返步橋水庫漿砌石重力壩加固設計方案分析

羅海波

(永豐縣佐龍鄉(xiāng)便民服務中心工作，江西 吉安 331500)

1 工程概況

1.1 工程基本情況

返步橋水庫位于永豐縣石馬鎮(zhèn)返步橋村，距縣城約75km。壩址坐落在贛江水系烏江上游。壩址以上控制流域面積114.0km2，水庫總庫容2029萬m3，設計灌溉面積3133hm2，是一座具灌溉、防洪、發(fā)電、養(yǎng)殖等綜合利用的中型水庫。返步橋水庫地理位置重要，一旦失事，將影響下游招攜、牛田2個鄉(xiāng)鎮(zhèn)涉及2.3萬人口、1047hm2耕地的安全。

返步橋水庫為中型水庫，水庫大壩為漿砌塊石重力壩，最大壩高60.0m，壩頂長137.0m，頂高程348.0m，壩頂寬9.0m。溢流壩段設在大壩中部，為閘式實用堰，堰頂高程338.00m，溢流凈寬3孔×10m，采用10.00m×7.30m(寬×高)弧形鋼閘門控制，挑流消能。非溢流壩段上游面320.00m高程以下坡比為1∶0.25，以上鉛直：下游面高程338.33m以上坡面鉛直，以下坡比左非溢流壩段1∶0.75,右非溢流壩段1∶0.65.壩內294.0-330.0m高程處設有灌漿廊道、313.0m高程處設有觀測廊道。

1.2 大壩存在的主要問題

1)大壩整體外觀較差，混凝土及漿砌石面老化嚴重，壩體漿砌石局部地段空隙較大。

2)大壩防滲面板混凝土澆筑質量較差，強度和抗?jié)B性能不滿足規(guī)范要求。

3)壩體與基巖接觸部位的帷幕存在薄弱環(huán)節(jié)，壩基(肩)巖體透水率不滿足規(guī)范要求，存在壩基及繞壩滲漏問題。

4)大壩下游壩坡及觀測廊道滲水嚴重，防滲面板及溢流堰面混凝土老化、剝蝕、蜂窩麻面嚴重。

2 大壩加固設計

2.1 壩體防滲方案比較

1)方案(一)：壩體水泥砂漿充填灌漿+修補防滲面板。

對壩體全壩段進行水泥砂漿充填灌漿，并利用前排灌漿孔同時進行接觸灌漿和壩基帷幕灌漿，使前排灌漿形成壩體封閉的防滲體系。

充填灌漿按二序實施灌鉆孔，灌漿施工方法為：采用自上而下鉆灌交替進行，鉆灌長度一般控制在5m左右。每一灌漿段施工結束后，需待凝一段時間，使?jié){液凝固，具有一定強度后，才可進行下一灌漿段的施工[1-3]。

對現(xiàn)有防滲面板裂縫、蜂窩麻面采用噴涂聚合物水泥砂漿修補。

該方案的優(yōu)點是施工組織簡單，不需放空水庫，不影響水庫效益的正常發(fā)揮。

該方案的缺點是施灌對象具隱蔽性，質量要求高，難以控制，耗漿量大而可靠性低。另一方面，對壩體施灌很容易堵塞壩體排水管，造成大壩砌體間的抗滑失穩(wěn)，故必須重鉆排水孔而加大投資。

2)方案(二)：增設混凝土防滲面板。

在大壩迎水面重澆混凝土防滲面板，對壩體局部薄弱帶進行充填補強灌漿，并于305.0m高程處設灌漿平臺進行壩基帷幕灌漿。混凝土防滲面板從底部至305.0m高程厚度為3.5m；從305.0m至320.0m高程防滲面板厚由2.0m漸變至1m，320.0m高程以上混凝土防滲面板厚均為1.0m。另外對局部壩段進行充填灌漿。

該方案的優(yōu)點是施工技術成熟，可靠度高，施工質量易于監(jiān)控，實施除險加固效果理想，所增加工程量確定，壩外形美觀，防滲性能可靠，所增加壩體自重直觀，利于設計指標控制。

該方案的缺點是需放空水庫，施工組織要求較高，施工導流難度較大，需增加圍堰等臨時設施。

方案(一)與方案(二)工程相異項目直接費比較見表1。

表1 直接費比較表

表中未列入相同項目直接費

綜合分析大壩加固處理兩種方案的優(yōu)缺點及相異項目直接費比較結果，方案(一)投資較多，而加固后的壩體防滲效果難以預料；方案(二)施工質量容易控制，壩體防滲效果好，另外可較大提高大壩抗滑穩(wěn)定安全系數。經比較，本次大壩加固處理設計推薦方案(二)。該方案施工技術成熟，施工質量易于控制，施工強度不高，主體工程能在一個枯水期內完成。

2.2 壩體防滲加固設計

壩體防滲加固設計采用增設混凝土防滲面板方案。根據壩前水頭及滿足帷幕灌漿施工要求，面板設計厚度為1.0-3.5m，即灌漿平臺高程305.0m以下面板厚度為3.5m，高程305.0-320.0m面板設計厚度為2.0-1.0m，320.0 m高程以上面板厚度為1.0m；面板混凝土標號采用C25，面板表層配φ12@200cm的鋼筋網，防滲面板必須嵌入建基面1.0m。新增防滲面板共設11道變形橫縫；縫寬2cm，縫內瀝青砂板填塞，縫間設一道銅片止水。面板澆筑前必須對整個壩體表面進行鑿毛并布設插筋，插筋采用φ20mmⅡ級鋼，間距100×100cm，梅花型布置。

壩體砌體材料為塊石，膠結材料為水泥砂漿。根據安鑒報告分析，大壩砌體施工質量差，砌石體架空現(xiàn)象嚴重，透水率大，局部壩體容重不滿足設計要求。本次加固設計局部壩段采用壩體充填灌漿方案進行處理。以減少壩體中的孔隙率，增加壩體自重，提高大壩的穩(wěn)定性和防滲性能，減少滲水對壩體產生浸蝕性破壞。充填灌漿孔布置兩排，上下游各一排，灌漿孔距均采用5m[4-5]。

2.3 壩基、壩肩防滲加固設計

經計算灌漿厚度T=2.2m；對于單排孔,帷幕灌漿厚度為孔距0.8倍，本設計孔距3.0m，即灌漿厚度T=0.8×3.0=2.4m，滿足設計要求。

帷幕灌漿孔布置：灌漿孔布置于距原防滲面板底部0.5m，孔距3.0m，灌漿孔伸至基巖，對壩基進行帷幕灌漿處理，同時沿著這一方向在兩壩肩進行灌漿，使壩體、壩基、壩肩形成一道完善的防滲體系；設計帷幕灌漿伸入左壩肩15.0m，伸入右壩肩21.0m。帷幕伸入相對不透水層(本工程按3Lu線控制)以下5m。

3 加固后壩體抗滑穩(wěn)定及壩體應力計算

1)計算荷載：

選取與加固前同樣的斷面及同樣的荷載組合，為便于比較，特征斷面與加固前一致，考慮大壩加固進行了局部補強灌漿，塊體間密實度得到提高，溢流壩面已重澆鋼筋混凝土結構，綜合考慮加固后漿砌塊石容重采用20.8KN/m3計算。

本次大壩加固后的壩體抗滑穩(wěn)定及壩體應力計算，分別考慮了計入揚壓力和不計揚壓力兩種情況，帷幕灌漿揚壓力折減系數采用0.5。穩(wěn)定及應力分析成果見表2及表3。

2)計算結果分析：

由表2及表3可以看出，加固后大壩穩(wěn)定及應力等各項指標均能滿足規(guī)范要求。

表2 非溢流壩沿基面抗滑穩(wěn)定及應力計算成果表

表3 溢流壩沿基面抗滑穩(wěn)定及應力計算成果表

4 溢流壩段加固處理措施

根據溢流堰存在的問題，對于溢流面主要考慮混凝土修補、補強加固和重澆一層鋼筋混凝土方案，即采取對溢流堰頂及下游堰面混凝土先鑿除30cm厚，再重澆C30抗沖磨鋼筋混凝土，從根本上提高溢流堰表面整體強度和抗沖刷能力，解決溢流壩的泄水安全問題。重澆的溢流堰面和挑流鼻坎，新老混凝土結合部分進行混凝土鑿毛和高壓水沖洗處理，并采用錨筋連接，錨筋間距1.0m，錨筋直徑φ22，錨入堰體長度1.5m ,錨筋與表層鋼筋網焊牢。新澆的堰面曲線與原堰面曲線一致。

5 結 語

文章針對返步橋水庫漿砌石重力壩現(xiàn)狀存在的具體問題，選取了合適的加固設計方案。壩體防滲采用迎水坡增設混凝土防滲面板的方案，對壩基、壩肩采取帷幕灌漿防滲措施，對溢流堰頂及下游堰面混凝土先鑿除30cm，再重澆C30抗沖磨鋼筋混凝土的措施，目前返步橋水庫加固工程已完工并通過驗收，至今運行良好，證明所采取的加固設計方案合理。