水库除险加固工程设计探讨

水库除险加固工程设计探讨

水库除险加固工程设计探讨湛江市联诚水务工程技术有限公司广东湛江524000:水库的除险加固工程直接关系到水能否正常安全运行，并与水库功能效益的发挥息息相关。木文结合工程实例，对该水库存在的问题进行了分析，并对该水库工程的除险加固设计进行了分析和介绍。施工后的水库大坝防渗效果显著提高，取得了良好的成效，可供类似水库除险加固设计参考。关键词:水库；除险加固工程；设计0引言随着我国国民经济的快速发展，水库作为水利工程中的重要组成部分，对促进国民经济的发展发挥着十分重要的作用，人其质量安全问题也越来越受重视。当前，许多水库受限于修建时的施工技术水平，且运行年代较久，出现了不同程度的病险情况，不仅影响到了水库功能效益的发挥，而且对水库的安全运行及人们的生命财产安全构成了威胁。因此，对这些水库进行除险加固设计十分必要。1概况1.1工程概况某水库是一座以灌溉为主的小(1)型水库。水库大坝下游影响耕地0.6万多亩，影响人口约6000人。该水库曾于1983年进行除险加固设计，除险加固工程从1983年12月开工建设，1986年10月完工。水库工程枢纽建筑物由大坝、溢洪道和灌溉放水涵洞组成。大坝:为均质土坝，坝顶高程179.03〜179.63m,最大坝高36.66m,坝顶长度144m,坝顶宽度3.77〜4.26m。内坡174.62m高程以上为草皮护坡，174.62m高程以下为厚0.3m的干砌石护坡，外坡为草皮，坝脚设有干砌石排水棱体。大坝无安全监测设施。n溢洪道:溢洪道总长度约285m,位于大坝左侧山坳处，由山坳幵挖而成,最大下泄流量1173m3/s。进UI段无衬砌。控制段为开敞式实用堰型式，堰顶高程173.72m,堰宽65.0m。陡坡段底板为厚约40cm的钢筋砼。出U无消能设施，尾水渠为天然河沟。两侧边墙为浆砌石。放水设施:由梯级放水斜管和穿坝涵管组成，位于大坝左侧，设计放水流量2.08m3/s。斜管为钢筋混凝土结构，混凝土塞人工启闭。穿坝涵管为浆砌石拱涵，断面尺寸为0.8m×1.6m，拱高0.4m,进口底板高程152.22m，总长114.3m<,1.2工程地质条件该水库山高谷深，边坡陡。库周山顶高程多在350〜580m,坝址及下游河谷高程约140m，沟谷发育，植被茂盛。坝址原始地形为窄的“U”沟谷，河谷谷宽35〜40m,坝顶宽约140m,两侧山体雄厚，左、右岸山顶高程分别为183、583m,山坡坡角10°〜60°,为缓〜陡坡地形。库区及现址区出露地层为寒武系(€b-e)地层，岩性为粉砂岩、细砂岩、长石石英砂岩、页岩、夹细粒灰岩、泥灰岩、硅质岩，层厚度大，呈夹层或互层产出，属相对隔水层，岩体阻水性较好。库区内未有区域性断层通过，构造以节理裂隙为主，构造带由透水性不佳的碎屑岩层组成。因此，库区封闭条件较好，未发现较严重的库区滲漏现象。库区水文地质条件较为简单，集雨范围内的地表水和地下水多以库盆水面为排泄基面，库周地下水位普遍高于库水位，故水库不存在向邻谷渗漏的条件。根据地质测绘和钻探结果，工程坝区出露基岩地层为寒武系第四段(€d),岩性为粉砂岩夹页岩。大坝为均质土坝，第四系冇坝体填土、残坡积层(Qedl)粉质粘土。坝区没有任何规模较大的断层从工程区通过，地质构造较简单，以摺皱构造为主，节理裂隙以表层风化裂隙为主。工程区地下水主要以两种形式出现:上层滞水(孔隙水)和基岩裂隙水。1.3存在主要问题n经水库大坝安全鉴定，该水库大坝安全类别为三类坝。该水库三类坝安全鉴定成果通过水利厅核査，同意三类坝鉴定结论。其主要核査意见如下:(1)大坝欠高，坝身单薄，坝体和坝基渗漏，内坡护坡局部损坏，排水棱体老化失效；(2)溢洪道进口段无衬砌；底板老化，局部出现剥落和开裂，钢筋外露；两岸边坡稳定性差；(3)穿坝涵管老化开裂漏水；(4＞防汛抢险道路路况差；(5)水库无安全监测设施；(6)水库无管理房，无管理设施；(7＞水库大坝存在白蚁危害。2除险加固设计2.1大坝加固2.1.1大坝坝顶高程复核该水库为小(1)型水库，属IV等工程，大坝建筑物级别为4级，水库大坝高36.66m,依据《碾压式土石坝设计规范》(SL274-2001)。水库大坝坝顶设计工况安全加高为0.5m,校核工况安全加高为0.3m。坝顶在水库静水位以上的超高按下面公式确定。Y=R+e+A式中:y——坝顶超高；R风浪沿着现坡的最大爬高；e风壅水面高度；A一一安全加高。水库正常蓄水位173.72m,50年一遇设计洪水位为177.75m,500年一遇校核洪水位178.78m。根据有关气象资料，坝区多年平均年最大风速16m/s，大坝等效风区长度800m。对设计洪水和校核洪水条件下人坝坝顶高程、防浪墙n顶高程分别进行复核，复核结果见表1。表1大坝坝顶高程复核成果表mn汁算工况坝前静水位风浪爬高风壅水面高安全超尚计算超高nn坝顶高程计算现状设计洪水177.750.66650.0019nn1.168178.92179.03179.63校核洪水178.780.41700.0029nn0.720179.80计算结果表明:人坝现状坝顶高程在设计情况下满足规范要求，但是在校核情况下不满足要求。经计算近期非常运用500年一遇的计算洪水位为178.78m,加上非常运用的安全超高0.720m后为179.80m,超过了现奋坝顶高程，水库现状坝顶高程不满足要求，本阶段将人坝加高至179.80m高程，加高值为0.05〜0.57mo2.1.2大坝坝坡稳定复核水库坝体稳定复核是根据《碾压式土石坝设汁规范》（SL274-2001）及《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》（SL189-96）进行计算，改造前大坝典型断面见图1。图1加固前水库大坝典型断面图本次大坝坝坡抗滑稳定计算采用北京理正软件设计研究所编制的碾压式土石坝边坡稳定分析软件，按瑞典圆弧法进行分析计算，各工况采用冇效应力法进行计算。本次复核采用4种工况进行核算（见表2）。大坝坝坡稳定计算结果见表3,从结果中可看出加固前大坝坝体抗滑稳定满足规范要求，水库大坝坝坡n不需进行培厚加固处理。n表2大坝坝坡稳定计算工况表m工况上游水位下游水位计算坝坡正常工况正常蓄水位145.50nn173.72下游设计洪水位146.00177.75下游校核洪水位nn146.50178.78下游非常工况校核洪水位经1天146.50〜145.50178.78173.72上游n骤降至正常蓄水位表3水库计算断面坝坡稳定计算结果表坝坡计算工况n结果下游坝坡稳定期正常水位60.841.2041.15n稳定期设计洪水位56.741.1951.15满足稳定期校核洪水位56.741.179nn1.15满足上游坝坡降落期59.881.3101.05nn表中:K为安全系数；R为滑弧半径，单位为m。2.1.3大坝坝坡渗流稳定复核水库大坝为均质土坝，现状坝体内没冇埋设测压管，无渗流观测资料记录，无法进行渗流观测资料分析。因此本次复核采用现场检查法和计算分析法对坝基、坝体的滲流状况进行分析评价。加固后典型断面见图2。图2加固后水库大坝典型断面图滲流计算程序采用北京理正滲流分析计算软件，用奋限元法求解渗流水头并计算渗流量，软件要求输入的参数主要是大坝各土层轮廓点坐标，各土层的滲透系数及相应工况的上、下游水位。坝体计算断面滲透系数选取值见表4。表4各部位坝体填土渗透系数取值表分布部位渗透系数k(cm/s)n允许水力比降n水平渗透系数Kx(cm/s)垂直渗透系数Kx(cm/s)J允许浸润线之上坝体填土1.24×10-49.07×10-50.51nn浸润线之下坝体填土4.0×10-42.84×10-40.51计算工况:根据《碾压式土石坝设计规范》(SL274-2001)的有关规定与要求，结合《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》(SL189-96)第7.1.2条规定，渗流计算考虑水库运行中出现的工况见表5,计算结果见表6。表5大坝渗流计算工况表mn计算断面计算工况上游下游备注水位水位典型nn断面正常运用正常蓄水位173.72145.50其中正常水位工况设计洪水位177.75n146.00下下游水位近似取校核洪水位178.78146.50到下游地面线表6人坝断面渗透出逸点水力坡降汁算表mn运行工况正常蓄水位设计洪水位校核洪水位加固后0.3950.4070.433nn由表6看出，加固后大坝在正常蓄水位、设计洪水位及校核洪水位工况下的最大渗透坡降均小于坝体填土的允许渗透坡降jc。综上所述，整个人坝的局部滲透是稳定的，不会发生滲透破坏。2.1.4大坝坝体坝基防渗处理为改善和加强坝体防渗效果，根据坝体的填土情况和坝基地质条件，人坝石坝肩到石坝坡脚坝体部分采用充填灌浆，坝基采用帷幕灌浆，灌浆范围沿坝轴线从右坝肩0+111.67处至进山体方向10m,充填灌浆的底部深入坝基接触面以上3m,帷幕灌浆从坝基接触面以上3m至底部深入5lu线以下lm,灌浆孔设1排，距坝轴线向下游1.5m,孔距为1.5m。2.2溢洪道加固2.2.1溢洪道控制段加固将溢洪道原堰顶铺设的砼拆除，现浇混凝土C25厚40cm,平整引水段地面至高程172.28m,堰前10m范围内铺设15cm厚混凝土护面。堰顶高程维持不变，为173.72m,溢流前缘宽65m。2.2.2溢洪道泄槽段加固为提高泄槽底板稳定性和抗冲刷破坏能力，在原钢筋混凝土底板上新增现浇一层C25混凝土面板。以0+073.53为界，桩号0+000〜0+073.53段面板厚度为20cm,桩号0+073.53〜210.18段面板厚度为30cm，溢洪道全段表面设ϕ12@200防裂钢筋。为使新老混凝土紧密结合，表面除凿毛冲洗外，在原有底板上钻孔铺设ϕ18螺纹钢筋进行锚固，孔内冋填1:2水泥砂浆，锚固钢筋纵、横间距1.5m，长度1.5m，外露15cm。新浇砼面板沿纵横方向每隔10mn设伸缩缝，缝间采用沥青木板填充。溢洪道边墙为浆砌石挡墙，保存良好，但根据水面线复核，高度不满足要求，为合理利用地形资源，节约成本提高效益，实施以下加固措施：左右岸边墙均不加高；左右岸边墙迎水面及边墙顶部用C25混凝土衬砌、压顶，边墙迎水面混凝土厚20cm,边墙顶部混凝土厚30cm。表®设ϕ12@200防裂钢筋网。为使混凝土与浆砌石紧密结合，浆砌石表面除用水涮洗外，在迎水面钻孔铺设设ϕ18螺纹钢筋进行锚固，孔内冋填1:2水泥砂浆，锚固钢筋间距1.5m×1.2m,长度lm，外露15cm；排水采用ϕ50PVC排水管，布置一排，间距2m。溢洪道左岸边坡因山体较缓，植被良好，结构稳定，泄洪吋不会危及溢洪道泄洪安全，因此对左岸边坡不进行处理。溢洪道右岸边墙后的山体因坡度较陡，出露岩层为强风化，稳定性较差，泄洪吋容易掏脚坍塌，堵塞溢洪道，经现场查勘后，对右岸边墙桩号0+057.04〜0+210.18的边坡进行削坡加固处理。其余桩段不进行处理。溢洪道末端设齿墙，底部插进风化基岩lm,顶部与溢洪道持平，左侧延伸进山体与稳定边坡相接，右侧与溢洪道边墙持平。齿墙采用C25混凝土厚60cm,拆除溢洪道出口渡槽。2.3放水建筑物加固原放水涵管置于坝体内，放水设施由梯级砼塞放水斜管和穿坝涵管组成，穿坝涵管由于结构老化，涵管漏水严重。本次加固设计对其进行封堵处理:在坝轴线上游管段范围对涵洞顶及两侧钻孔进行充填灌浆，孔距为1.5m，排距1.0m。在涵洞进UI至坝轴线段用C15混凝土封堵，沿洞线在顶部预埋ϕ75mm灌浆管，涵洞进口处用C15混凝土做堵头，待混凝土凝结收缩后再由灌浆管泵送C15混凝上至洞身填满。封堵后，在大坝左岸山体与溢洪道中间的山体，新建放水隧洞和放水塔。根据设计灌溉面积和人饮要求，并考虑施工方便，确定新建放水塔设计n流量为2.08m3/s。新建放水隧洞进U底板高程152.22m，出U底高程为151.77m。新建隧洞放水设施采用竖井式放水塔，放水塔前进水U段长26m，为1.00m×1.20m（宽×高）的冇压拱形隧洞；后接圆形塔结构放水塔，直径5m,基础采用圆形，放水塔底板高程为152.22m；放水塔后为拱形无压隧洞，长90m,纵坡i=l/200,断面尺、j*1.00m×1.60m（宽×高），整个洞线长122m。隧洞出口接冋原放水涵明渠。隧洞采用C20混凝土全段面衬砌，厚30cm。新建放水塔为竖井式放水塔，竖井断面直径为5m,采用C20混凝土，底板厚1.0m,基础采用C20混凝土垫层厚10cm；放水塔进口底高程为152.22m塔内设检修、工作闸门各一道，闸门孔口尺寸为1.00m×1.20m（宽×高），检修平台高程为181.50m,启闭平台185.70m,屋顶高程为188.70m。3结语综上所述，水库的除险加固设计关系到国计民生，对水库除险加固工程的施工效果及水库的安全稳定运行具有十分重要的影响。因此，在水库除险加固工程中，相关设计人员要结合水库工程的实际情况，合理设计施工方案；冋吋施工人员要严格按照相关规范标准及设计要求进行除险加固施工，从而确保水库除险加固工程的施工质量，保障水库的安全、稳定运行。［1】严冇风冰库除险加固工程施工设计探析［儿中国水运（下半月）.2014（11）［2】卢山.水库大坝除险加固工程设计及施工技术［」］.现代农业科技.2015（11）