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坝体除险加固方案的分析比选研究

来源:学术堂 作者:韩老师
发布于:2015-01-24 共2573字
论文摘要

  1 概述

  甸苴坝水库位于玉溪市通海县河西镇曲陀关村委会甸苴坝村,水库坝址处距通海县城22km,属珠江流域南盘江水系杞麓湖支流。工程始建于 1957 年 6 月,1959 年 12 月竣工,坝型为均质土坝,水库控制径流面积 19.24km2,设计坝高 34.5m,坝顶长 198 米,坝顶宽 6.0m,总库容408 万立方米,属小(一)型水库工程。水库兴建至今,上下游坝坡蠕动滑塌严重,坝体、坝基、坝肩存在渗漏,溢洪道不能安全泄洪,输水涵洞不能正常供水,水库现已不能正常蓄水。

  甸苴坝水库下游影响人口1.7万人,耕地5000亩。2009年 2月,经省、市组织有关专家对甸苴坝水库进行大坝安全鉴定,鉴定结论综合评定为三类坝,属病险水库,需进行加固处理。

  作为大坝除险加固工作,方案选择尤为重要,将直接关系到工程处理的安全、经济合理性。因此,就本工程而言,坝体除险加固方案的分析比选是设计工作的重点。

  2 大坝主要病害及其原因

  2.1 坝体病害

  坝体碾压不密实,大坝变形严重,有三条明显裂缝,坝面有冲沟,凸凹不平,下游水位较高,存在接触带及绕坝渗漏。白蚁活动严重,无观测设施。

  2.2 输水涵洞病害

  输水涵洞为浆砌石城门洞拱涵,涵洞边墙、顶拱有 11 处渗水,底板两处冒水,多处可见碳酸钙溶蚀沉淀,涵洞渗漏量达0.4L/s。工作闸锈蚀严重,操作困难,无检修闸门。出口段设有分水闸门二套,均锈蚀严重,操作困难。已不能正常控制供水,对大坝运行存在较大安全隐患。

  2.3 溢洪道病害

  溢洪道进口段和控制段边墙浆砌石衬砌质量较差,局部损毁严重,陡槽段、出口段为明挖沟槽,无支砌,两岸蹋落,无过水能力,无消能设施。溢洪道闸门锈蚀老化。溢洪道不能满足泄洪要求。

  2.4 上、下游坝壳

  填筑料场分散,土质不均,细粒含量偏高,压实度低,力学指标低,存在透水性大(渗透系数为3.4×10-3cm/s~4.9×10-5cm/s)。

  由于坝体施工质量较差,水库投入运行后,坝身多次出现纵向及横向裂缝,特别是 1962 年外坝坡中部老河床发生不均匀沉陷,最大沉陷深达 1m,1970 年 1 月 5 日通海发生 7.8 组地震,造成上游滑坡,出现纵横缝,缝宽达3~5cm,1995年外坝坡偏左坝肩部位出现一条纵裂缝,裂缝长 80m,宽10cm,深 10m,严重危及坝身的安全运行。

  2.5 大坝稳定安全分析

  (1)设计洪水位稳渗、正常蓄水位稳渗正常应用工况下,大坝上游坡抗滑稳定安全系数满足现行规范稳定要求,大坝下游坡抗滑稳定安全系数不满足现行规范安全稳定要求;(2)在水库允许最高非常运用水位稳渗非常应用工况(I)、(Ⅱ)下,大坝下游坡抗滑稳定安全系数不满足现行规范安全稳定要求;坝坡抗震稳定两种工况安全系数下游坝坡均小于 1.10,不能满足现行抗震规范要求;(3)实测浸润线高低不一,说明坝体填料粗细不均、渗透存在差异;坝基砂砾石层最大水力坡降小于规范允许值,不会发生管涌、流土坡坏;(4)大坝运行中有一定的渗流异常,但不致影响大坝安全;大坝无渗漏量观测资料,不能准确判断大坝渗漏是否正常。

  3 加固方案比较选择

  针对甸苴坝水库大坝存在的病险,选择帷幕灌浆及塑性砼防渗墙两方案进行坝体防渗方案比选。对于大坝输水涵洞、溢洪道处理,按常规处理方法,即钢筋砼浇筑溢洪道,涵洞进行回填灌浆处理。

  3.1 帷幕灌浆方案

  3.1.1 布置方案。帷幕灌浆坝轴线灌浆,灌浆剖面结构单一,与岸坡为直线连接,整个防渗体系结构简单。帷幕沿坝轴线单排布孔,孔距 2米,按三个次序逐渐加密的原则进行,帷幕防渗标准为q≤10Lu,帷深插入相对隔水层5米,该方法施工简单,防渗效果好。

  3.1.2 下游坝坡培厚。帷幕灌浆效果按 1×10-6cm/s 考虑,经浸润线及稳定分析计算,坝身浸润线帷幕后跌落较小,下游坝坡还需进行培厚才能满足抗震稳定要求。因此,对于灌浆方案,下游坝坡须进行培厚加固。

  3.1.3 白蚁防治。甸苴坝水库大坝坝体白蚁危害严重,每年都进行挖巢处理,常规方法很难彻底治理,灌浆方案对白蚁危害处理效果不大。因此,采用灌浆方案,需考虑在下游坝坡增加一层砂砾料,并进行草皮护坡,截断白蚁与坝体内部的接触。

  3.1.4 使用年限。坝体帷幕灌浆,从玉溪市已处理的多座水库来看,坝身灌浆使用年限基本为 10 年左右,有的工程不到十年就需重新处理。因此,帷幕灌浆正常使用年限较短。

  3.1.5 投资。坝体、坝基帷幕灌浆、下游坝坡培厚、白蚁危害处理。该方案工程总投资为545.86万元。

  3.2 塑性砼防渗墙结合两坝肩帷幕灌浆方案。。

  3.2.1 布置方案。大坝塑性砼防渗墙布置于坝轴线上,墙顶高程1795.18m,墙底达到本次勘探基岩相对隔水层顶线(q≤10Lu),坝基 F5断裂带位置适当加深。墙顶长度118m,墙底板最低高程1738.28m,最大墙深度56.90m。左、右岸接灌浆帷幕,形成新的大坝防渗体系,彻底解决大坝的防渗问题。该方法施工复杂,但比帷幕灌浆效果相对要好一些。

  3.2.2 坝坡稳定。塑性砼防渗墙 K 值按 1×10-8cm/s 计,经计算,浸润线在墙后跌落较大,下游坝坡稳定达到安全要求,不需进行培厚。在下游坝脚增加一堆石棱体,设置反滤,对坝基砂卵石层进行保护。

  3.2.3 白蚁防治。采用塑性砼防渗墙方案,坝体浸润线很低,下游坡基本处于干燥状态,不适合白蚁生存。砼防渗墙可以彻底根治白蚁危害。

  3.2.4 使用年限。砼防渗墙可以彻底解决大坝的渗漏险情,使用年限达50年以上。

  3.2.5 投资。采取砼防渗墙结合两坝肩帷幕灌浆作为大坝的防渗体系,下游坝脚增加一堆石棱体。该方案工程总投资为655万元。

  3.3 综合比较选择

  甸苴坝水库坝体结构简单,坝基砂砾石层透水性不大,两岸基岩基本完好,坝体施工质量较差,白蚁危害严重。针对以上实际情况,常规帷幕灌浆方法可以彻底解决大坝整体防渗问题。

  虽然砼防渗墙灌浆比帷幕灌浆使用年限长,防渗效果好,可靠性高,但投资大,施工复杂,对于小(一)型水库的除险加固处理来说,在保证质量的前提下,帷幕灌浆更经济实用。因此,推荐采用帷幕灌浆作为大坝防渗加固措施。坝脚设置堆石棱体及反滤过渡,对下游坝基砂卵石进行保护。

  4 结束语

  通海县甸苴坝水库,建成于上世纪五十年代,至今已运行了五十七年,大坝坝体及渗流存在严重安全隐患,不满足现行规范要求,对下游城市及周边农村人民群众的生命财产安全构成严重威胁,加固处理势在必行。针对土石坝的病险状况,加固方案的选择是设计的重点,从方案的布置、技术可行性、工程安全可靠性、经济合理性等不同角度进行综合分析论证,选取最优方案。因此,甸苴坝水库选择帷幕灌浆的除险加固处理方案,是科学合理的。

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