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        黏土心墻壩射水造砼防滲墻加固效果分析

        2018-10-19 01:40:09謝濤曾秀娟
        水能經(jīng)濟 2018年11期

        謝濤 曾秀娟

        【摘要】以實際工程為例,通過滲流計算和上下游壩坡穩(wěn)定計算分析了黏土心墻壩經(jīng)射水造砼防滲墻加固后的防滲效果,結(jié)果表明:大壩加固后,壩體浸潤線大幅降低,防滲墻前后總水頭削減了40%,滲流量減少了10%,下游壩坡的抗滑穩(wěn)定性得到大幅提高,并且解決了壩基滲漏問題;可為類似工程提供了借鑒和參考。

        【關(guān)鍵詞】黏土心墻壩;防滲加固;射水造砼防滲墻;滲流;抗滑穩(wěn)定

        1、 工程概況

        毛村水庫位于上饒市廣豐區(qū)西北部,水庫總庫容180.9×104m3,是一座?。ㄒ唬┬退こ?。水庫大壩為黏土心墻壩(4級),最大壩高30.3m,頂寬3m,底寬9m,大壩下游高程119.8m以下為貼坡排水體。

        2 、大壩存在的問題

        毛村水庫大壩興建于1958年,主要是依靠大規(guī)模的人工挑土完成,無機械碾壓,壩體填筑質(zhì)量較差,下游壩坡有大面積的散浸現(xiàn)象,壩腳有多處集中漏水點??辈旖Y(jié)果表明:大壩心墻填筑土料主要分為兩層,上層黏土質(zhì)礫,土體松散,滲透系數(shù)較大,黏粒含量不滿足規(guī)范要求;下層含砂低液限黏土滲透系數(shù)也大于規(guī)范值,心墻防滲作用不明顯;壩基含砂低液限黏土層存在滲漏問題。上述問題嚴重影響到大壩的安全運行。

        3 、防滲效果分析

        經(jīng)綜合分析比較,毛村水庫大壩采用射水造砼防滲墻方案進行加固,并在下游壩腳處新建排水棱體。砼防滲墻頂略高于校核洪水位,底部伸入基巖,砼防滲墻的有效厚度為0.4m。

        3.1 計算方法及工況

        采用二維穩(wěn)定—非穩(wěn)定滲流理論的有限元法計算滲流,壩坡穩(wěn)定采用簡化畢肖普法進行計算。

        穩(wěn)定滲流及下游壩坡穩(wěn)定計算工況:①正常蓄水位;②設(shè)計洪水位;③校核洪水位。

        非穩(wěn)定滲流上游壩坡穩(wěn)定計算工況:④正常蓄水位降至死水位;⑤設(shè)計洪水位降至死水位;⑥校核洪水位降至死水位。

        3.2 滲流計算結(jié)果及分析

        從圖1可以看出,加固前浸潤線穿過大壩時呈均勻下降趨勢,降幅較小,在心墻前后沒有顯著跌落。其產(chǎn)生的原因主要是:心墻土層滲透系數(shù)與壩殼土相當(dāng),防滲性能不明顯,浸潤線呈現(xiàn)均質(zhì)壩的走勢。從表1計算結(jié)果來看,大壩加固前各工況下浸潤線逸出點遠高于貼坡排水體頂高程,浸潤線直接從下游壩坡面出逸,易發(fā)生滲透破壞;壩基土最大滲透坡降為0.44~0.51,接近或大于其允許值0.45,與壩殼土接觸帶易發(fā)生滲透破壞,這與大壩下游壩坡大面積的散浸、滲漏現(xiàn)象相吻合。

        大壩加固后,滲流形態(tài)符合土石壩防滲墻滲流規(guī)律,浸潤線在砼防滲墻前后急劇跌落,水頭削減達到了40%以上;心墻下游壩體浸潤線大大降低,逸出點位于排水棱體處,排水棱體起到了很好的排水效果,阻止了下游壩坡發(fā)生滲透破壞;砼防滲墻水平滲透坡降遠小于其允值80,壩基土滲透坡降降低到0.37~0.40,小于其允許值0.45,壩基土與壩殼土接觸帶不再發(fā)生滲透破壞,壩基滲漏問題得到改善。此外,大壩加固后,滲流量也減少了10%左右。

        3.3 壩坡抗滑穩(wěn)定計算結(jié)果及分析

        表2計算成果表明,加固前大壩下游壩坡抗滑穩(wěn)定均不滿足規(guī)范要求,加固后下游壩坡的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)顯著提高,達到了規(guī)范要求值。這是因為,大壩加固后,下游浸潤線大幅降低,減小了土體孔隙水壓力,增大了土體間的抗剪強度,壩坡整體穩(wěn)定性得到增強。

        非穩(wěn)定滲流期時,上游壩坡的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)能滿足規(guī)范要求;加固后,抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)得到進一步提高,幅度約為9%。這是因為,上游壩坡在非穩(wěn)定滲流期隨著庫水位降落,抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)逐漸減小,直至壩體內(nèi)水含量減小到一定值[2-3],而防滲墻加固后,壩體下游滲透系數(shù)減小,壩體內(nèi)水的滲流速度減緩,上游壩體安全系數(shù)達到最小值的歷時變長,在同一時刻下表現(xiàn)出比加固前更高的安全系數(shù)。

        4、 結(jié)語

        毛村水庫大壩經(jīng)射水造砼防滲墻加固后,在滲流及穩(wěn)定方面均有很大改善:

        (1)大壩加固后,防滲墻前后水頭削減明顯,下游壩體浸潤線大幅降低,浸潤線直接從排水棱體出逸,大壩滲流量減少了10%,壩基土滲透坡降降低到了其允許值以下,下游壩坡不再產(chǎn)生滲透變形,壩基不再發(fā)生滲漏現(xiàn)象。

        (2)大壩加固后,穩(wěn)定滲流期下游壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)得到了大幅提高,防止了下游壩坡發(fā)生失穩(wěn)破壞,在一定條件下還增強了非穩(wěn)定滲流期上游壩坡的穩(wěn)定。

        毛村水庫除險加固工程竣工并投入運行以來,防滲效果良好,取得了較好的工程效益,可為其他相似工程提供借鑒和參考。

        參考文獻:

        [1] SL274-2001,碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范[S].

        [2] 張建博,杜應(yīng)吉.防滲體形式對土壩除險加固工程滲流穩(wěn)定的影響[J].武漢大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版),2014,47 (1):50-53.

        [3] 岳慶河,劉福勝.非穩(wěn)定滲流作用下土石壩邊坡穩(wěn)定分析[J].中國農(nóng)村水利水電,2008 (11):66-68.

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