龍頸下水庫大壩除險加固工程設(shè)計分析

閆苗祥

（中山市水利水電勘測設(shè)計咨詢有限公司,廣東 中山 528400）

1 項目概況

2 大壩安全問題分析

①龍頸下水庫防洪標準不滿足現(xiàn)行國家標準,現(xiàn)狀壩頂路面高程為59.92 m～60.09 m,靜水位60.03 m,低于規(guī)范要求；②上游壩坡在正常蓄水位驟降到死水位工況下抗滑穩(wěn)定不滿足規(guī)范要求；下游壩坡在校核洪水位穩(wěn)定滲流期和設(shè)計洪水位穩(wěn)定滲流期兩種工況下安全系數(shù)均不滿足規(guī)范要求；西溢洪道邊墻高度不滿足規(guī)范要求,東溢洪道基底應(yīng)力不滿足規(guī)范要求,大壩結(jié)構(gòu)安全評定為C級；③壩體實際滲流并未在下游壩坡出溢,有跡象表明存在繞壩滲流現(xiàn)象,但不影響大壩的安全,大壩的滲流性態(tài)基本安全,滲流安全評定為B級；④大壩抗震穩(wěn)定最小安全系數(shù)為1.09,略大于《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》的規(guī)定值,但其抗震措施不夠完善,故大壩抗震安全評定為B級。

3 大壩加固設(shè)計分析

3.1 壩頂高程復核

根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》（SL 274-2001）,壩頂超高由波浪爬高、風雍水面高度和安全加高確定[1-2]。計算公式如下：

式中：y為壩頂超高,m；R為最大波浪在壩坡上的爬高,m；e為最大風壅水面高度,m；A為安全加高,m,設(shè)計A=0.7 m,校核A=0.4 m。壩頂高程復核計算結(jié)果見表1。

表1 壩頂高程復核計算成果表 單位：m

龍頸下水庫現(xiàn)迎水側(cè)設(shè)有防浪墻,墻頂高程為61.24 m～61.49 m；本次計算壩頂高程最大值為61.08 m,小于現(xiàn)狀防浪墻頂高程,滿足規(guī)范要求。但現(xiàn)狀壩頂路面高程為59.92 m～60.09 m,本次復核校核工況下靜水位為60.03 m,大于現(xiàn)狀壩頂路面高程,略低于規(guī)范要求,大壩須加高。

3.2 壩頂改造

根據(jù)本次壩頂高程復核,確定壩頂高程須不小于60.03 m?，F(xiàn)狀壩頂高程大部分在59.92 m～60.09 m高程左右,相差不大?，F(xiàn)狀壩頂寬約5 m,路面為混凝土路面,現(xiàn)狀路面裂縫較多,且壩頂?shù)缆放c下游坡面交界處有明顯的開裂,因大壩上下游壩坡坡度較小,使得現(xiàn)狀大壩的抗滑穩(wěn)定在部分工況下不滿足規(guī)范要求,本次考慮對前后坡進行培厚放緩坡比,并且結(jié)合管理人員現(xiàn)狀使用情況的需求,壩頂寬度加寬至5.5 m。

壩頂結(jié)構(gòu)設(shè)計：拆除現(xiàn)有壩頂路面,重新做瀝青混凝土路面,路面高程（壩頂高程）為60.20 m,寬5.5 m,路面結(jié)構(gòu)自上而下分別為瀝青層,300 mm厚6%水泥穩(wěn)定碎石基層（分二層碾壓）,300 mm厚級配碎石底基層,路面按2%坡比下游壩坡排水。現(xiàn)狀大壩防浪墻結(jié)構(gòu)為在最初建設(shè)采用的三合土防浪墻基礎(chǔ)上加固的漿砌石防浪墻,因現(xiàn)狀防浪墻有表面破損,開裂現(xiàn)象。本次設(shè)計對其拆除重建,結(jié)構(gòu)為C25鋼筋混凝土防浪墻,頂高程為61.40 m。重建防浪墻每12 m分縫,結(jié)構(gòu)縫寬20 mm,以聚乙烯閉孔泡沫板填縫,表面用聚硫密封膏封口。

3.3 上下游壩坡改造

大壩現(xiàn)狀上游壩坡為漿砌石護坡,上部坡比1∶1.9,下部坡比1∶2.4；坡面漿砌石護坡凹凸不平,部分壩面砌石縫隙的水泥砂漿剝蝕、局部破損,坡面縫隙生有雜草。大壩現(xiàn)狀下游壩坡為草皮護坡,分為兩級,在高程47.00 m設(shè)有寬2 m的馬道,上部坡比1∶1.8（本次測量數(shù)據(jù)）,下部坡比1∶2.5；下設(shè)排水棱體,頂部寬度1 m（高程33.00 m）,背水坡坡比1∶1.5。

本次設(shè)計對上游壩坡進行護坡改造,根據(jù)已建類似工程經(jīng)驗,并考慮沉降及受力不均勻等因素采用C25砼護坡,厚度取0.2 m,下設(shè)0.15 m厚砂碎石墊層和一層土工布,在坡腳設(shè)一道砼齒墻,尺寸為寬0.8 m,深1.2 m。

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3.4 防滲加固方案比選

（1）劈裂+帷幕灌漿法

本方案沿原壩軸線58.09 m高程處設(shè)一平臺,首先對壩基及左右壩肩巖石采用帷幕灌漿防滲。后對壩體進行劈裂灌漿,壩體劈裂灌漿以上回填粘土。水泥粘土砂漿與壩體劈裂灌漿和壩基帷幕灌漿形成連續(xù)的防滲體。本次設(shè)計帷幕灌漿與劈裂灌漿共用一孔,布置3 排（位于壩軸線上游側(cè)）,排距2.0m,孔距3 m,梅花形布置。

（2）砼防滲墻

混凝土防滲墻軸線位于壩軸線上游0.45 m處,與壩軸線平行,防滲墻軸線長207.5 m,防滲面積6424.6 m3,其中塑性混凝土防滲墻進入壩體粘性土土層,面積4920.8 m3,剛性混凝土防滲墻進入壩基強風化巖土層,面積1145.7 m3,墻體厚度600 mm。防滲墻厚度T按下式計算：

式中：ΔH為防滲墻承受的上下游最大水位差；[J]為砼防滲墻允許水力坡降,按有關(guān)資料[J]取80。

（3）高壓噴射灌漿防滲墻

自壩頂軸線方向布置高壓擺噴防滲墻,防滲墻頂部高程60.00 m,底部進入壩基線以下2 m。防滲墻平均深度45 m,總進尺12416 m。

（4）方案比選

綜合上述三個方案技術(shù)和經(jīng)濟比較結(jié)果（見表2）,考慮大壩土質(zhì)條件及壩高因素,根據(jù)當?shù)仄渌畮斐U加固防滲加固情況及經(jīng)驗,本次設(shè)計推薦采用方案一,即劈裂+帷幕灌漿方案。壩基及左、右壩肩進行帷幕灌漿,要求透水率小于5 Lu,灌漿孔深入5 Lu線不小于5.0 m。壩體填土或全風化巖層進行劈裂灌漿。為降低工程造價,將帷幕灌漿孔與劈裂灌漿孔結(jié)合,灌漿孔沿壩軸線上側(cè)共布設(shè)3 排,孔距3.0 m,排距2.0 m,先進行壩基帷幕灌漿,再進行壩體劈裂灌漿。

表2 大壩防滲方案比較表

3.5 加固后大壩滲流穩(wěn)定分析

（1）正常運用條件

①正常工況：上游水位為正常蓄水位54.50 m,下游壩后地面高程。

②設(shè)計工況：上游水位為設(shè)計洪水位57.44 m,下游壩后地面高程。

（2）非常運用條件

①校核工況：上游水位為校核洪水位60.03 m,下游壩后地面高程。

②庫水位非常降落1：上游水位從校核洪水位60.03 m驟降至正常蓄水位54.50 m處；下降時間T=16 h。

③庫水位非常降落2：上游水位從正常蓄水位54.50 m驟降至死水位34.92 m。下降時間T=100 h。

計算結(jié)果見表3,由計算結(jié)果可知,壩體經(jīng)過加固及劈裂灌漿處理后,壩體在不同水位及工況時,下游壩體浸潤線降落明顯,浸潤線高程大大低于未進行劈裂灌漿時的高程,下游逸出點均位于排水棱體內(nèi)。壩體滲漏量減少明顯,均滿足規(guī)范要求。大壩在正常蓄水位時,其滲透逸出比降最大值J=0.003,小于J允許=0.41,壩體不會產(chǎn)生滲透破壞。

表3 加固后大壩滲流計算成果表

4 結(jié)語

現(xiàn)狀壩頂路面高程為59.92 m～60.09 m,本次復核校核工況下靜水位為60.03 m,大壩須加高處理。因此,本次設(shè)計加固大壩,結(jié)構(gòu)為C25鋼筋混凝土防浪墻,頂高程為61.40 m,并采用現(xiàn)澆砼護坡方案對上下游壩坡改造,通過方案比選,確定劈裂+帷幕灌漿的防滲加固方案,核算得知加固后壩體不會產(chǎn)生滲透破壞,水庫的安全性得到了提高,實現(xiàn)了防滲加固的預期目標。通過探討合理的水庫加固設(shè)計方法,提出有效的技術(shù)方案,為實際工程提供理論依據(jù)和實踐指導。