王瑋琳

(商洛市水電勘測設計院，陜西 商洛 726000)

受歷史建設條件限制，加之多年運行，撞溝水庫大壩滲漏嚴重。為了確保水庫安全運行，需對大壩除險加固方案進行分析。

1 概 況

撞溝水庫樞紐工程位于洛南縣古城鎮(zhèn)蔣河村，是以灌溉、防洪為主，兼顧人畜飲水和養(yǎng)殖等任務的綜合性小(2)型水庫。水庫壩址以上控制流域面積3.88 km2。總庫容14.7萬m3，有效庫容11.4萬m3，死庫容3.3萬m3，設計洪水位116.15 m，校核洪水位116.65 m。大壩壩型為漿砌石拱壩，壩頂高程117 m，壩底寬3 m，壩底高程96.3 m，最大壩高20.7 m，壩頂長59 m，壩頂寬1.5 m，壩體內為0.5 m厚素混凝土心墻，大壩迎水面坡比1∶0。設施灌溉面積80.00 hm2，有效灌溉面積66.67 hm2。

2 大壩主要問題

撞溝水庫于1983年12月建成蓄水，為當?shù)厣鐣?jīng)濟發(fā)展和農業(yè)灌溉發(fā)揮了顯著作用。由于受到當時施工機械及施工水平的限制，前期工作不到位，采取大會戰(zhàn)形式，組織群眾土法建設，沒有質量控制措施，水庫目前處于帶病運行，大壩滲漏嚴重[1-3]。主要問題為：

(1)大壩偏低，不滿足防洪要求。根據(jù)現(xiàn)場調查，大壩壩頂超高不滿足要求，壩頂高程偏低、不能滿足大壩防洪標準，需進行加高加固處理。

(2)壩體施工質量差。壩體灰縫脫落，座漿不實，壩后通體滲水，局部滲漏嚴重，砂漿析出物痕跡明顯；經(jīng)調查，上下砌體施工中，大量砂漿拋灑進混凝土墻體，未經(jīng)清理，形成局部薄弱部位，導致壩體滲水嚴重。

(3)壩體變形明顯。壩體迎水面凹凸不平，砌石有翹曲變形現(xiàn)象；壩體背水面局部向下游鼓凸，尤其在溢流堰下方2 m處向外變形明顯，說明工程質量存在嚴重隱患。

3 壩體應力和穩(wěn)定復核

為了分析大壩安全性，現(xiàn)從死水位、正常蓄水位、校核洪水位及地震四種工況對壩體應力、壩體穩(wěn)定進行復核。

3.1 現(xiàn)狀壩體應力復核

3.1.1 斷面工況

根據(jù)《砌石壩設計規(guī)范》(SL 25—2006)和撞溝水庫壩體實際情況，選取最大壩高斷面，采用拱冠梁法，對4種不利工況下壩體的邊緣應力是否滿足強度要求進行校核。

工況1：死水位情況(104.0 m)：自重+靜水壓力+揚壓力+淤砂壓力+浪壓力+冰壓力+設計正常溫降。

工況2：正常蓄水位情況(115.3 m)：自重+靜水壓力+揚壓力+淤砂壓力+浪壓力+冰壓力+設計正常溫降。

工況3：校核洪水位(116.85 m)：自重+靜水壓力+揚壓力+淤砂壓力+浪壓力+動水壓力+設計正常溫升。

工況4：地震情況：自重+靜水壓力+揚壓力+淤砂壓力+浪壓力 +設計正常溫降+地震作用。

3.1.2 應力計算分析

本文采用適用于小型水庫的拱冠梁法(詳見 《水工建筑物》第四版 林繼鏞，著 P173)，分別計算高程115.30 m、104.46 m、96.30 m處的拱圈，校核梁、拱冠和拱端的邊緣應力是否滿足強度要求。

表1 拱冠梁法計算拱和梁的應力 MPa

規(guī)范設計規(guī)定，在各種荷載(地震荷載外)組合下，壩基面垂直正應力應小于砌石體容許壓應力和地基容許的承載力。結合本工程所用材料，砌石體容許壓應力為4.0 MPa，容許拉應力為2.0 MPa。由表1可以看出，所有工況作用下，所有高程拱圈的上下游邊緣壓應力均小于砌石體的容許壓應力4.0 MPa；大部分高程拱圈的拉應力也小于砌石體容許拉應力2.0 MPa。但在工況3、工況4作用下，第3層拱圈的拱冠梁上游面拉應力超過了砌石體的容許拉應力2.0 MPa，說明此時拱壩是危險的，需采取加固措施。

3.2 現(xiàn)狀壩體穩(wěn)定復核

3.2.1 計算斷面及工況

針對撞溝水庫左壩肩山體單薄，易引起壩肩變形的特點，需分析左壩肩的穩(wěn)定情況，計算斷面與工況和前面壩體應力分析的工況相同。

3.2.2 結果分析

死水位、正常蓄水位、校核洪水位及地震4種工況下，壩肩穩(wěn)定計算結果見表2。

由表2可見，在校核洪水位及地震情況時運用抗剪強度及抗剪斷強度公式計算的穩(wěn)定系數(shù)均小于規(guī)范允值，說明左壩肩穩(wěn)定性不符合要求，需采取加固措施。

4 大壩加固方案分析

4.1 壩頂設計方案

因為壩頂高程偏低，不能滿足大壩防洪標準，考慮兩種解決方案：方案一：加高大壩，以滿足防洪標準要求。方案二：拆除部分擋水壩段以加寬溢流堰長度。如果拆除擋水壩段滿足泄洪要求，要求溢流凈寬度為35 m，而壩頂長度僅為56.6 m，已超過大壩寬度的一半。當壩頂泄流時，對下游兩岸的壩腳及放水設施均造成沖刷，不利于壩腳的穩(wěn)定。方案一加高壩頂僅0.5 m，由此引起的工程量以及水位增加等，對壩體穩(wěn)定影響極小，故采用加高壩頂方案?，F(xiàn)狀壩頂高程117.0 m，校核洪水位116.85 m，再加上超高，高于現(xiàn)狀壩頂高程，采取加高防浪墻方案，加高后的壩頂高程117.50 m。

上游壩面施工質量較差，凹凸不平，砂漿脫落，部分石塊松動。下游砌石面勾縫砂漿基本脫落，壩體滲漏。根據(jù)壩體應力計算，壩體上游面有拉應力產(chǎn)生，可能導致拉裂破壞。對于以上問題，經(jīng)過綜合分析比較，確定在壩體上、下游面增設混凝土防滲面板，這樣既解決了壩體滲漏問題又增加了壩體強度。同時在下游壩面采用M7.5水泥砂漿勾縫。

4.2 壩體加固處理方案

4.2.1 壩體防滲處理

撞溝水庫壩體迎水面有蜂窩、麻面現(xiàn)象，存在裂縫和滲漏通道。迎水面漿砌石在施工時留下多處架孔，存在局部砂漿充填不足等缺陷；壩體層狀砌筑，層間結合不緊密，有滲水現(xiàn)象。

根據(jù)大壩工程現(xiàn)狀及應力計算成果，為使壩體滿足穩(wěn)定、滲漏等規(guī)范相關要求，本次對壩體上游面設計采用掛網(wǎng)澆筑C20混凝土面板進行加固處理，澆筑混凝土層厚0.4 m，分序間歇進行施工。壩面錨筋直徑Φ12 mm，按間距2.0 m×2.0 m梅花狀布置，表面掛網(wǎng)鋼筋直徑Φ10 mm，布置間距為500 mm，防滲面板下部原應從壩基開始，但考慮到施工時清淤難度，本次采用上游面和下游面同時增設混凝土面板的處理方法。迎水面防滲面板上部與壩頂齊平，下游面至101.4 m高程處，橫向每隔10 m設一道伸縮縫，伸縮縫間采用橡膠止水帶止水；下游面面板頂部從102.4 m起，底部至96.3 m高程處，這樣既可解決壩體強度問題也可解決滲漏問題。

根據(jù)工程地質勘察，壩體整體質量比較均勻，但存在兩處明顯的軟弱異常區(qū)，上部異常區(qū)埋深為0～8 m，水平距離(從右岸向左岸)在17～40 m之間(通過掛網(wǎng)噴護混凝土進行防滲)。下部異常區(qū)在壩基與左岸壩體結合部位，埋深約10～15 m，水平距離在40～53 m(從右岸向左岸)之間。壩體地震映像圖同時反映左岸壩基高程100.0～105.0 m之間壩基巖體比較破碎，建議對此區(qū)間進行灌漿加固。灌漿材料采用500#硅酸鹽水泥。

4.2.2 壩基防滲處理

大壩施工時清除了壩基表面的強風化巖體，壩基巖體為弱風化花崗巖，巖體的基本質量級別Ⅲ級，屬AⅢ2類壩基工程巖體，巖體弱～微風化帶，巖體透水率q<10 Lu，屬弱透水性，本次不做處理。

4.2.3 壩肩

左壩肩壩頂以上高度100 m，坡角約30°?；鶐r裸露，巖性為花崗巖，120 m高程以上強風化厚度約1～3 m，未見斷層存在。裂隙走向與拱座受力方向交角較大，大部分結構面交線傾向與坡面傾向相反。其中②④結構面交線傾向與坡向相同，傾角小于坡角，結構面切割后存在不穩(wěn)定塊體，對邊坡穩(wěn)定不利。

本次對左壩肩采用帷幕灌漿方案進行加固處理，以解決壩肩巖石破碎帶、滲漏、影響壩肩穩(wěn)定等問題。固結灌漿軸線長度26 m(樁號0+031～0+057 m段)，布置灌漿孔14個，灌漿孔軸線位于左壩肩壩頂中心。灌漿孔為單排孔，孔距均為2.00 m，鉆孔深度17.90～30.60 m(最小高程85.00 m)。本次灌漿后的壩肩透水率要求<5 Lu，作為灌漿質量控制標準。

該壩肩灌漿處理工程總鉆孔16個(包括2個檢查孔)，總進尺424.10 m，灌漿段長276.70 m(包括檢查孔)，壓水試驗6段次。針對左壩肩山體單薄，壩肩抗滑穩(wěn)定不滿足規(guī)范要求等情況，本次擬在左壩肩下游巖體上增設M7.5漿砌石重力墩，高程從105.0～115.3 m。

4.3 加固后壩體應力分析

由表1可以看出，在工況3、工況4作用下，第3層拱圈的拱冠梁上游面拉應力超過了砌石體的容許拉應力2.0 MPa，說明此時拱壩是危險的，需采取加固措施。經(jīng)比較計算，在壩體下游面壩底層拱圈加厚1.0 m，壩體應力滿足規(guī)范要求。計算結果見表3。

4.4 加固后穩(wěn)定分析

死水位、正常蓄水位、校核洪水位及地震情況這四種荷載組合下壩肩穩(wěn)定計算方法如前，結果見表4。

表4 各種荷載組合右壩肩穩(wěn)定計算成果

由表4可見，四種工況下左壩肩抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均大于規(guī)范允許值，說明左壩肩穩(wěn)定性符合要求。

5 結 語

經(jīng)過分析探討，撞溝水庫大壩問題主要集中在壩頂、壩體、壩肩，通過壩頂加高，壩體、壩肩防滲加固處理，水庫大壩抗滑穩(wěn)定性大大提高，符合要求，為水庫大壩除險加固提供了科學依據(jù)。