孫亞?wèn)|，董麗麗

預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)在頭道湖水庫(kù)加固中的應(yīng)用

孫亞?wèn)|1，董麗麗2

（1.吉林水利科學(xué)研究院，吉林長(zhǎng)春130022；2.吉林省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，吉林長(zhǎng)春130021）

文中對(duì)頭道湖水庫(kù)漿砌石壩體現(xiàn)狀進(jìn)行了穩(wěn)定計(jì)算分析，計(jì)算結(jié)果為不滿(mǎn)足規(guī)范要求，為此需要采取必要的工程措施，使其抗滑穩(wěn)定滿(mǎn)足規(guī)范要求。通過(guò)方案比較，結(jié)合工程實(shí)際情況，采用預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)解決壩體穩(wěn)定問(wèn)題，在保證工程安全的前提下也節(jié)約了投資，縮短了施工工期。

預(yù)應(yīng)力錨索；除險(xiǎn)加固；漿砌石壩；頭道湖水庫(kù)

1 工程概況

頭道湖水庫(kù)位于吉林省靖宇縣三道湖鎮(zhèn)燕平村的白江河上，白江河為頭道松花江左岸一級(jí)支流。是一座以防洪為主，兼有發(fā)電、養(yǎng)魚(yú)等綜合效益的小（2）型水庫(kù)，工程區(qū)通過(guò)水泥鄉(xiāng)道與公路相連，交通方便。

水庫(kù)始建于20世紀(jì)70年代，為漿砌石重力壩，壩軸線為折線。1995年實(shí)施擴(kuò)建，擴(kuò)建后工程由漿砌石重力壩、壓力管道、廠房、尾水渠等水工建筑物組成。擴(kuò)建后大壩全長(zhǎng)101.80 m，其中擋水壩長(zhǎng)39.80 m，壩頂高程546.70 m，頂寬2.0 m，最大壩高17.70 m，溢流壩段長(zhǎng)62 m，堰頂高程543.70 m。最大壩高16.70 m。引水壓力管道位于大壩樁號(hào)0+085.9 m處，為直徑1.8 m鋼管，末端分為3根支管，進(jìn)入發(fā)電廠房。壩后地面式廠房位于河道左岸，廠房?jī)?nèi)安裝3臺(tái)400 kW水輪發(fā)電機(jī)組。開(kāi)關(guān)站布置于廠房左前方，地面高程530.00 m。對(duì)外交通布置在廠房右側(cè)。

頭道湖水庫(kù)大壩在2010年3月的大壩安全鑒定中被評(píng)定為三類(lèi)壩。頭道湖水庫(kù)存在的主要問(wèn)題：多年的超水位運(yùn)行,導(dǎo)致壩體抗滑穩(wěn)定已不滿(mǎn)足規(guī)范要求；上下游壩面勾縫水泥砂漿嚴(yán)重脫落，砌筑砂漿局部侵蝕嚴(yán)重，導(dǎo)致壩體內(nèi)形成滲流通道，尤其是新老壩體結(jié)合處，同一高程多處漏水；2010年,大水導(dǎo)致溢流壩壩頂及后壩坡漿砌石大面積破壞。

2 工程地質(zhì)條件

庫(kù)區(qū)河谷兩岸為低山丘陵，相對(duì)高差50～100 m，河谷內(nèi)廣泛分布玄武巖臺(tái)地，I級(jí)階地不連續(xù)分布在現(xiàn)代河床兩側(cè)。庫(kù)區(qū)構(gòu)造以NE向構(gòu)造裂隙為主，無(wú)活動(dòng)斷裂構(gòu)造分布，無(wú)較大的斷裂構(gòu)造分布。

壩址河谷呈V型，河床寬10～30 m，水流湍急多哨，基巖裸露，左右岸山體比高為60～150 m，岸坡40°～50°，巖性為混合巖。壩基巖石堅(jiān)硬完整，微透水，風(fēng)化厚度為3～15 m，建設(shè)初期壩基、壩體未做防滲處理，1995年擴(kuò)建后壩基開(kāi)挖深入弱風(fēng)化巖體內(nèi)0.5～1.0 m。壩體兩端嵌入兩壩肩巖體中，弱風(fēng)化巖體直接與壩端充分接觸，水庫(kù)運(yùn)行多年，未發(fā)現(xiàn)有繞壩滲漏現(xiàn)象。

壩基巖體工程地質(zhì)條件較好，工程區(qū)巖體物理力學(xué)指標(biāo)建議值,抗壓強(qiáng)度：

抗壓強(qiáng)度70 MPa，變形模量5 GPa，靜彈性模量3.0×104MPa，動(dòng)彈性模量5.0×104MPa，抗剪斷摩擦系數(shù)1.10，抗剪斷凝聚力1.00 MPa，砌體與砌體摩擦系數(shù)0.50，巖體與混凝土摩擦系數(shù)0.65，砌體與混凝土摩擦系數(shù)0.60。

3 壩體抗滑穩(wěn)定復(fù)核計(jì)算

壩體抗滑穩(wěn)定分析依據(jù)SL25-2006《砌石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》中的公式5.3.2-1進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算時(shí)分擋水壩和溢流壩斷面分別進(jìn)行計(jì)算，擋水壩計(jì)算斷面選取壩體樁號(hào)0+035處最不利斷面，溢流壩計(jì)算斷面選取壩體樁號(hào)0+045處最不利斷面，計(jì)算公式：

式中：K′——按抗剪斷強(qiáng)度計(jì)算的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；∑W——作用于計(jì)算截面以上壩體全部荷載（含揚(yáng)壓力）對(duì)滑裂面的法向分值，kN；∑P——作用于計(jì)算截面以上壩體全部荷載（含揚(yáng)壓力）對(duì)滑裂面的切向分值,kN；f′——滑裂面上的抗剪斷摩擦系數(shù)；c′——滑裂面上的抗剪斷凝力Pa；A——滑裂面面積，m2。壩體現(xiàn)狀抗滑穩(wěn)定計(jì)算成果，見(jiàn)表1。

表1 壩體現(xiàn)狀抗滑穩(wěn)定計(jì)算成果

通過(guò)表1可以看出，擋水壩段在基本組合2的工況下，其抗滑穩(wěn)定不滿(mǎn)足規(guī)范要求，溢流壩段的所有工況都不滿(mǎn)足規(guī)范要求。因此，需要采取必要的工程措施，使其抗滑穩(wěn)定滿(mǎn)足規(guī)范要求。

4 除險(xiǎn)加固工程處理措施

4.1 加固方案比選

工程處理措施，兼顧壩體的防滲處理以及壩體水毀修復(fù)等方面綜合考慮。在同時(shí)滿(mǎn)足穩(wěn)定的情況下選擇2種方案進(jìn)行比選：方案1，壩后坡增加1 m厚漿砌石壓重+壩體迎水面增加30 cm厚高強(qiáng)耐磨混凝土防滲面板；方案2，預(yù)應(yīng)力錨索錨固+壩體迎水面增加30 cm厚高強(qiáng)耐磨混凝土防滲面板。

4.1.1 技術(shù)可行性

漿砌石技術(shù)是較為傳統(tǒng)的水工砌筑結(jié)構(gòu)形式，施工技術(shù)較為成熟，施工方法簡(jiǎn)單；預(yù)應(yīng)力錨索經(jīng)過(guò)多年在國(guó)內(nèi)外工程中的應(yīng)用，施工方法日趨成熟，預(yù)應(yīng)力錨索有受力可靠、主動(dòng)受力等優(yōu)點(diǎn)。

4.1.2 經(jīng)濟(jì)性

方案1工程量較大，施工工期較長(zhǎng)，進(jìn)而導(dǎo)致其工程投資較高；方案2工程量較小，工期短，故工程投資相對(duì)較小。2種方案的投資比較見(jiàn)表2。

表2 投資比較表

4.1.3 施工難易程度

方案1，由于工程區(qū)施工場(chǎng)地較狹窄，施工機(jī)械化較困難，施工速度較慢，使用勞力較多，施工工期較長(zhǎng)，存在較大的工程安全隱患；方案2，施工工藝簡(jiǎn)單，工程量小、干擾小、施工速度快，施工工期短。

4.2 加固處理措施

4.2.1 迎水面防滲體處理措施

工程設(shè)計(jì)在壩前澆筑30 cm厚抗凍抗?jié)B混凝土面板，混凝土采用C30 F250，加1層φ12鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)間距為25 cm×25 cm，φ22錨桿錨入漿砌石壩體深度0.7 m，埋入防滲面板長(zhǎng)度為0.95 m，錨桿間隔1.5 m，呈梅花形分布?；炷练罎B面板底部高程深入淤積層1 m，底部為1 m厚夯實(shí)碎石墊層基礎(chǔ)。

4.2.2 壩體穩(wěn)定處理措施

溢流壩段樁號(hào)0+037.15～0+057.15共設(shè)有5束預(yù)應(yīng)力錨索，間隔為5 m，錨索軸線距大壩迎水面1.1 m，預(yù)應(yīng)力錨索底部高程為520.00 m，頂部高程為543.20 m。擋水壩段樁號(hào)0+028.65和0+032.65兩處各設(shè)有一束預(yù)應(yīng)力錨索，錨索軸線距大壩迎水面1.1 m，預(yù)應(yīng)力錨索底部高程為524.00 m，頂部高程為546.78 m。每束預(yù)應(yīng)力錨索由6根強(qiáng)度等級(jí)為1 860 MPa的低松弛無(wú)粘結(jié)鋼絞線組成。預(yù)應(yīng)力錨索頂端錨固在尺寸為1.2 m×0.8 m×0.4 m（長(zhǎng)×寬×高）的錨墩上。單束預(yù)應(yīng)力錨束拉力為900 kN，錨索安裝張拉完畢后，錨具防銹處理后用混凝土封閉。具體布置和結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1和圖2。

4.2.3 加固后壩體穩(wěn)定計(jì)算成果

壩體加固后抗滑穩(wěn)定計(jì)算成果見(jiàn)表3?？梢钥闯鏊畮?kù)大壩加固后,在3種組合情況下其計(jì)算結(jié)果均大于允許值，穩(wěn)定計(jì)算成果均滿(mǎn)足規(guī)范要求。

5 結(jié)語(yǔ)

1）工程中應(yīng)用預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)，不僅有效地解決了漿砌石壩體穩(wěn)定問(wèn)題，同時(shí)也使壩體的基底應(yīng)力重新分配，在保證工程安全的前提下也節(jié)約了投資，縮短了施工工期。

圖1 預(yù)應(yīng)力錨索平面布置圖(單位：m)

圖2 預(yù)應(yīng)力錨索剖面圖(單位：m)

表3 壩體加固后抗滑穩(wěn)定計(jì)算成果

2）預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)在工程中能夠起到很好的加固效果，隨著新材料、新的輕型鉆孔設(shè)備的成功研制，預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用也將越來(lái)越廣泛。

［1］侯言森，羅國(guó)浩.預(yù)應(yīng)力錨索在水利水電工程中的應(yīng)用研究［J］.中國(guó)水運(yùn)（下半月），2011（09）.

［2］朱錄才.淺談?lì)A(yù)應(yīng)力錨索在水利工程中的應(yīng)用［J］.建筑與工程，2011（09）.

TV697 < class="emphasis_bold"> ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］B

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2017-04-20