婁天翔

(浙江省水利水電勘測設計院,浙江 杭州 310002)

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碾壓混凝土重力壩壩體加固處理及抗滑穩(wěn)定分析

婁天翔

(浙江省水利水電勘測設計院,浙江 杭州 310002)

層面膠結不良的碾壓混凝土重力壩存在著壩體滲漏和抗滑穩(wěn)定安全度不足兩方面的問題，因此提出了以上游防滲面板和壩體補強灌漿為主的壩體加固處理方案，并采用了反演方法進行壩體抗滑穩(wěn)定分析，為同類工程壩體加固設計提供了參考。圖1幅，表3個。

碾壓混凝土重力壩；不良層面；加固；計算分析

0 引 言

早期碾壓混凝土重力壩由于在施工質量控制上缺少經驗，施工質量較差，壩體多存在膠結不良的層面。一方面這些層面有較強的滲透性，成為大壩滲漏的主要通道；另一方面這些層面物理力學指標較低，壩體抗滑穩(wěn)定安全度不足。為了解決重力壩壩體滲漏和壩體抗滑穩(wěn)定安全度不足兩方面的問題，有必要對重力壩壩體加固處理及抗滑穩(wěn)定進行分析研究。

1 工程概況

某水庫工程為1座以灌溉為主，結合供水、發(fā)電、防洪等綜合利用的大型水利工程，總庫容2.23億 m3。工程于1993年4月動工，1997年底完工，攔河大壩為碾壓混凝土重力壩，壩頂高程196.24 m，最大壩高79 m，壩頂長390 m。2015年啟動大壩安全鑒定，通過鉆孔取樣并結合孔內電視攝像分析，大壩碾壓混凝土層面的質量離散性較大，其中膠結不良的層面骨料呈松散、分離和不成型，層面基本處于脫開狀態(tài)，層面混凝土結構均較為松散(見圖1)。經統(tǒng)計，此類層面占碾壓混凝土總層面的19%～33%。壩體壓水試驗表明壩體碾壓混凝土層面透水率較大，透水率q=10～30 Lu之間占比62%；q=30～40 Lu之間占比10%；q=40～80 Lu之間占比18%。

圖1 碾壓混凝土膠結不良層面(鉆孔取芯)

2 壩體加固處理方案

針對此水庫碾壓混凝土重力壩壩體滲漏和抗滑穩(wěn)定安全度不足兩方面的問題，需要對壩體進行防滲加固和結構加固處理。加固處理方案由新建上游混凝土防滲面板、壩體補強灌漿和下游壩面貼坡混凝土3個部分組成。新建上游混凝土防滲面板C25混凝土厚度為0.80 m，面板分縫間距為17 m，縫內設銅片止水1道。對壩體進行補強灌漿，在壩軸線下游5.25、7.25、40.00 m和45.00 m處設置4排灌漿孔，孔距2.00～3.00 m，灌漿材料采用普通水泥。對下游壩面進行貼坡混凝土處理，C20混凝土厚度為0.30 m。

新建上游防滲面板可同時達到壩體防滲加固和結構加固的目的，壩體補強灌漿以大壩防滲加固為主，同時也改善了碾壓混凝土層面的物理力學性能；下游壩面貼坡混凝土具有結構加固作用。

3 壩體抗滑穩(wěn)定計算分析

3.1 計算方法

采用抗剪斷強度公式和抗剪強度公式計算重力壩碾壓混凝土層面抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。

式中，K1為抗剪斷強度穩(wěn)定安全系數(shù)；K2為抗剪強度穩(wěn)定安全系數(shù)；f′為抗剪斷摩擦系數(shù)；f為抗剪摩擦系數(shù)；c′為抗剪斷凝聚力；A為滑動面的面積；ΣV為作用于滑動面上鉛垂方向的作用力；ΣH為作用于滑動面上水平方向的作用力；U為作用于滑動面上的揚壓力。

基本組合一(水庫正常蓄水位)：自重+靜水壓力+揚壓力+浪壓力；基本組合二水庫水位為設計洪水位；特殊組合水庫水位為校核洪水位。

3.2 加固處理前重力壩壩體抗滑穩(wěn)定計算分析

重力壩壩體層面抗剪斷摩擦系數(shù)f′=0.70～1.0，抗剪斷凝聚力c′=0. 65～1.05 MPa；壩體層面抗剪摩擦系數(shù)f=0.63～0.75。加固處理前抗滑穩(wěn)定計算成果如下所示(見表1、表2)。

表1 壩體層面抗滑穩(wěn)定計算成果(抗剪斷公式)

表2 壩體層面抗滑穩(wěn)定計算成果(一)(抗剪公式)

從上表可知，基本組合二為控制性的荷載組合，121.24 m層面為控制性的壩體層面，當物理力學指標采用最大值時，穩(wěn)定安全系數(shù)滿足規(guī)范要求；當物理力學指標采用平均值時，穩(wěn)定安全系數(shù)略小于規(guī)范規(guī)定值；當物理力學指標采用最小值時，穩(wěn)定安全系數(shù)與規(guī)范規(guī)定值有較大差距。由此可見，由于壩體層面施工質量較差，物理力學指標有離散型和不確定性，重力壩層面的抗滑穩(wěn)定性存在著較大的問題。

3.3 加固處理前壩體抗滑穩(wěn)定反演分析計算

通過對加固處理前壩體抗滑穩(wěn)定成果分析，由于壩體層面的物理力學指標具有離散性和不確定性，采用地質專業(yè)提供的物理力學指標很難準確地評價壩體層面抗滑穩(wěn)定安全度。由于重力壩存在著膠結不良的碾壓混凝土層面，壩體滲漏較嚴重，碾壓混凝土水泥用量本來就較少，較嚴重的層面滲漏水不斷地帶走水泥膠凝材料，惡化層面的物理力學性能，如果不對壩體進行加固處理，未來重力壩壩體抗滑穩(wěn)定會達到臨界狀態(tài)。因此，為了較準確地評價現(xiàn)狀壩體層面抗滑穩(wěn)定安全度，同時為加固處理后的壩體層面抗滑穩(wěn)定計算和壩體加固處理措施提供基準依據(jù)，有必要進行大壩壩體抗滑穩(wěn)定反演分析計算。采用基本組合二(控制性荷載組合)作為反演計算工況，采用121.24 m高程壩體層面(控制性壩體層面)作為代表性壩體層面，以用抗剪公式計算的壩體層面抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)1.00作為基準進行反演分析計算，得到的壩體層面抗剪摩擦系數(shù)f=0.682。

3.4 加固處理后重力壩壩體抗滑穩(wěn)定計算分析

根據(jù)抗滑穩(wěn)定反演分析計算得到的抗剪摩擦系數(shù)f=0.682，采用抗剪公式對加固處理后各高程壩體層面進行抗滑穩(wěn)定計算。 壩體上游面加厚0.8 m，下游面加厚0.3 m；同時通過防滲加固，壩體滲透壓力系數(shù)α從0.35減小到0.25(見表3)。

壩體加固處理后，121.24 m高程層面的基本組合穩(wěn)定安全系數(shù)為1.08，大于規(guī)范容許的穩(wěn)定安全系數(shù)1.05，與加固處理前的穩(wěn)定安全系數(shù)1.00相比，增加幅度為8.0%，大壩壩體層面的抗滑穩(wěn)定安全度有了較大幅度的提升。

表3 壩體層面抗滑穩(wěn)定計算成果(二)(抗剪公式)

4 結 語

(1) 層面膠結不良的碾壓混凝土重力壩存在著壩體滲漏和抗滑穩(wěn)定安全度不足兩方面的問題。

(2)采用新建上游混凝土防滲面板、壩體補強灌漿和下游貼坡混凝土，可較好地解決層面膠結不良的碾壓混凝土重力壩壩體結構加固和防滲加固兩大問題。

(3)可采用反演法進行層面膠結不良的碾壓混凝土重力壩加固的設計計算，即先通過反演法分析計算得到層面抗剪摩擦系數(shù)，然后再用此抗剪摩擦系數(shù)對加固設計后的壩體進行抗滑穩(wěn)定驗算。

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責任編輯 吳 昊

2016-10-08

婁天翔(1991-)，男，工程師，主要從事水利水電工程設計工作。E_mail：346508707@qq.com