大庵子砌石拱壩除險加固設計

郝曉輝，劉莉莉，徐運海

（山東省水利科學研究院，山東　濟南　250014）

大庵子砌石拱壩除險加固設計

郝曉輝，劉莉莉，徐運海

（山東省水利科學研究院，山東濟南250014）

大庵子塘壩為單曲砌石拱壩，經過40多年的運行，大壩壩體拉應力超出規范要求，壩體滲漏嚴重，下游消力池損毀，重力墩安全系數不滿足規范要求。針對水庫存在的問題，經過計算分析對比，結合水庫自身情況，采取了相應的除險加固整治措施。

砌石拱壩；拉應力；滲漏；加固措施

大庵子塘壩位于青島市嶗山區沙子口街道辦事處東北約5.5 km的大河東村，流域面積2 km2。塘壩總庫容7.91萬m3，興利水位116.0 m，興利庫容6.7萬m3。大庵子塘壩于1968年冬季動工興建，1970年建成蓄水，是一座以灌溉為主的水塘。塘壩包括單曲拱壩、重力墩、重力壩、放水洞、沖沙洞、消力池等建筑物。經過40多年的運行，工程處于帶病運行狀態，不能正常發揮效益。2014年，拱壩被鑒定為“三類壩”。

1　存在的主要問題

1.1大壩

2）混凝土心墻不密實，壩體砌筑質量較差；漿砌石拱壩下游壩面存在大面積的滲漏，局部滲漏嚴重，壩面存在滲水、滴水現象；左右兩側非溢流壩段壩體及建基面存在滲水明流，且壩肩巖體存在繞滲現象；溢流壩段壩體及建基面存在滲水現象。

3）壩體的最大壓應力符合規范要求，壩基最大拉應力超出規范要求。

4）重力墩在設計洪水位工況下，重力墩的抗滑穩定系數不滿足《砌石壩設計規范》要求。

1.2消能工

經多年水流沖刷破壞，下游護坦和岸墻表層砂漿大部分已脫落損壞，局部砌石已被沖走，嚴重影響整個護坦的結構完整性。漿砌石二道壩已被沖垮，現狀兩側僅剩較短一段。且壩基礎80%部分被淘空，已不具備消能作用。

2　大壩除險加固設計

經過對壩體滲漏原因的分析，采用拱冠梁法復核了大壩應力，壩體應力在基本組合和特殊組合下壩基最大拉應力均超出了《砌石壩設計規范》的要求，迎水面中下部勾縫砂漿全部脫落，局部砌石脫落，嚴重影響壩體穩定，因此，為解決大壩滲漏問題，改善壩體應力，增加壩體梁的作用，削弱拱的作用，考慮對壩體進行加厚處理；另對原壩肩重力墩穩定不足的問題，擬進行加寬加重處理。

2.1加固方案比較

根據大庵子塘壩大壩具體布置特點，加固指導思想為截斷滲漏通道，本次選取：壩體迎水面增設鋼筋混凝土面板防滲；壩體迎水面噴射鋼纖維混凝土兩種方案進行比較分析，各方案布置如表1。

作品以行刺秦王為題材，意在展現一群仁人志士當燕國國勢迫急之際而展現出來的為信義而輕生死的精神力量，這種精神力量在與強秦以欺詐和暴虐吞并列國的行為對比中，在“勢”與“道”之爭中，建起了另一座價值豐碑。

2.2加固后應力計算

考慮分析結果的準確性，在各種工況下的應力變形情況采用拱冠梁法分析計算。本大壩沿壩高選取7層拱圈進行計算分析，如表2。

1）計算工況及荷載。大壩應力分析共考慮了以下4種工況。

表1　兩種加固方案比較表

表2　大壩加固前后體形幾何參數表

工況一：正常蓄水位+溫降工況，其荷載為壩體自重+正常蓄水位時水壓力+淤沙壓力+溫降；工況二：設計洪水位+溫升工況，其荷載為壩體自重+設計洪水位時上游水壓力+淤沙壓力+溫升；工況三：校核洪水位+溫升工況，其荷載為壩體自重+校核洪水位時上游水壓力+淤沙壓力+溫升。工況四：死水位+溫降工況其荷載為壩體自重+死水位時上游水壓力+死水位時下游水壓力+淤沙壓力+溫降。

溫度場計算：封拱溫度為18℃，砌石體的線膨脹系數參照規范取ɑ=7×10-6/℃，彈性模量取5 MPa。壩體表面升溫和降溫值按《砌石壩設計規范》SL 25-2006附錄C中相應公式計算。

2）計算成果。如表3所示，在4種工況下，分析所得拱壩上下游面的最大主拉、壓應力都滿足規范要求。

表3　大壩應力計算成果MPa

2.3加固方案設計

1）壩體加固設計。本次壩體防滲加固設計為上游壩面新建C25鋼筋混凝土防滲面板，面板厚度為0.8 m；防滲面板配置Φ14網格筋，間距為300 mm×300 mm，雙層布置；防滲面板與壩體的連接采用Φ18聯系筋，間距1.2 m×1.2 m，梅花形布置，鋼筋深入砌體深度1.0 m，深入面板0.2～0.3 m；防滲面板嵌入壩基巖體0.5 m，兩岸巖基不少于1.0 m。防滲面板采用二級配混凝土，強度等級為C25，抗滲等級為W4，抗凍等級F150。

2）拱壩壩后局部加固。拆除壩后消力池砌石護坦，沿拱壩基礎95.85 m高程向外側加寬2 m，頂部至99.85 m高程，三角型布置，底寬2 m，高4 m，M15漿砌石結構，加固范圍整個下游壩腳。

3）壩體充填灌漿設計。在面板施工前預埋Φ50鋼管花管，每根長5.5 m，孔距2 m，每1層面板施工完后實施一次灌漿，灌漿壓力根據現場試驗確定。

4）重力墩加固設計。拆除原重力墩外側三角形砌體，在原三角形砌體基礎上外延重力墩，新建重力墩尺寸：長寬高為8 m×6 m×6.6 m，頂高程118.39 m，底高程110.39 m，M15漿砌塊石結構。2.4消能防沖設計

結合壩體底部加固，拆除重建大壩下游的防沖砌石消力池，消力池頂高程96.50 m，下層采用M10漿砌石基礎，上層設40 cm厚C35鋼筋混凝土，鋼筋為Φ12@150 mm×150 mm，并且在距離壩腳下游14 m處重建M10漿砌石二道壩，頂寬0.7 m，底寬2.0 m，高1.3 m。

3　結語

大庵子塘壩加固工程于2015年3月份開工，2015年5月份完工，經過一個汛期的實踐檢驗，原壩體滲漏現象已消失，該加固方案防滲效果良好。

（責任編輯崔春梅）

TM641.3

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1009-6159（2016）-06-0035-02

2015-11-18

郝曉輝（1978—），男，工程師