干砌石重力壩病險分析與加固設計

陳隆弟

(三明市水利水電工程有限公司，福建三明365000)

干砌石重力壩病險分析與加固設計

陳隆弟

(三明市水利水電工程有限公司，福建三明365000)

水庫經(jīng)過多年運行后，大壩存在水庫防洪標準低、壩體抗滑穩(wěn)定不滿足要求、壩體滲漏等問題，工程不能正常運行，形成病險水庫，亟待除險加固。筆者就尤溪縣龍上水庫干砌石重力壩作為例子分析其病險原因，提出除險加固設計方案。

龍上水庫;干砌石重力壩;病險分析;加固設計

1 龍上水庫大壩概況

尤溪縣龍上水庫位于尤溪縣新陽鎮(zhèn)龍上村上游，所在流域為閩江流域尤溪支流青印溪上游的小支流上，是一座以灌溉為主，結合發(fā)電、養(yǎng)殖等利用的小型水庫。水庫樞紐主要由大壩、溢洪道、輸水涵洞等主要建筑物組成。

大壩為干砌石重力壩，壩頂高程為915.7 m，最大壩高18.1 m，壩頂長度61.6 m，壩頂寬2.0 m;大壩迎水面防滲墻為直立面，采用厚1.0 m的75#漿砌條石，100#水泥砂漿勾縫;下游壩坡在高程904.4 m設一寬1.6 m的平臺，平臺以下壩坡為1:1.5，平臺以上壩坡為1:1.3;大壩壩基采用混凝土截水槽作為防滲型式。

龍上水庫大壩壩型結構比較特別，介于堆石壩與漿砌石壩之間，屬于砌體結構。大壩采用當?shù)厥a(chǎn)的花崗巖石，錯縫、搭接砌成干砌體后，整體性較好，其結構性能已不再屬于顆粒體結構的土石壩范疇，它更趨于斷面為整體結構的漿砌石重力壩型的范疇，即壩的穩(wěn)定受整體抗滑控制。它又不同于漿砌石壩，即使干砌石壩施工質量很好，但仍然是分塊、錯縫、疊砌的砌體結構。

2 病險成因分析

龍上水庫大壩經(jīng)多年運行后，已暴露出諸多隱患，主要存在水庫防洪標準低、大壩抗滑穩(wěn)定不能滿足要求及大壩存在滲漏等問題，工程不能正常運行，形成病險水庫。查閱龍上水庫歷史資料、運行記錄、咨詢相關技術人員及現(xiàn)場勘測，對工程進行深入分析，其產(chǎn)生病險的原因可歸納為以下幾點:

2.1 歷史原因

水庫興建當時大壩由當?shù)卮迕褡孕薪M織力量建設，缺少勘測設計資料，專業(yè)技術力量薄弱，致使工程投入使用后留下許多隱患。

2.2 設計方面原因

1)水庫設計防洪標準低:小型水庫一般建于小流域山區(qū)地帶，缺少水文等實測基礎資料，早期工程設計只能采用附近短歷時的水文站或雨量站作為參證站，計算出的結果有較大的出入。

2)大壩結構不合理:龍上水庫大壩在上游設置一道1.0 m厚的漿砌條石作為防滲體。經(jīng)過幾十年的運行后，壩體與防滲體由于不同沉陷而產(chǎn)生裂縫，其受力結構已發(fā)生變化，防滲體及整個壩體已不能滿足強度、穩(wěn)定要求。

3)壩基處理不到位:龍上水庫大壩兩岸及河床基礎均座落于中等透水性的強風化巖石上，壩基節(jié)理發(fā)育，透水性較大，壩基只用一道1.0 m深的混凝土截水槽作為防滲型式，達不到基礎防滲要求。

2.3 施工方面原因

大壩上游防滲墻設計采用75#砂漿砌條石，100#砂漿勾縫，而實際砂漿標號沒有完全達到設計要求，根據(jù)現(xiàn)場檢查，上游面已出現(xiàn)兩道橫向裂縫，原勾縫砂漿部分脫落，形成滲漏通道。干砌石壩體采用附近的花崗巖為材料，實測壩體巖石平均容重r巖石為26.5 kN/m3，而干砌體的容重 r干砌石為17.75 kN/m3，壩體的空隙率達33%以上，因此可認為大壩總體施工質量沒有達到設計要求。

3 加固設計

針對工程存在的危及水庫安全運行的問題及險情隱患，對龍上水庫采取切實可行的改造及加固措施，排除隱患，解決病險問題，以最終實現(xiàn)水庫安全運行，發(fā)揮水庫的各項效益，龍上水庫大壩主要從以下幾個方面進行分析加固。

3.1 提高水庫防洪能力

龍上水庫至今無實測水文資料，但其附近的管前雨量站從1956年至今有較長的實測降水量系列資料，可作為參證站。龍上水庫溢洪道原設計寬度為8.6 m，通過調洪演算，大壩頂高程不能滿足防洪要求。提高水庫防洪能力常用方法有加高大壩或加大泄洪設施規(guī)模降低洪水位。經(jīng)技術經(jīng)濟比選確定方案為:加寬溢洪道寬度2.4 m至11.0 m，把寬頂堰改為實用堰以提高流量系數(shù)，并在壩頂增設0.5 m高防浪墻，改造后大壩即能滿足防洪要求，又不降低大壩結構穩(wěn)定要求，確保水庫效益最大化。

3.2 壩體穩(wěn)定加固

為增加壩體抗滑穩(wěn)定性，工程中采取的措施主要有增加壩體重量、利用水重、設置防滲板或阻滑板等措施。其中增加壩體重量可以采用加大壩體單位容重或增加壩體斷面尺寸:增加壩體容重可采用灌漿方式在壩體灌注水泥砂漿，也可采用高流態(tài)水泥漿或自密實混凝土利用自重注入原壩體以增加壩體容重;增加壩體斷面尺寸可在壩體的上下邊坡或頂部加大斷面［1］。

龍上水庫大壩上游防滲體是工程最薄弱的環(huán)節(jié)，在空庫情況下，其可能向上游傾覆，造成塌壩。大壩加固方案可在大壩上游面設置一道上游坡度為1∶0.2厚度為0.3～3.9 m的C20混凝土面板方案，加大壩體斷面，即保證防滲體結構穩(wěn)定，又提高壩體抗滑穩(wěn)定性，還能起到壩體防滲效果。

3.3 防滲加固

龍上水庫大壩壩體滲漏加固，可接合壩體抗滑穩(wěn)定加固方案進行處理。混凝土面板抗?jié)B等級為W6。大壩基礎防滲處理可采用常規(guī)的帷幕灌漿措施，在防滲墻基礎設置一道帷幕灌漿，灌漿孔深入基礎不透水層。灌漿后可以減少壩基滲流量、降低揚壓力、改善壩基巖體力學，提高防滲效果。龍上水庫大壩加固后的斷面見圖1。

圖1 加固后的大壩斷面圖

4 大壩加固后抗滑穩(wěn)定復核

龍上水庫大壩屬于重力壩范疇，本次抗滑穩(wěn)定分析參照《砌石壩設計規(guī)范》的抗剪強度公式進行復核，根據(jù)壩體的組成分成3部分進行計算，公式為:

式中:K為抗滑穩(wěn)定安全系數(shù);∑W1，∑W2，∑W3混凝土荷載、漿砌石荷載、干砌石荷載對滑動面的法向分力值;∑P對滑動面切向分力值;f1、f2、f3為混凝土、漿砌石、干砌石分別與基巖接觸面的抗剪摩擦系數(shù)。根據(jù)地質勘測資料的物理力學指標及相關工程建議值，分別取f1=0.58、f2=0.55、f3=0.45。

分別對大壩基礎897.55 m高程和平臺904.40 m高程兩個代表滑動面進行復核。經(jīng)計算，在897.55 m高程滑動面，基本組合工況K正常=1.38，K設計=1.24，特殊組合工況K校核=1.20;在904.40 m高程滑動面，基本組合工況 K正常=1.83，K設計=1.65，特殊組合工況K校核=1.57，滿足設計要求。計算結果與加固前對比，大壩抗滑穩(wěn)定系數(shù)明顯增大，說明本次除險加固方案是合理的。

［1］付彥.病險漿砌石重力壩加固設計［J］.黑龍江水利科技，2011，39(03):92-93.

TV641

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1007-7596(2014)06-0151-02

2014-04-23

陳隆弟(1972-)，男，福建尤溪人，工程師，主要從事水利水電工程施工、工程設計等工作。