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)

水庫經過多年運行后，大壩存在水庫防洪標準低、壩體抗滑穩定不滿足要求、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，結合發電、養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。大壩采用當地盛產的花崗巖石，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場勘測，對工程進行深入分析，其產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地村民自行組織力量建設，缺少勘測設計資料，專業技術力量薄弱，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。經過幾十年的運行后，壩體與防滲體由于不同沉陷而產生裂縫，其受力結構已發生變化，防滲體及整個壩體已不能滿足強度、穩定要求。

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，壩基節理發育，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，根據現場檢查，上游面已出現兩道橫向裂縫，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，以最終實現水庫安全運行，發揮水庫的各項效益，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模降低洪水位。經技術經濟比選確定方案為: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，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定要求，確保水庫效益最大化。

3.2 壩體穩定加固

為增加壩體抗滑穩定性，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節，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定，又提高壩體抗滑穩定性，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，可接合壩體抗滑穩定加固方案進行處理。混凝土面板抗滲等級為W6。大壩基礎防滲處理可采用常規的帷幕灌漿措施，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 大壩加固后抗滑穩定復核

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

式中:K為抗滑穩定安全系數;∑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。根據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，大壩抗滑穩定系數明顯增大，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。