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【摘 要】对于存在的病险的水库大坝,我们必须对大坝病险进行分析,进而采取相应的除险加固措施,以确保水库大坝的安全运行。本文结合某水库工程,分析了大坝存在的主要险情,并针对大坝险情,除险加固设计采取了帷幕灌浆、裂缝充填灌浆、白蚁喷药、坝体陪厚等措施,为类似工程的除险加固提供了参考依据。
【关键词】病险水库;坝体;加固设计;稳定复核
1.工程概况
某水库工程,水库控制面积168.9km2,原总库容2.64×107m3,设计灌溉面积4.0×104亩,是一座以灌溉为主,兼顾防洪的水利工程。该水库主要由大坝、溢洪道、输水隧洞、泄洪隧洞组成,最大坝高36m,坝顶宽7.6m,坝顶长198.2m,坝顶高程1015.5m。
2.大坝主要病险
2.1坝面渗水
1981年库水位为1807m时,靠左岸下游坡高程1786~1792m之间发现3处明显漏水点,每点渗水量为0.65LPs。1999年8月发现下游坡左坝肩有两处渗水点,高程为1788m和1784m,渗漏量共1.9LPs,下游坡潮湿面积达280m2。分析其产生原因是左坝肩存在绕渗,造成下游坝坡潮湿,出现集中渗水点。
2.2坝体裂缝
坝体裂缝位于大坝左肩下游坡一级戗台之上,水库建成蓄水试运行一年多时间,于1981年9月在大坝左坝肩段下游坡出现3条纵向裂缝,表面缝宽1.0~8.0cm,长度分别为20m、35m、95m,分布高程1803m、1806m、1812m。曾对3条裂缝进行探坑检查,坑深5m时,坑底部最大裂缝宽度已扩展至20cm,并有向深部发展的趋势。分析其产生原因是左坝段下游坡坝壳下伏一山梁,且山梁下游岸坡陡(约65b),致使坝料回填形成贴坡,加之河床有淤泥夹层,左坝肩存在绕渗,造成下游坝坡潮湿,物理力学指标降低,坝体产生不均匀沉陷导致坝体开裂。
2.3坝体蠕滑
坝体蠕滑区位于大坝下游坡中部,分布高程1786~1792m,面积520m2,坝坡微潮湿,坡面有外凸现象,凸起高0.2~0.5m,为坝体蠕动变形所至。分析其产生原因主要是蠕滑区内坝壳砾质土渗透系数较小,导致浸润线升高,坝壳砾质土抗剪强度降低,坝土产生蠕变。
2.4白蚁情况
在坝体下游坡左段,高程1814~1786m之间发现白蚁比较旺盛,主巢37巢,飞蚁群孔108个。
3.坝体稳定复核
3.1基本参数
根据坝体钻孔、注水、压水试验及室内原状样试验的成果,坝体各区土料物理力学指标:
心墙:天然容重γ=1.84t/m3,饱和容重γ饱=1.91t/m3,内摩擦角φ=19°,凝聚力C=49kPa。
原坝壳料:天然容重γ=1.95t/m3,饱和容重γ饱=2.02t/m3,内γ摩擦角φ=26°,凝聚力C=30kPa。
砂卵砾石层:天然容重γ=1.87t/m3,饱和容重γ饱=2.01t/m3,内摩擦角φ=27°,凝聚力C=0kPa。
淤泥质粘土:天然容重γ=1.2t/m3,饱和容重γ饱=1.4t/m3,内摩擦角φ=16°,凝聚力C=10kPa。
基岩:天然容重γ=2.25t/m3,饱和容重γ饱=2.32t/m3,内摩擦角φ=30°,凝聚力C=30kPa。
3.2断面选择
根据现场查勘资料及地质图和坝体裂缝位置,选择大坝标准剖面和左坝段山梁部位为坝坡稳定最不利断面,只要这两个断面满足稳定分析的安全要求,則整个坝体均满足安全要求。
3.3复核成果
大坝坝坡稳定复核计算采用中国水利水电科学研究院的5土质边坡稳定分析程序6STAB95进行计算。其计算成果见表1。
表1大坝稳定计算成果表
根据以上成果分析,大坝上、下游坝坡的最小安全系数不能满足规范要求,需对大坝上、下游坝坡进行加固处理。
4.大坝除险加固设计
针对大坝病险情况,设计采取了以下处理措施:帷幕灌浆、裂缝充填灌浆、白蚁喷药、坝体陪厚。
4.1坝体及坝基帷幕灌浆防渗措施
坝体经勘查表明,大坝坝体由心墙及风化料坝壳组成,心墙渗透系数偏大,坝壳细粒含量偏高,碾压不均一,渗透系数总体偏小,不符合心墙坝规范要求;心墙与基岩接触部结合不好,接触部平均透水率为45.5Lu;坝基基岩未进行防渗处理,两岸防渗帷幕控制区范围不足,存在绕坝渗漏。因此对坝体、坝体与坝基接触带、两岸绕坝渗漏采用帷幕灌浆的防渗处理方案。
4.2下游坝坡裂缝充填灌浆措施
对左岸下游坝坡裂缝区采用水泥粘土浆进行充填灌浆。灌浆范围:里程0-018.00~0+090.00,高程1801.00~1815.50m。
灌浆孔布置原则:
1)裂缝部位:沿裂缝布孔,孔距3m,孔深深入基岩0.5m。
2)裂缝周边布孔:以裂缝布孔为基点,梅花形布置,孔距≤5m,孔深深入基岩0.5m。
3)所有裂缝灌浆孔,当灌浆段长30m而未见基岩时,则30m以下根据灌浆结束标准决定孔深。坝体裂缝灌浆浆液采用水泥粘土浆,水泥加入量为20%(重量比)。
4.3下游坝坡渗水及蠕滑区处理
对坝体蠕滑、浸潮两区范围内土料开挖至潮湿及松散层以下50cm,重新填筑坝土压实,要求达到设计干容重。
4.4白蚁问题处理
针对白蚁喜欢潮湿土壤,帷幕灌浆堵住渗漏通道的情况下,在培厚下游坝坡前,修整一定厚度坝坡后,逐一对有白蚁的区域喷洒药物。
4.5新加坝体基础处理
根据开挖揭露的地质情况分别进行处理:大坝左岸为原老河道,将基础清至河床砂砾石层;坝体中部为基岩,只需清理即可;大坝右岸为淤泥质粘土,由于此部分淤泥质粘土较深,若要开挖至基岩,还需开挖6~8m,开挖工程量较大,开挖较为困难。对此部分基础采用置换进行处理,采用粒径30~50cm的灰岩料填筑,碾压分层进行,先用小型机械进行碾压,再采用振动碾进行碾压。置换后的容重>1.9t/m3。 4.6坝体结构加固设计
将原坝轴线向下游平移11m为加固扩建后坝体轴线。根据设计方案计算,坝顶需加高0.5m,坝顶高程由原来的1815.5m增至1816.00m,坝高44.5m,坝顶长202.50m,坝顶宽8m。坝顶上游侧设1.0m高的钢筋混凝土/L0型防浪墙,防浪墙与粘土斜墙防渗体连为一体,嵌入斜墙防渗体内1.5m。
上游坝坡处理:清除原坝坡高程1790m以上表层土。并在高程1790.00m、1801.00m处削4m和8.5m宽的平台,削坡后上游高程1816.00~1801.00m坡比为1B2.5,高程1801.00~1790.00m坡比为1B3.0,高程1790.00m以下坡比为1B3.5。采用混凝土预制块护坡,厚10cm,下设20cm厚的混合碎石砂垫层。
下游坝坡处理:清除现坝坡表层土。高程1786.00m以上新老坝体接合处设垂直厚度40cm混合反滤层,高程1786.00m以下新老坝体接合处设垂直厚度分别为40cm的3层上昂式排水体,与坝脚堆石棱体共同组成坝体的排水设备。
4.7除险后坝体稳定复核
1)基本参数。根据室内原状样试验的成果,新加坝壳料的物理力学指标:
新坝壳料:天然容重γ=1.95t/m3,饱和容重γ饱=2.02t/m3,内摩擦角φ=28°,凝聚力C=36kPa。
堆石棱体:天然容重γ=2.12t/m3,饱和容重γ饱=2.18t/m3,内摩擦角φ=35°,凝聚力C=0kPa。
2)斷面选择。根据地形地质图,选择大坝标准剖面和左坝段山梁部位为坝坡稳定最不利断面,只要这两个断面满足稳定分析的安全要求,则整个坝体均满足安全要求。
3)复核成果。大坝坝坡稳定复核计算采用中国水利水电科学研究院的5土质边坡稳定分析程序6STAB95进行计算。其计算成果见表2。
表2 大坝稳定计算成果表
根据以上成果分析,大坝加固处理后上、下游坝坡的最小安全系数均满足规范要求。
5.结语
该水库大坝除险加固工程已完工并通过了竣工验收。目前水库按设计要求运行正常,各项加固措施均达到了除险的目的,帷幕灌浆起到有效作用,坝体下游未见白蚁,下游坡面干燥,坝体未见异常,水库的面貌焕然一新。该工程的成果经验可以作为类似工程参考。
参考文献:
[1] 蔡风飞.坝体防渗墙与坝基帷幕灌浆联合防渗处理工程实例[J]水利科技,2011.02.
[2] 王金河.小型病险水库大坝除险加固问题分析[J]黑龙江科技信息.2011.19.
【关键词】病险水库;坝体;加固设计;稳定复核
1.工程概况
某水库工程,水库控制面积168.9km2,原总库容2.64×107m3,设计灌溉面积4.0×104亩,是一座以灌溉为主,兼顾防洪的水利工程。该水库主要由大坝、溢洪道、输水隧洞、泄洪隧洞组成,最大坝高36m,坝顶宽7.6m,坝顶长198.2m,坝顶高程1015.5m。
2.大坝主要病险
2.1坝面渗水
1981年库水位为1807m时,靠左岸下游坡高程1786~1792m之间发现3处明显漏水点,每点渗水量为0.65LPs。1999年8月发现下游坡左坝肩有两处渗水点,高程为1788m和1784m,渗漏量共1.9LPs,下游坡潮湿面积达280m2。分析其产生原因是左坝肩存在绕渗,造成下游坝坡潮湿,出现集中渗水点。
2.2坝体裂缝
坝体裂缝位于大坝左肩下游坡一级戗台之上,水库建成蓄水试运行一年多时间,于1981年9月在大坝左坝肩段下游坡出现3条纵向裂缝,表面缝宽1.0~8.0cm,长度分别为20m、35m、95m,分布高程1803m、1806m、1812m。曾对3条裂缝进行探坑检查,坑深5m时,坑底部最大裂缝宽度已扩展至20cm,并有向深部发展的趋势。分析其产生原因是左坝段下游坡坝壳下伏一山梁,且山梁下游岸坡陡(约65b),致使坝料回填形成贴坡,加之河床有淤泥夹层,左坝肩存在绕渗,造成下游坝坡潮湿,物理力学指标降低,坝体产生不均匀沉陷导致坝体开裂。
2.3坝体蠕滑
坝体蠕滑区位于大坝下游坡中部,分布高程1786~1792m,面积520m2,坝坡微潮湿,坡面有外凸现象,凸起高0.2~0.5m,为坝体蠕动变形所至。分析其产生原因主要是蠕滑区内坝壳砾质土渗透系数较小,导致浸润线升高,坝壳砾质土抗剪强度降低,坝土产生蠕变。
2.4白蚁情况
在坝体下游坡左段,高程1814~1786m之间发现白蚁比较旺盛,主巢37巢,飞蚁群孔108个。
3.坝体稳定复核
3.1基本参数
根据坝体钻孔、注水、压水试验及室内原状样试验的成果,坝体各区土料物理力学指标:
心墙:天然容重γ=1.84t/m3,饱和容重γ饱=1.91t/m3,内摩擦角φ=19°,凝聚力C=49kPa。
原坝壳料:天然容重γ=1.95t/m3,饱和容重γ饱=2.02t/m3,内γ摩擦角φ=26°,凝聚力C=30kPa。
砂卵砾石层:天然容重γ=1.87t/m3,饱和容重γ饱=2.01t/m3,内摩擦角φ=27°,凝聚力C=0kPa。
淤泥质粘土:天然容重γ=1.2t/m3,饱和容重γ饱=1.4t/m3,内摩擦角φ=16°,凝聚力C=10kPa。
基岩:天然容重γ=2.25t/m3,饱和容重γ饱=2.32t/m3,内摩擦角φ=30°,凝聚力C=30kPa。
3.2断面选择
根据现场查勘资料及地质图和坝体裂缝位置,选择大坝标准剖面和左坝段山梁部位为坝坡稳定最不利断面,只要这两个断面满足稳定分析的安全要求,則整个坝体均满足安全要求。
3.3复核成果
大坝坝坡稳定复核计算采用中国水利水电科学研究院的5土质边坡稳定分析程序6STAB95进行计算。其计算成果见表1。
表1大坝稳定计算成果表
根据以上成果分析,大坝上、下游坝坡的最小安全系数不能满足规范要求,需对大坝上、下游坝坡进行加固处理。
4.大坝除险加固设计
针对大坝病险情况,设计采取了以下处理措施:帷幕灌浆、裂缝充填灌浆、白蚁喷药、坝体陪厚。
4.1坝体及坝基帷幕灌浆防渗措施
坝体经勘查表明,大坝坝体由心墙及风化料坝壳组成,心墙渗透系数偏大,坝壳细粒含量偏高,碾压不均一,渗透系数总体偏小,不符合心墙坝规范要求;心墙与基岩接触部结合不好,接触部平均透水率为45.5Lu;坝基基岩未进行防渗处理,两岸防渗帷幕控制区范围不足,存在绕坝渗漏。因此对坝体、坝体与坝基接触带、两岸绕坝渗漏采用帷幕灌浆的防渗处理方案。
4.2下游坝坡裂缝充填灌浆措施
对左岸下游坝坡裂缝区采用水泥粘土浆进行充填灌浆。灌浆范围:里程0-018.00~0+090.00,高程1801.00~1815.50m。
灌浆孔布置原则:
1)裂缝部位:沿裂缝布孔,孔距3m,孔深深入基岩0.5m。
2)裂缝周边布孔:以裂缝布孔为基点,梅花形布置,孔距≤5m,孔深深入基岩0.5m。
3)所有裂缝灌浆孔,当灌浆段长30m而未见基岩时,则30m以下根据灌浆结束标准决定孔深。坝体裂缝灌浆浆液采用水泥粘土浆,水泥加入量为20%(重量比)。
4.3下游坝坡渗水及蠕滑区处理
对坝体蠕滑、浸潮两区范围内土料开挖至潮湿及松散层以下50cm,重新填筑坝土压实,要求达到设计干容重。
4.4白蚁问题处理
针对白蚁喜欢潮湿土壤,帷幕灌浆堵住渗漏通道的情况下,在培厚下游坝坡前,修整一定厚度坝坡后,逐一对有白蚁的区域喷洒药物。
4.5新加坝体基础处理
根据开挖揭露的地质情况分别进行处理:大坝左岸为原老河道,将基础清至河床砂砾石层;坝体中部为基岩,只需清理即可;大坝右岸为淤泥质粘土,由于此部分淤泥质粘土较深,若要开挖至基岩,还需开挖6~8m,开挖工程量较大,开挖较为困难。对此部分基础采用置换进行处理,采用粒径30~50cm的灰岩料填筑,碾压分层进行,先用小型机械进行碾压,再采用振动碾进行碾压。置换后的容重>1.9t/m3。 4.6坝体结构加固设计
将原坝轴线向下游平移11m为加固扩建后坝体轴线。根据设计方案计算,坝顶需加高0.5m,坝顶高程由原来的1815.5m增至1816.00m,坝高44.5m,坝顶长202.50m,坝顶宽8m。坝顶上游侧设1.0m高的钢筋混凝土/L0型防浪墙,防浪墙与粘土斜墙防渗体连为一体,嵌入斜墙防渗体内1.5m。
上游坝坡处理:清除原坝坡高程1790m以上表层土。并在高程1790.00m、1801.00m处削4m和8.5m宽的平台,削坡后上游高程1816.00~1801.00m坡比为1B2.5,高程1801.00~1790.00m坡比为1B3.0,高程1790.00m以下坡比为1B3.5。采用混凝土预制块护坡,厚10cm,下设20cm厚的混合碎石砂垫层。
下游坝坡处理:清除现坝坡表层土。高程1786.00m以上新老坝体接合处设垂直厚度40cm混合反滤层,高程1786.00m以下新老坝体接合处设垂直厚度分别为40cm的3层上昂式排水体,与坝脚堆石棱体共同组成坝体的排水设备。
4.7除险后坝体稳定复核
1)基本参数。根据室内原状样试验的成果,新加坝壳料的物理力学指标:
新坝壳料:天然容重γ=1.95t/m3,饱和容重γ饱=2.02t/m3,内摩擦角φ=28°,凝聚力C=36kPa。
堆石棱体:天然容重γ=2.12t/m3,饱和容重γ饱=2.18t/m3,内摩擦角φ=35°,凝聚力C=0kPa。
2)斷面选择。根据地形地质图,选择大坝标准剖面和左坝段山梁部位为坝坡稳定最不利断面,只要这两个断面满足稳定分析的安全要求,则整个坝体均满足安全要求。
3)复核成果。大坝坝坡稳定复核计算采用中国水利水电科学研究院的5土质边坡稳定分析程序6STAB95进行计算。其计算成果见表2。
表2 大坝稳定计算成果表
根据以上成果分析,大坝加固处理后上、下游坝坡的最小安全系数均满足规范要求。
5.结语
该水库大坝除险加固工程已完工并通过了竣工验收。目前水库按设计要求运行正常,各项加固措施均达到了除险的目的,帷幕灌浆起到有效作用,坝体下游未见白蚁,下游坡面干燥,坝体未见异常,水库的面貌焕然一新。该工程的成果经验可以作为类似工程参考。
参考文献:
[1] 蔡风飞.坝体防渗墙与坝基帷幕灌浆联合防渗处理工程实例[J]水利科技,2011.02.
[2] 王金河.小型病险水库大坝除险加固问题分析[J]黑龙江科技信息.2011.19.