大庵子砌石拱壩除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)

郝曉輝，劉莉莉，徐運(yùn)海

（山東省水利科學(xué)研究院，山東　濟(jì)南　250014）

大庵子砌石拱壩除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)

郝曉輝，劉莉莉，徐運(yùn)海

（山東省水利科學(xué)研究院，山東濟(jì)南250014）

大庵子塘壩為單曲砌石拱壩，經(jīng)過(guò)40多年的運(yùn)行，大壩壩體拉應(yīng)力超出規(guī)范要求，壩體滲漏嚴(yán)重，下游消力池?fù)p毀，重力墩安全系數(shù)不滿足規(guī)范要求。針對(duì)水庫(kù)存在的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)計(jì)算分析對(duì)比，結(jié)合水庫(kù)自身情況，采取了相應(yīng)的除險(xiǎn)加固整治措施。

砌石拱壩；拉應(yīng)力；滲漏；加固措施

大庵子塘壩位于青島市嶗山區(qū)沙子口街道辦事處東北約5.5 km的大河?xùn)|村，流域面積2 km2。塘壩總庫(kù)容7.91萬(wàn)m3，興利水位116.0 m，興利庫(kù)容6.7萬(wàn)m3。大庵子塘壩于1968年冬季動(dòng)工興建，1970年建成蓄水，是一座以灌溉為主的水塘。塘壩包括單曲拱壩、重力墩、重力壩、放水洞、沖沙洞、消力池等建筑物。經(jīng)過(guò)40多年的運(yùn)行，工程處于帶病運(yùn)行狀態(tài)，不能正常發(fā)揮效益。2014年，拱壩被鑒定為“三類壩”。

1　存在的主要問(wèn)題

1.1大壩

2）混凝土心墻不密實(shí)，壩體砌筑質(zhì)量較差；漿砌石拱壩下游壩面存在大面積的滲漏，局部滲漏嚴(yán)重，壩面存在滲水、滴水現(xiàn)象；左右兩側(cè)非溢流壩段壩體及建基面存在滲水明流，且壩肩巖體存在繞滲現(xiàn)象；溢流壩段壩體及建基面存在滲水現(xiàn)象。

3）壩體的最大壓應(yīng)力符合規(guī)范要求，壩基最大拉應(yīng)力超出規(guī)范要求。

4）重力墩在設(shè)計(jì)洪水位工況下，重力墩的抗滑穩(wěn)定系數(shù)不滿足《砌石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》要求。

1.2消能工

經(jīng)多年水流沖刷破壞，下游護(hù)坦和岸墻表層砂漿大部分已脫落損壞，局部砌石已被沖走，嚴(yán)重影響整個(gè)護(hù)坦的結(jié)構(gòu)完整性。漿砌石二道壩已被沖垮，現(xiàn)狀兩側(cè)僅剩較短一段。且壩基礎(chǔ)80%部分被淘空，已不具備消能作用。

2　大壩除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)

經(jīng)過(guò)對(duì)壩體滲漏原因的分析，采用拱冠梁法復(fù)核了大壩應(yīng)力，壩體應(yīng)力在基本組合和特殊組合下壩基最大拉應(yīng)力均超出了《砌石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求，迎水面中下部勾縫砂漿全部脫落，局部砌石脫落，嚴(yán)重影響壩體穩(wěn)定，因此，為解決大壩滲漏問(wèn)題，改善壩體應(yīng)力，增加壩體梁的作用，削弱拱的作用，考慮對(duì)壩體進(jìn)行加厚處理；另對(duì)原壩肩重力墩穩(wěn)定不足的問(wèn)題，擬進(jìn)行加寬加重處理。

2.1加固方案比較

根據(jù)大庵子塘壩大壩具體布置特點(diǎn)，加固指導(dǎo)思想為截?cái)酀B漏通道，本次選?。簤误w迎水面增設(shè)鋼筋混凝土面板防滲；壩體迎水面噴射鋼纖維混凝土兩種方案進(jìn)行比較分析，各方案布置如表1。

作品以行刺秦王為題材，意在展現(xiàn)一群仁人志士當(dāng)燕國(guó)國(guó)勢(shì)迫急之際而展現(xiàn)出來(lái)的為信義而輕生死的精神力量，這種精神力量在與強(qiáng)秦以欺詐和暴虐吞并列國(guó)的行為對(duì)比中，在“勢(shì)”與“道”之爭(zhēng)中，建起了另一座價(jià)值豐碑。

2.2加固后應(yīng)力計(jì)算

考慮分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，在各種工況下的應(yīng)力變形情況采用拱冠梁法分析計(jì)算。本大壩沿壩高選取7層拱圈進(jìn)行計(jì)算分析，如表2。

1）計(jì)算工況及荷載。大壩應(yīng)力分析共考慮了以下4種工況。

表1　兩種加固方案比較表

表2　大壩加固前后體形幾何參數(shù)表

工況一：正常蓄水位+溫降工況，其荷載為壩體自重+正常蓄水位時(shí)水壓力+淤沙壓力+溫降；工況二：設(shè)計(jì)洪水位+溫升工況，其荷載為壩體自重+設(shè)計(jì)洪水位時(shí)上游水壓力+淤沙壓力+溫升；工況三：校核洪水位+溫升工況，其荷載為壩體自重+校核洪水位時(shí)上游水壓力+淤沙壓力+溫升。工況四：死水位+溫降工況其荷載為壩體自重+死水位時(shí)上游水壓力+死水位時(shí)下游水壓力+淤沙壓力+溫降。

溫度場(chǎng)計(jì)算：封拱溫度為18℃，砌石體的線膨脹系數(shù)參照規(guī)范取ɑ=7×10-6/℃，彈性模量取5 MPa。壩體表面升溫和降溫值按《砌石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》SL 25-2006附錄C中相應(yīng)公式計(jì)算。

2）計(jì)算成果。如表3所示，在4種工況下，分析所得拱壩上下游面的最大主拉、壓應(yīng)力都滿足規(guī)范要求。

表3　大壩應(yīng)力計(jì)算成果MPa

2.3加固方案設(shè)計(jì)

1）壩體加固設(shè)計(jì)。本次壩體防滲加固設(shè)計(jì)為上游壩面新建C25鋼筋混凝土防滲面板，面板厚度為0.8 m；防滲面板配置Φ14網(wǎng)格筋，間距為300 mm×300 mm，雙層布置；防滲面板與壩體的連接采用Φ18聯(lián)系筋，間距1.2 m×1.2 m，梅花形布置，鋼筋深入砌體深度1.0 m，深入面板0.2～0.3 m；防滲面板嵌入壩基巖體0.5 m，兩岸巖基不少于1.0 m。防滲面板采用二級(jí)配混凝土，強(qiáng)度等級(jí)為C25，抗?jié)B等級(jí)為W4，抗凍等級(jí)F150。

2）拱壩壩后局部加固。拆除壩后消力池砌石護(hù)坦，沿拱壩基礎(chǔ)95.85 m高程向外側(cè)加寬2 m，頂部至99.85 m高程，三角型布置，底寬2 m，高4 m，M15漿砌石結(jié)構(gòu)，加固范圍整個(gè)下游壩腳。

3）壩體充填灌漿設(shè)計(jì)。在面板施工前預(yù)埋Φ50鋼管花管，每根長(zhǎng)5.5 m，孔距2 m，每1層面板施工完后實(shí)施一次灌漿，灌漿壓力根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。

4）重力墩加固設(shè)計(jì)。拆除原重力墩外側(cè)三角形砌體，在原三角形砌體基礎(chǔ)上外延重力墩，新建重力墩尺寸：長(zhǎng)寬高為8 m×6 m×6.6 m，頂高程118.39 m，底高程110.39 m，M15漿砌塊石結(jié)構(gòu)。2.4消能防沖設(shè)計(jì)

結(jié)合壩體底部加固，拆除重建大壩下游的防沖砌石消力池，消力池頂高程96.50 m，下層采用M10漿砌石基礎(chǔ)，上層設(shè)40 cm厚C35鋼筋混凝土，鋼筋為Φ12@150 mm×150 mm，并且在距離壩腳下游14 m處重建M10漿砌石二道壩，頂寬0.7 m，底寬2.0 m，高1.3 m。

3　結(jié)語(yǔ)

大庵子塘壩加固工程于2015年3月份開(kāi)工，2015年5月份完工，經(jīng)過(guò)一個(gè)汛期的實(shí)踐檢驗(yàn)，原壩體滲漏現(xiàn)象已消失，該加固方案防滲效果良好。

（責(zé)任編輯崔春梅）

TM641.3

B

1009-6159（2016）-06-0035-02

2015-11-18

郝曉輝（1978—），男，工程師