高安市三八水庫主壩加固設計

2022-08-12 08:16:16付亮

黑龍江水利科技 2022年7期

付亮

(江西省宜春市水利水電工程監理有限公司工程部，江西宜春 336000)

1 工程概況

三八水庫位于高安市獨城鎮安塘行政村，屬贛江水系肖江支流，壩址控制流域面積22.53km2，總庫容1057m3，設計灌溉面積2.14萬畝。是一座以灌溉為主，兼顧防洪、養殖等綜合利用的中型水利樞紐工程。

工程主要建筑物有：五座大壩(主壩、東一副壩、東二副壩、南副壩、西副壩)、五座壩下涵管(主壩壩下涵管、東一副壩壩下涵管、東二副壩壩下涵管、西副壩壩下左右兩座涵管)、溢洪道、引流渠及相關建筑物、渠首工程、防汛公路等組成。

主壩為黏土心墻壩，壩頂高程61.30m，最大壩高16.5m，壩長308m，頂寬6.0m。上游58.90m高程以下干砌石護坡，以上草皮護坡，坡比1∶2.5-1∶3.0；下游草皮護坡，坡比1∶2.5-1∶3.0，高程51.0m以下設有貼坡反濾體，頂寬約1.5m，長260m。2002年加固壩體黏土心墻范圍0+008.5-0+298.5，心墻頂高程58.90m，軸線與壩軸線重合，全長290m；壩基帷幕灌漿范圍0+120-0+170，全長50m。

2 主壩復核

2.1 壩頂高程復核

壩頂高程為水庫靜水位與壩頂超高之和，復核計算成果見表1。

表1 壩頂高程復核計算表

從表1可以看出，主壩壩頂高程滿足要求。

2.2 滲流及滲透穩定復核

2.2.1 計算斷面及滲透指標的確定

1)計算斷面的確定：

本次滲流計算選取具有代表性的斷面進行分析，具體為：0+050.10、0+135.60、0+213.10三個斷面；斷面的選取可代表主壩實際滲流運行狀況。

2)大壩滲透指標的確定：

壩體各分區的滲透系數取值見表2。

表2 主壩滲透系數分區指標表

2.2.2 滲流計算

2.2.2.1 計算程序說明

本次滲流理論計算分析采用水利部水利水電規劃設計總院組織評審通過的北京理正軟件設計研究院(WWW.Lizheng.com.cn)編制的土石壩二維滲流計算軟件(5.11版)。軟件編制依據為《碾壓式土石壩設計規范》(SL274-2020)、《滲流數值計算與程序說明》(毛昶熙等主編、河海大學出版社、1999.01)、《有限元法原理與應用》(第二版、朱伯芳編著、中國水利水電出版社、1998.10)等。軟件適用于飽和土和非飽和土理論，適用于不規則邊界的各向同性(或各向異性)滲流場，能有效地解決各種堤壩復雜滲流狀況的滲流分析問題。

2.2.2.2 穩定滲流計算

1)荷載組合：

根據規范《碾壓式土石壩設計規范》(SL274-2020)規定，土壩計算應考慮水庫運行中出現的不利條件，需要計算下列水位組合情況：

a)上游正常蓄水位(58.00m)與下游相應的最低水位；

b)上游設計洪水位(58.36m)與下游相應水位；

c)上游校核洪水位(58.90m)與下游相應水位；

d)上游1/3壩高水位與下游相應水位；

因大壩下游為平地，在各種計算工況時的下游水位變幅值較小，故計算時取大壩下游水位為下游地面高程。

2)計算結果：

按以上所述3種工況分別進行計算，各工況下最大水平滲透坡降值及滲流量計算值見表3。

表3 主壩滲流計算坡降及滲流量表

2.2.3 滲流安全評價

從計算結果可以看出，主壩樁號0+213.1斷面壩基層水平坡降在校核工況>允許值，單寬滲漏量偏大；大壩現狀的運行情況和計算的結果是相符的。

2.3 壩坡靜力穩定復核

2.3.1 大壩穩定計算復核

1)計算方法：

本次鑒定采用北京理正軟件設計研究院的邊坡穩定分析軟件。計算時，穩定滲流期下游坡采用有效應力法進行計算，計算上游壩坡穩定情況時，則采用有效應力法和總應力法兩種方法進行計算，計算結果取兩種方法所得結果中的小值(本次計算采用畢肖普法)。

2)計算內容：

壩坡抗滑穩定復核計算是在防洪標準復核和滲流安全評價成果的基礎上進行的。具體的計算工況如下：

a)正常運用條件：

①水庫水位為正常蓄水位(58.00m)的穩定滲流期的下游壩坡；

②水庫水位為設計洪水位(58.36m)的穩定滲流期的下游壩坡；

③上游水位由正常蓄水位(58.00m)降至死水位(48.07m)的上游坡；

④水庫水位為不利水位(1/3壩高)的穩定滲流期的上游游壩坡；

b)非常運用條件：

①水庫水位為校核洪水位(58.90m)的穩定滲流期的下游壩坡；

②上游水位由校核洪水位(58.90m)降至正常蓄水位(58.00m)的上游坡；

計算時，下游壩坡采用有效應力法進行計算，水庫水位降落期的上游壩坡則采用有效應力法和總應力法兩種方法進行計算，計算結果取兩種方法所得結果中的最小值。

3)壩坡抗滑穩定最小安全系數：

根據《碾壓式土石壩設計規范》(SL274—2001)有關規定，采用計及條塊間作用力的計算方法時，壩坡抗滑穩定的安全系數，應不小于：正常運用條件時[K]=1.30、非常運用條件時[K]=1.20。

4)計算斷面及參數選定：

由于水庫大壩無任何原型觀測資料，根據三八水庫壩體的結構布置情況，壩體穩定計算斷面選擇滲流計算相應的斷面。

壩體填土及壩基各土層的物理力學指標見表4。

表4 主壩壩體填土及壩基材料的物理力學指標表

5)穩定計算結果：

在六種水庫運行工況下，大壩各計算斷面上、下游壩坡的最小安全系數詳見表5。

表5 主壩各斷面壩坡穩定計算結果

2.3.2 壩體穩定性評價

從結果可以看出，各種計算工況下，主壩的上、下游壩坡的抗滑穩定最小安全系數均>規范允許值，滿足規范要求。

3 主壩存在的主要問題

通過對三八水庫現狀的現場檢查及復核計算，主壩存在以下問題：

1)主壩樁號0+213.1斷面壩基層水平坡降在校核工況>允許值，單寬滲漏量偏大；

主壩壩基透水層僅實施了中間段(樁號0+120-0+170)。2005年庫水位達57.03m時，在樁號0+232.5，距下游壩坡腳19.2m，高程47.30m處，發現一處散浸；在樁號0+269.8高程51.55m處和樁號0+279.5高程52.74m處的下游坡與山體接觸部位發現兩處漏水點(未實施壩基防滲段)。

2)壩頂未設壩頂混凝土路面。

4 主壩加固設計

4.1 加固設計內容

針對主壩存在的問題，根據現場檢查以及本次加固設計所進行的地質勘探、復核計算結果，主壩加固設計的內容為：壩基、壩肩帷幕灌漿，增設壩頂混凝土路面；對現有大壩上下游護坡缺損部位、壩面排水系統損毀部位等進行修復。

4.2 大壩外形輪廓尺寸的確定

1)壩頂高程的確定：

由大壩頂高程復核計算可知，設計所需壩頂高程為60.88m，現狀壩頂高程為61.30m，滿足設計要求。本次壩頂設計高程為61.30m(包括0.20m厚C30混凝土路面、0.15m厚5%水泥穩定基層)。

2)壩頂寬度的確定：

根據《碾壓式土石壩規范》SL274-2020規定，如無特殊要求，壩頂最小寬度對中低壩可選用5-10m，現有大壩壩頂寬度為6.0m左右，滿足規范要求。本次加固維持現狀。

3)壩頂布置：

壩頂設置混凝土路面，長308m，路面寬4.5m，面層為0.20m厚C30混凝土，下設0.15m厚5%水泥穩定基層，為了滿足路面排水要求，將路面向上游傾斜，其傾斜坡度為2%。

4)大壩護坡及排水系統：

對現有大壩上下游護坡缺損部位、壩面排水系統損毀部位等進行修復。

4.3 踏步設計

根據大壩現狀情況，在大壩上、下游各增設一條踏步，踏步每步高15cm，與壩坡對應設置每步的寬度，并設置C20混凝土齒墻。踏步用C20混凝土現澆，下設15cm厚的砂卵石墊層。

4.4 主壩壩基防滲處理

根據主壩存在的問題結合其他水庫壩身、壩基及重點堤防堤身、堤基防滲處理的經驗，本著經濟、實用、等效的原則，初步擬定壩基采用帷幕灌漿方案進行處理。

主壩現有帷幕灌漿50m長，實際施工過程中會存在現有帷幕灌漿防滲墻定位的問題及新老帷幕灌漿防滲墻的搭接問題，施工中控制不好容易造成空窗，從而留下隱患，考慮到現有帷幕灌漿的長度僅為50m，本次設計不考慮原來的帷幕灌漿處理段，全斷面進行帷幕灌漿處理[1]。

帷幕灌漿范圍為樁號0-001.3-0+321.9，全長323.2m，布置一排，孔距2.0m，帷幕灌漿軸線與壩軸線重合，帷幕灌漿頂高程與現有沖抓黏土防滲墻搭接1.0m，底部伸入深入相對不透水層以下5.0m。

帷幕灌漿造防滲墻設計如下：

1)帷幕灌漿布置：

帷幕灌漿孔布置單排，鉆孔軸線與壩軸線重合，范圍為樁號0-001.3-0+321.9,全長323.2m，布置一排，防滲墻軸線位于壩軸線處,孔距2.0m，帷幕灌漿頂高程與現有沖抓黏土防滲墻搭接1.0m，底部伸入深入相對不透水層以下5.0m。分三序孔施工。

2)帷幕灌漿防滲墻設計指標：

帷幕灌漿防滲標準為：q≤10Lu；灌漿壓力應通過灌漿試驗確定，初擬孔口灌漿壓力為0.2Mpa-0.4 Mpa；采用"小口徑、孔口封閉、自上而下分段、孔內循環法"灌注工藝，灌漿材料一般采用P.0.42.5純水泥漿液；局部裂隙發育段、巖溶破碎帶等地段可根據實際情況采用砂漿和粉煤灰砂漿；砂應為質地堅硬的天然砂或人工砂,粒徑≤2.5mm,細度模數≤2.0；各類漿液摻入料的種類及其摻加量應通過室內漿材試驗和現場灌漿試驗確定；漿液濃度由現場確定，一般由稀到濃逐級變換;灌漿孔位與設計孔位的偏差值≤10cm,孔深應符合設計要求[2]。