算。滲流計(jì)算中北京理正軟件采用的是差分法，ANSYS軟件采用的有限單元法；穩(wěn)定計(jì)算中北京理正軟件采用的是畢肖普法，ANSYS軟件采用的是有限單元法，屈服公式以D-P模型的非線性。通過(guò)兩種軟件，不同的計(jì)算方法來(lái)互相驗(yàn)證，確保除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)結(jié)果安全可靠。

3.2大壩滲流計(jì)算

大壩的滲流計(jì)算工況如下：

工況1:上游為正常蓄水位，壩前水位19.70m工況所形成的穩(wěn)定滲流。（1）理正軟件的滲流計(jì)算結(jié)果（見(jiàn)圖2）。（2）ANSYS計(jì)算滲流計(jì)算結(jié)果（見(jiàn)圖3）。滲流計(jì)算的結(jié)論分析：

①過(guò)計(jì)算結(jié)果可以看出，兩種方法計(jì)算出的浸潤(rùn)線及其對(duì)應(yīng)的滲流量都是較低的，可見(jiàn)采取的加固設(shè)計(jì)合理，防滲效果良好。

②滲流穩(wěn)定由理正軟件查取浸潤(rùn)線逸出點(diǎn)處的水力坡降計(jì)算值為0.12，根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL274－2001）及《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（GB 50487-2008），均小于無(wú)黏性土允許水力坡降。

③通過(guò)對(duì)比，ANSYS計(jì)算出的結(jié)果要比理正算出的略大。但跟滲流要求對(duì)比，都滿足要求。說(shuō)明兩種計(jì)算的結(jié)果都是比較可信的。

圖2　理正軟件計(jì)算水頭及浸潤(rùn)線頭及浸潤(rùn)線（滲流量=0.22765m3/天）

圖3　ANSYS計(jì)算水頭及浸潤(rùn)線頭及浸潤(rùn)線（滲流量=0.44805m3/天）

圖4　校核洪水位下游壩坡穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果

圖5　死水位下游壩坡穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果

圖6　校核洪水位時(shí)大壩的位移圖

圖7　死水位時(shí)大壩的位移圖

表1　理正計(jì)算結(jié)果

表2　Ansys計(jì)算結(jié)果

3.3大壩穩(wěn)定計(jì)算

工況1:上游水位為校核洪水位壩前水位22.4m（高程1011.52m）的下游壩坡；

工況2:上游水位為死水位水位（高程991.00m）的上游壩。

（1）理正軟件的計(jì)算結(jié)果

穩(wěn)定計(jì)算采用的方法北京理正軟件設(shè)計(jì)研究院編制的土石壩壩坡穩(wěn)定分析軟件，該程序可用畢肖普法算出折線滑裂面安全的系數(shù)，并找出相應(yīng)于畢肖普法的最小安全系數(shù)及相應(yīng)的滑裂弧位置。畢肖普法一般只用來(lái)計(jì)算均質(zhì)材料的滑裂面，未能計(jì)算材料抗滑和抗剪性質(zhì)相差較大的穩(wěn)定計(jì)算。校核洪水位時(shí)壩坡穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果（見(jiàn)圖4），死水位時(shí)壩坡穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果（見(jiàn)圖5）。

（2）ANSYS軟件的計(jì)算結(jié)果

采用ANSYS軟件計(jì)算時(shí)，采用D-P模型用非線性有限元進(jìn)行計(jì)算，利用強(qiáng)度儲(chǔ)備法判定壩是否發(fā)生破壞，并用此時(shí)的強(qiáng)度儲(chǔ)備作為安全系數(shù)。校核洪水位時(shí)壩坡穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果（見(jiàn)圖6），死水位時(shí)壩坡穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果（見(jiàn)圖7）。

穩(wěn)定計(jì)算的結(jié)論分析：

結(jié)果分析：通過(guò)對(duì)比，ANSYS計(jì)算出的安全系數(shù)要比理正算出的略小，偏于安全。理正計(jì)算的最危險(xiǎn)工況是下游邊坡校核洪水位，ANSYS計(jì)算危險(xiǎn)工況也是校核洪水位的時(shí)候，數(shù)據(jù)上一致。

3.4除險(xiǎn)加固結(jié)果分析

（1）從滲流計(jì)算的結(jié)果來(lái)看，除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)采用混凝土面板的壩體的防滲和帷幕灌漿的壩基防滲措施合理，滲流量較小滿足要求。

（2）從穩(wěn)定的計(jì)算結(jié)果來(lái)看，除險(xiǎn)加固的重點(diǎn)應(yīng)該放在下游邊坡中，下游邊坡最危險(xiǎn)的條件便是在校核洪水位形成的滲流下最容易出現(xiàn)邊坡不穩(wěn)定。所以，下游邊坡在除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)中加入了“梅花樁”布置的排水孔，以降低浸潤(rùn)線。

（3）從計(jì)算軟件上看，ANSYS軟件計(jì)算的結(jié)果偏安全，因?yàn)槠淇紤]的因素較多和計(jì)算的結(jié)果更為精確。但兩種軟件計(jì)算的結(jié)果，如：滲流量、安全系數(shù)K都符合規(guī)范要求，并且互相印證了結(jié)果，可以作為除險(xiǎn)加固的設(shè)計(jì)依據(jù)。

（4）針對(duì)“照谷社”型混合壩且為壩身過(guò)水的壩，本文在沒(méi)有改變壩身過(guò)水的前提下，采用面板堆石壩除險(xiǎn)加固方法，從防滲和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定都滿足了規(guī)范要求。

4　結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)此水庫(kù)的除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)，首先證明采用的除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)是合理有效的。并且，通過(guò)兩種計(jì)算方法的互相驗(yàn)證，可以推斷出理正軟件可以用于計(jì)算類(lèi)似“混合壩”的設(shè)計(jì)。

結(jié)果，采用的除險(xiǎn)加固方法，在滲流穩(wěn)定和壩體穩(wěn)定上都得到了保證。彌補(bǔ)了“照谷社”型壩的缺陷，可以進(jìn)行推廣和應(yīng)用。陜西水利

（責(zé)任編輯：唐紅云）

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