鐵羅坪水庫大壩除險加固設計要點分析

曾連山

(五華縣水利水電勘測設計室，廣東五華 514400)

1 五華縣鐵羅坪水庫工程的介紹

五華縣鐵羅坪水庫是一個具有農田灌溉、防洪、發電等多種功能為一體的水庫工程。主要由灌溉發電取水管、壩后電站、擋水大壩、壩頂溢洪道等部分組成。其中水庫大壩為漿砌石變半徑拱壩，壩底高60.0 m，壩底寬11.6 m，壩頂弧長121.46 m，壩頂高820.53 m，壩頂寬4.8 m，壩頂的中心角為 124.6°。

水庫建成運行以來，運行過程中仍存在著不少的問題以及安全隱患。其中最嚴重的就要數I期、II期壩體的接觸面出現的滲水問題。雖然在水庫的投入運行過程中均對其有過多次的不同程度的加固以及灌漿處理，但是所取得的效果并非十分理想，滲水問題仍舊沒有得到根本性解決，這就導致水庫只能進行低水位運行，水庫的其他功能均沒有起到任何的作用。因此為了確保水庫的正常運行以及大壩的安全，仔細研究與分析滲水的原因，針對這些原因對水庫的大壩實施除險加固。

2 水庫大壩中存在的問題及其分析

2.1 存在的主要問題

該水庫大壩中的滲水問題十分嚴重，表現在I期與II期的壩體接觸面滲水、左右兩邊壩肩滲水以及壩體出現裂縫而導致滲水。通過相關專業人員對大壩的安全進行全位的鑒定與評估，其結果表示:I期與II期水庫壩體中存在著嚴重的質量問題，壩體的局部出現嚴重的裂縫問題，并且右壩肩拱座、推力墩的穩定性、壩體應力的工程質量均不達標，不符合工程的要求，另外，由于右壩肩的巖體出現龜裂，導致下游堡坎的支架不穩定，從而對其整體的穩定性造成一定的影響。

2.2 水庫大壩滲水問題的原因分析

經過相關專業施工技術人員的全面鑒定以及在進行除險加固過程中的勘察設計研究得出以下的結果。

2.2.1 壩肩兩岸的推力墩對壩體無約束效果

在大壩初步設計時，由于壩址的地形條件使得在設計時雖然在兩個壩肩旁設有推力墩，但由于推力墩的體型較小，使得推力墩的作用只限于拱圈外延，而沒有固端束縛的效果。因此在此次的鑒定與復查中發現，在壩體現狀加上推力墩而組成壩體模型之后，在溫升機上校核洪水位這一特殊工況的環境下，在其高為820.5 m的拱端下方形成了一個拉應力為－0.79 MPa的作用力，而在正常條件下高為820.5 m的拱端下方的拉應力是－0.31 MPa。再加上次左右拱端剛好位與6號、1號裂縫附近，因此基本上可以認為出現6號、1號裂縫的原因與其有著十分密切的關系。水庫大壩的下游立視圖，見圖1。

圖1 大壩的下游立視示意圖/m

2.2.2 封拱溫度的原因

在此次對大壩的全面鑒定與復核發現，在施工記錄的記載中說明II期壩體進行加高時并沒有實施溫度控制措施，再加上當時的施工時間為夏季，由于環境的原因在施工季節當地的氣溫平均為25℃。根據應力的計算，當封拱的氣溫達到25℃時，拉應力能夠廣泛的分布，因此I期壩體的拱冠上游面在溫升加上校核洪水位這種特殊組合的工況條件下其拉應力達到了2.36 MPa，這明顯超過了工程多允許的范圍［1］。

2.2.3 壩體填筑質量的原因

根據左右兩個推力墩的鉆孔結果顯示，在進行鉆孔的期間，壩體的下游面出現滲水以及射流狀況，并且這個過程中發現砂漿的填充并不密實，甚至有麻面、氣孔、蜂窩的現象，另外，砌石膠與混凝土砂漿不能完整的結合，這是由于壩體填筑的質量不符合標準而形成的［2］。因此可以認為出現壩體滲水的主要原因是I期與II期工程在進行施工時，其質量控制不過關，存在嚴重的質量缺陷。

2.2.4 壩體體形的原因

常見的拱壩體形為雙向彎曲形，相較于水平拱圈曲線的形狀，水平向完全的拱形其效果更好。雙向彎曲形的具有調整壩拱的半徑、中心以及曲率［3］。在本文研究中的水庫大壩，針對壩體拱冠梁的設計是屬于直線的線形設計，其設計剖面與下游面基本處于一個垂直狀態。由于壩面的上游與下游處于一個無凸點、無倒懸、不連續的狀態，從而對壩體的應力有一個均勻的分配。另外，在左壩肩的出現不連續的開外面，使得6號裂縫的周圍形成些許的突變點，再加上突變點的爆發，使得6號裂縫點出現滲漏情況。出現這種現象的原因是由于I期壩體得拱冠拉應力在特殊組合或者基本組合的工況條件下大于工程所能夠承受的范圍，拉應力的的合格也是由于拱壩體型差的原因。

3 五華縣鐵羅坪水庫大壩的除險加固設計方案

經過相關專業施工技術人員的鑒定與復核以及原因分析發現，水庫壩體的在特殊組合以及基本組合這兩種工況的條件下所產生的拉應力遠遠超出工程所允許的范圍，在加上大壩I期與II期的施工過程中存在不少的質量控制問題，從而導致大壩壩體中出現相當多的裂縫，并且在高水位的狀況下其滲水狀況更加嚴重，對水庫的正常運行以及功能的發揮造成了較大的影響。所以在制定大壩除險加固的設計方案時，應該首先解決其滲水問題。針對這一問題可以作上封下堵的施工，而在完善水庫壩體的應力方面，應該從增強壩體梁以及拱作用的削弱方面著手，適當的進行加厚處理［4］。

3.1 壩體除險加固

大壩壩體除險加固的設計圖，見圖2。

圖2 水庫大壩除險加固設計的示意圖

3.1.1 水庫大壩壩體加固方案的制定

根據大壩目前所出現的問題，在其加厚處理方面制定了兩個方案進行比選。方案1即在水庫內部進行圍堰，而在水庫內的上游面進行加厚措施，此方案能夠在不增加防滲帷幕以及壩體不強的前提下對壩體進行加厚，并且加厚層可當做防滲層，但不足之處在于必須要放空水庫里的水資源，并且圍堰以及開挖施工的難度較高。方案2即在水庫壩體原有的擋水功能，在水庫的下游面進行加厚措施，此方案的設計長處在于不用放空水庫中的水利資源，并無任何施工導流的問題，方便快捷，但是不足之處在于在進行加厚處理時必須要對水庫的壩體進行灌漿處理，原壩體與新壩體之間的接觸面要保證排水的順暢。方案制定出以后，經過相關人員對這兩個方案可行性的對比之后發現，方案1所需的造價比方案2更多，在綜合考慮了可行性以及資金的投入等方面的條件，最后決定采用方案2來作為水庫大壩除險加固的方案。

3.1.2 水庫大壩壩體除險加固的具體措施

水庫大壩除險加固的措施主要分為上封措施以及下堵措施2個部分。在具體進除險加固措施第1個環節是上封措施。上封措施中應該要注意:①采用環保型的水泥防水劑對從死水位751.3 m到正常水位515.0 m的壩面進行涂抹。②從壩頂開始對大壩的壩體進行帷幕灌漿。③補強灌漿的施工應由下游壩面開始，其孔間之間的間距為3.5 m。

在完成以上3種施工來起到對上游壩面的封閉作用。下堵措施中的具體措施:①對下游面高程在760.3 m以下的壩面進行加厚，以此增強壩體的整體剛度，注意加厚的厚度應控制在2.0～2.5 m。②在原壩體與新建壩體的交界面安裝錨筋以及橫向的排水盲管，以此來完成原壩體與新壩體的結合，并且能夠順利排出原壩體中所積累的滲水。對壩體進行加厚處理不僅能夠對其應力起到完善作用，還能對壩體的下游面進行封堵。除了對壩體進行加厚處理之外，針對壩面原有施工縫也要進行連接灌漿處理。

3.2 水庫壩體加厚厚度的計算

雖然本著解決問題以及水庫正常運行的原則，對壩體實施加厚措施，并且顯然所加厚厚度的增加能夠更好的完善水庫壩體的應力，但是站在資金投入的角度來說，資金的投入會隨著加厚的厚度而增加，但厚度太薄又不能發揮加厚的作用，不利于施工，因此加厚厚度的選擇十分重要。本文所研究的水庫在經過制定3種不同的厚度方案后，再加上參考其他項目工程［5］，綜合考慮了資金的投入、施工的安全以及預計的效果等方面，最終決定加厚的厚度為1.5 m。

4 結論

總而言之，水庫大壩的除險加固設計，其關鍵在于首先要了解大壩的現狀、滲水的原因，再結合水庫大壩砌石拱的特點，才能更好的解決滲水的問題。在目前我國水庫的除險加固的設計中，最長使用的是上封下堵的方法，也可以稱之為壩體加厚方案。針對水庫滲漏這一問題，施工單位應該在水庫建設之初就應該重視其質量控制，抓好質量控制，從根本上防止安全隱患的出現。

［1］葉鋒，阮雪茵，柯紅革.大壩基礎灌漿在臺州市水庫除險加固工程中的應用［J］.浙江水利水電專科學校學報，2009(02):155－160.

［2］曹瑞森，于建星.淺談淶水縣累子水庫除險加固施工工程大壩防滲墻施工工藝［J］.中國水運(下半月)，2011(11):281－286.

［3］李瑞青，趙衛麗，陳秀紅.大壩滲流測壓管設備及安裝在雙泉水庫除險加固工程中的應用和質量控制［J］.科技資訊，2011(08):47－50.

［4］袁曉玲，胡順能，伍儀保，等.大田水庫除險加固方案研究［J］.三峽大學學報(自然科學版)，2011(06):102－107.

［5］周土香.低彈模混凝土防滲墻在龍游縣社陽水庫除險加固工程中的應用［J］.浙江水利水電專科學校學報，2007(03):123－127.