滴水岩水库大坝上游重力墙加固典型方案探讨

2017-08-28周永斌

地下水 2017年4期

关键词：砌石安全系数坝体

周永斌

(陕西省安康市紫阳县水利局水资站，陕西紫阳 725300)

滴水岩水库大坝上游重力墙加固典型方案探讨

周永斌

(陕西省安康市紫阳县水利局水资站，陕西紫阳 725300)

滴水岩水库是一座以灌溉为主兼有防洪和供水等效益的Ⅴ等小(2)型水库工程，大坝为浆砌石防渗斜墙堆石坝，上游为重力防渗墙，大坝自运行以来，由于上游重力墙边坡太陡抗滑稳定不足，坝体不稳定，导致防渗墙多处裂缝、水库渗漏严重等问题，影响其正常运行及坝体安全和下游防洪保安。针对大坝存在问题，对滴水岩水库大坝除险加固施工方案加厚重力墙外加防渗面板、抛石和预应力锚固重力墙三种方案进行论证和比较，最终采取加厚重力墙外加防渗面板方案。经3年高水位运行，坝体原渗点未出现漏水，坝体稳定，加固质量可靠，达到了预期效果。

大坝；重力墙加固；施工方案；滴水岩水库

1 工程概况

滴水岩水库位于汉江北岸汉江一级支流蒿坪河的滴水岩沟，行政区域位于蒿坪镇的双胜村，距下游蒿坪镇4 km。坝址以上控制流域面积5.65 km2，是一座以灌溉为主兼有防洪、供水等效益的Ⅴ等小(2)型工程，设计灌溉面积4 500亩。枢纽工程由大坝、卧管式引水涵洞、溢洪道等部分组成。水库总库容75万 m3，其中兴利库容52万 m3，死库容2.4万 m3，滞洪库容20.6万 m3。设计洪水20 a一遇洪峰流量68.8 m3/s，相应库水位596.40 m，校核洪水100 a一遇洪峰流量117 m3/s，相应库水位596.70 m，死水位578.3 m。大坝为浆砌石防渗斜墙堆石坝，即上游为浆砌石重力防渗墙下游为堆石体，坝顶高程597.9 m，顶长117 m，顶宽5.6 m，坝底高程568.3 m，宽58 m，最大坝高29.6 m，大坝迎水坡571.9 m以下坡比为1:0.6，571.9 m以上坡比为1:0.3，背水坡582.5 m以上坡比1:1.21,582.5～575.3 m之间坡比为1:1.24，575.3 m以下坡比为1:1.2，背水坡在575.3 m高程处设一戗台，宽1.5 m，在582.5 m处也设有戗台，宽3 m。上游坝面为浆砌石防渗斜墙，顶厚1 m，底厚5 m。引水洞进口卧管位于大坝右岸山坡，为台阶型，纵坡1:1.6，每台高0.5 m，孔径0.35 m，卧管下端通过消力池与涵洞相连。涵洞全长37 m，为浆砌石圆拱直墙型断面，宽1.2 m，直墙高1.6 m，纵坡1:50，在涵洞段进口设置排水闸一道。溢洪道位于大坝左岸，为侧槽式，总长70 m，溢流堰采用梯形实用堰，堰顶高程593.9 m，堰顶长30 m,设计最大下泄流量117 m3/s，侧槽底宽由2 m渐变至8 m，长30 m，纵坡i=0.05%，侧槽后接泄槽，为梯形断面，平均底宽6 m，边坡1：0.5，纵向坡比i=0.024%，长40 m。

滴水岩水库保护下游蒿坪镇、大竹园镇、襄渝铁路、310省道、包茂高速公路、1.4万人和0.66万亩耕地。

2 区域工程地质

工程区位于大巴山北部，凤凰山东南部的中低山区，地势西北高，东南低，海拔高程500～1 200 m，河谷切割深度大于150 m，河流呈V字型发育，两岸山坡陡峻，植被覆盖良好。滴水岩水库位于蒿坪河中上游，河床两岸有断断续续呈条带分部的河流一级阶地，阶地堆积物二元结构清晰，上部粉质壤土，下部砂砾石。出露地层岩性以变质岩为主，局部有基性岩侵入和第四系松散堆积层。区域构造比较简单，主要有北大巴山加里东褶皱带(Ⅱ7)、北部紫阳-中峰褶皱束(Ⅱ71)，北部与月河断裂及南秦岭印支褶皱带(Ⅱ4)毗邻，南部与饶峰-麻柳坝-钟宝断裂、杨子准地台(Ⅲ)分开。根据《中国地震动参数区划图》(GB18306-2001)标准划分，工程区地震动峰值加速度为0.05 g，地震动反应谱特征周期为0.45 s，地震基本烈度为Ⅵ度。

3 大坝存在的主要问题

滴水岩水库枢纽工程于1972年冬动工兴建，1975年4月竣工，同年投入运行，因工程多处未按设计施工，致使运行以来，病险不断。大坝迎水面浆砌石防渗墙斜墙太薄，抗滑稳定安全系数不足。在上游死水位情况下，对浆砌石防渗斜墙进行稳定复核，其抗滑稳定安全系数为1.16，抗倾安全系数为0.87，底部边缘拉应力1.45 Mpa，对墙体577.9 m断面以上按空库条件进行稳定复核，其抗滑稳定安全系数仅为0.67，抗倾安全系数为0.65，底部边缘拉应力达1.801 Mpa，远小于规范规定的安全系数，抗滑抗倾稳定不满足要求，浆砌石防渗斜墙处于危险状态。堆石体下游不稳，对大坝下游坝坡分别采用毕肖普法和瑞典弧法进行复核，其安全系数分别为1.16和1.131，均不满足规范要求，坝坡偏陡、不安全。浆砌石防渗墙，可见裂缝9条，其中纵缝6条，缝宽1～8 mm，最大缝长达60 m，分布于高程589.9～597.9 m之间。坝顶中部(桩号0+093.5 m)至右坝肩(桩号0+108.5 m)在堆石与浆砌石防渗墙之间有约15 m的纵向裂缝，张开宽度0.5～3 cm，且裂缝部位出现三处沉陷坑，长1.2～3 m，宽0.7～1.7 m，深0.5～0.8 m。坝体下游面坝脚处，出露渗水点6处，属大坝渗漏溢出点，现场流量观测表明，在库水位584.6 m情况下，总渗流量为363 m3/d。

4 大坝加固施工方案

滴水岩水库除险加固初步设计中，大坝除险加固列出三种方案：加厚重力墙外加防渗面板方案；抛石方案；预应力锚固重力墙方案进行比较。

4.1 加厚重力墙外加防渗面板方案

首先清除坝前淤积泥沙至原设计坝底，以M10浆砌石培厚原M7.5浆砌石重力墙，在其表面按1:0.35坡比浇筑C25混凝土防渗面板，面板厚度为0.3 m。新修混凝土防渗面板在距两坝头5 m处各设竖向变形缝1条，期间每20 m设1条竖向变形缝，缝宽12 mm，设橡胶止水带。镶嵌材料为浸沥青木板。在上游浆砌石重力墙最不利工况即空库情况下，计算重力墙稳定安全系数：抗滑稳定安全系数Kc=3.69；抗倾覆稳定安全系数Ko=1.49。均满足规范要求。

4.2 抛石方案

由于重力墙在空库时不稳，施工安全得不到保证，因此采用水中抛石方案，使重力墙上、下游土压力平衡，抛石坡比1:1.5，抛石完成后，进行底部碎石桩基施工，桩深15 m，间排距5 m，坝体防渗上部采用砼面板，下部为砼搅拌桩，砼面板底部厚1 m，顶厚0.5 m。对上游边坡进行稳定计算，分别考虑稳定渗流期、死水位情况和库水位降落等三种工况，其稳定安全系数分别为：毕肖普法1.292、1.275和1.27；瑞典圆弧法1.263、1.252和1.221，均大于规范值。该方案存在地基变形、工程量大、工期长及坝基处理施工难度大等问题。

4.3 预应力锚固重力墙方案

鉴于重力墙空库时不稳，施工安全难以保证，因此大坝除险加固首先解决重力墙的稳定问题，根据国内外预应力锚固在大坝加固中运用的成功经验，方案三采用水平预应力锚固重力墙的方法，即在坝体下游面浇筑框格梁，然后逐渐降低库水位，打孔安装预应力锚索，预应力锚索间排距8 m，将预应力锚索锚固于下游框格梁上，施加预应力35 t。待放空水库后，清除坝前淤泥至高程568.3 m，然后浇筑砼防渗面板，砼防渗面板底部厚1 m，顶部厚0.5 m。加固后在空库无淤积情况下，计算重力墙稳定安全系数，其抗滑稳定安全系数为1.35，抗倾稳定安全系数1.58，满足规范要求。该方案工期较长，锚索穿过坝体堆石难度大，施加预应力的大小、库水位消落幅度的大小、引起回弹量的大小等有诸多不定因素，无法确定加固效果。

鉴于加厚重力墙外加防渗面板方案，工程量较小，工程质量易控制，推荐选用方案一，比选过程如表1所示。

5 施工方案实际选用

2012年10月，大坝上游重力墙加固，采用加厚重力墙外加防渗面板方案进行具体施工。首先灌注水泥浆处理原浆砌石防渗墙墙体裂缝，细砂砾石处理浆砌石面板与堆石体之间的裂缝，然后清除上游坝前淤积体，进行浆砌石挡墙加厚部分基础开挖，开挖至基岩以下0.5 m，最大开挖深度13.6 m。浆砌石挡墙基础采用C25砼浇筑，砼厚0.5 m，按1:0.35坡比用M10浆砌石培厚浆砌石挡墙，施工顺序从两坝头两个施工面向河床部分渐进，清除一部分淤泥，砌筑一部分挡墙，挡墙完成后，在新培厚的浆砌石挡墙表面按1:0.35坡比浇筑C25砼防渗面板，面板厚0.3 m。清淤施工是关键施工工序，施工单位配备了两台挖掘机从两侧向河床中部进站，每台挖掘机配合了3辆自卸汽车外运，由于淤积松软，施工队在库内施工道路上铺垫了一层厚1.5～2.5 m的石渣层，个别地段铺设了5 mm厚钢板，增加了路基承压面积，保证了清淤车辆的正常通行。按照坝前清淤和加固施工要求，淤积体开挖面下游坡脚距砼面板坡脚的距离为30 m。为了防止开挖后淤积体的坍塌或滑动，施工队在淤积体开挖成型的表面用编织袋装填泥沙，堆筑成护坡状，确保了淤积体的稳定。导流方式是通过0.8 m×0.8 m方形钢板引水槽，将围堰体外围的河水引到原引水涵洞，围堰内的渗水通过3台不同流量的潜水泵抽排至原引水涵洞，然后自流至下游，实现安全导流。建筑材料倒运方式采用了两种，在577 m高程以下，块石、砂浆、砼分别通过挖机、铲车配合垫高石渣层高度等措施送至施工仓面；在577 m高程以上，块石、砂浆、砼分别通过溜桶和溜槽从坝顶送至施工仓面。加固后坝顶宽度为6.4 m，为了检查上游坝面有无异常情况，在防浪墙外设检查小道一条，宽0.5 m，考虑巡视人员安全，在小道上游侧边沿设高0.5 m、宽0.3 m的浆砌石挡墙一道。