排告水庫“照谷社”型混合壩的除險加固方案探析

康金剛

（銅仁市水務局貴州銅仁554300）

排告水庫“照谷社”型混合壩的除險加固方案探析

康金剛

（銅仁市水務局貴州銅仁554300）

本文以貴州省雷山縣永樂鎮排告水庫“照谷社”型壩為例，對“照谷社”型壩的改造加固方案進行了探討，采用兩種計算方法進行了計算，并提出了“照谷社”型混合壩的處理建議，以期為類似案例提供借鑒。

“照谷社”型混合壩；除險加固；方案探析

1　工程概況

排告水庫位于雷山縣永樂鎮排告村境內，地理位置東經108°11′，北緯26° 14′。距縣城62.5km，距離永樂鎮12km，有鄉村公路到達排告村，交通較為便利。

水庫樞紐工程由主攔河大壩、壩頂溢洪道、壩下放水涵洞、渠道及渠系建筑物組成。水庫總庫容14.7萬m3（其中興利庫容10.7萬m3，死庫容4萬m3），是一座以農業灌溉為主，兼有農村人畜飲水、水產養殖等綜合效益的小（2）型水利工程，其目前設計灌溉面積850畝。

工程壩址地質情況是:壩基為堅石板巖；左岸為黃泥坡；右岸為板巖，巖層走向下游，傾向河床，傾角15度，節理較發育，庫水有可能沿巖層滲漏。

原設計方案考慮該地石料豐富，因地制宜，就地取材，采用干砌與漿砌混合的砌石壩。

2　存在問題

2.1大壩安全現狀

水庫經現場勘測后，對大壩進行了簡單設計，1980年開始蓄水。兩年以后，大壩產生了不均勻沉降，溢流壩頂的裂縫逐漸擴大。1983年6月降大雨，山洪瀑發，洪水溢過壩頂，開始進入壩身，造成溢流壩面998.50m高程處產生水平斷裂。

根據《水庫大壩安全管理辦法》、《水庫大壩安全鑒定方法》有關規定。經安全復核后，鑒定為三類壩。此壩主要有以下幾點結構和滲流安全穩定問題：

（1）由于壩體上游邊坡過陡，在庫空時，抗滑安全系數值（1.01）比規范規定值（1.15）小，壩體結構存在安全隱患；

（2）壩體上下游邊坡均有一定程度的變形，由于壩體僅用上游壩坡的漿砌石和20cm的混凝土護面作為防滲體，這種型式的防滲體剛度過大，抗變形能力小，可能產生裂縫，從而導致壩體滲漏，影響大壩安全；

（3）壩體壓水試驗成果表明，主壩鉆孔壓水試驗表明建基面及其以下4.0m～15m左右巖體透水率較大，均大于5Lu。可能對主壩壩體滲流性態存在安全隱患。

因此，考慮大壩的安全性，必須對大壩進行了加固處理設計。

2.2加固設計中遇到問題

此混合壩壩體迎水面為漿砌石，壩體主堆料為堆石。若不考慮上游漿砌石在結構穩定中的作用，以上游邊坡1:0.4的坡比，與堆石的自然休止角相差太遠，在自然狀態下就已經很不穩定，在飽和及庫空條件下就更不穩定。所以，上游漿砌石以及加固后的混凝土面板必須參與穩定計算。但是現有的非有限元單元法的是否能計算材料屬性相差很大壩體穩定，計算出的結果是否能指導以后類似“混合壩”除險加固設計都是未知數。本文在尊重事實的現狀的情況下采用兩種計算方法，互為驗證。

3　大壩壩體防滲和穩定除險加固設計

本次除險加固設計是根據水庫大壩安全鑒定結論和建議，針對工程存在的主要問題，擬定該工程除險加固主要內容如下:

大壩混凝土防滲體，按混凝土面板堆石壩設計。大壩上游基礎開挖后做趾板、漿砌石護面、混凝土防滲斜墻等。壩體上游坡為1: 0.4；下游設計壩坡1:1.42采用“8型預制磚塊”進行護坡；壩頂整治并設防浪墻，壩頂寬按5.0m選定；

（2）采用帷幕灌漿防滲處理壩基、壩肩滲漏。

設計加固剖面圖（見圖1）。

圖1　除險加固設計后的剖面圖

3.1大壩計算工況

考慮到此混合壩這種壩體的特殊性，本次加固設計采用了北京理正巖土計算軟件5.6版軟件和ANSYS有限元分析軟件兩種軟件進行計算。滲流計算中北京理正軟件采用的是差分法，ANSYS軟件采用的有限單元法；穩定計算中北京理正軟件采用的是畢肖普法，ANSYS軟件采用的是有限單元法，屈服公式以D-P模型的非線性。通過兩種軟件，不同的計算方法來互相驗證，確保除險加固設計結果安全可靠。

3.2大壩滲流計算

大壩的滲流計算工況如下：

工況1:上游為正常蓄水位，壩前水位19.70m工況所形成的穩定滲流。（1）理正軟件的滲流計算結果（見圖2）。（2）ANSYS計算滲流計算結果（見圖3）。滲流計算的結論分析：

①過計算結果可以看出，兩種方法計算出的浸潤線及其對應的滲流量都是較低的，可見采取的加固設計合理，防滲效果良好。

②滲流穩定由理正軟件查取浸潤線逸出點處的水力坡降計算值為0.12，根據《碾壓式土石壩設計規范》（SL274－2001）及《水利水電工程地質勘察規范》（GB 50487-2008），均小于無黏性土允許水力坡降。

③通過對比，ANSYS計算出的結果要比理正算出的略大。但跟滲流要求對比，都滿足要求。說明兩種計算的結果都是比較可信的。

圖2　理正軟件計算水頭及浸潤線頭及浸潤線（滲流量=0.22765m3/天）

圖3　ANSYS計算水頭及浸潤線頭及浸潤線（滲流量=0.44805m3/天）

圖4　校核洪水位下游壩坡穩定計算結果

圖5　死水位下游壩坡穩定計算結果

圖6　校核洪水位時大壩的位移圖

圖7　死水位時大壩的位移圖

表1　理正計算結果

表2　Ansys計算結果

3.3大壩穩定計算

工況1:上游水位為校核洪水位壩前水位22.4m（高程1011.52m）的下游壩坡；

工況2:上游水位為死水位水位（高程991.00m）的上游壩。

（1）理正軟件的計算結果

穩定計算采用的方法北京理正軟件設計研究院編制的土石壩壩坡穩定分析軟件，該程序可用畢肖普法算出折線滑裂面安全的系數，并找出相應于畢肖普法的最小安全系數及相應的滑裂弧位置。畢肖普法一般只用來計算均質材料的滑裂面，未能計算材料抗滑和抗剪性質相差較大的穩定計算。校核洪水位時壩坡穩定計算結果（見圖4），死水位時壩坡穩定計算結果（見圖5）。

（2）ANSYS軟件的計算結果

采用ANSYS軟件計算時，采用D-P模型用非線性有限元進行計算，利用強度儲備法判定壩是否發生破壞，并用此時的強度儲備作為安全系數。校核洪水位時壩坡穩定計算結果（見圖6），死水位時壩坡穩定計算結果（見圖7）。

穩定計算的結論分析：

結果分析：通過對比，ANSYS計算出的安全系數要比理正算出的略小，偏于安全。理正計算的最危險工況是下游邊坡校核洪水位，ANSYS計算危險工況也是校核洪水位的時候，數據上一致。

3.4除險加固結果分析

（1）從滲流計算的結果來看，除險加固設計采用混凝土面板的壩體的防滲和帷幕灌漿的壩基防滲措施合理，滲流量較小滿足要求。

（2）從穩定的計算結果來看，除險加固的重點應該放在下游邊坡中，下游邊坡最危險的條件便是在校核洪水位形成的滲流下最容易出現邊坡不穩定。所以，下游邊坡在除險加固設計中加入了“梅花樁”布置的排水孔，以降低浸潤線。

（3）從計算軟件上看，ANSYS軟件計算的結果偏安全，因為其考慮的因素較多和計算的結果更為精確。但兩種軟件計算的結果，如：滲流量、安全系數K都符合規范要求，并且互相印證了結果，可以作為除險加固的設計依據。

（4）針對“照谷社”型混合壩且為壩身過水的壩，本文在沒有改變壩身過水的前提下，采用面板堆石壩除險加固方法，從防滲和結構穩定都滿足了規范要求。

4　結語

通過對此水庫的除險加固設計，首先證明采用的除險加固設計是合理有效的。并且，通過兩種計算方法的互相驗證，可以推斷出理正軟件可以用于計算類似“混合壩”的設計。

結果，采用的除險加固方法，在滲流穩定和壩體穩定上都得到了保證。彌補了“照谷社”型壩的缺陷，可以進行推廣和應用。陜西水利

（責任編輯：唐紅云）

TV687.3

B