大坝除险加固方案研究

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摘要：针对水库现状及存在的主要问题，提出除险加固方案，解决了大坝泄洪不安全的问题。除险加固后，消除了大坝多年的安全隐患，确保了水库的安全运行。

关键词：大坝、除险加固、方案比选Abstract: According to the status and existing problems, this paper puts forward reinforcement scheme, solves the unsafe problem of dam release flood waters. After reinforcement, eliminate the potential safety hazard dams for many years, to ensure the safe operation of the reservoir.

Keywords: dam, reinforcement, scheme selection

中图分类号：TU2 文献标识码：A文章编号：

1、工程概况：

此次除险的水库是1972 年12 月后建成投入运行，是以防洪为主，兼有灌溉、发电、供水等综合效益的水利工程。坝型为均质土坝，顶高程260.75 m，宽5.0 m，最大坝高46.05 m；坝顶防浪墙顶高程250.7 m，坝顶长400 m；水库原正常蓄水位208.0m（为防洪安全起见，正常蓄水位改定为216.0 m）；设计洪水位（P＝2%）269.83 m，相应库容5 530 万m3；校核洪水位（P＝0.1%）250.58 m,相应库容5012 万m3；水库死水位227.0 m，相应库容168 万m3。由于施工质量差等原因，水库建成后历次除险，需尽快进行除险加固。

2、工程存在的主要问题

大坝初建时清基不彻底，亦未进行任何基础防渗处理，坝基与基岩接触带存在渗漏隐患。施工质量先天不足，坝体填筑质量差，大坝建成后，右坝段下游坝坡长期出现渗流，经过多次灌浆处理后右坝段下游坡0+242～245 m 仍有漏水；该部位原存在漏水点和较大面积的“牛皮涨”；1995 年底，坝后坡相应部位开挖了“M”形排水导渗沟，将坝后坡的表面渗水导入坝脚反滤体，从而消除了该坝段的“牛皮涨”现象。但以后的运行表明，从导渗沟排出的漏水量仍较大，条形山坝段的渗漏隐患仍然存在。右坝段基本上是利用原条形山体建成的，由于山体较单薄，采取上游削坡，下游填土。局部岸坡陡立或呈负地形，且具向山体内（即右坝段）继续坍塌趋势，在250 m 高程位置砌石已出现裂缝，边坡已下陷变形，在水位降至240.0 m 高程时可以看到砌石底部因滑动而产生的砌石错位；此滑塌体范围较大，覆盖着大半个上游坝坡，稳定性较差。坝前坡护坡石块风化破碎，坡面不平整。左坝段坝体上游坡填土平均为K=2.25×10-4 cm/s，下游坡填土平均为K=1.25×10-3 cm/s，具中等透水；右坝段坝体土料平均渗透系数为4.55×10-4 cm/s， 均不符合均质土坝土料渗透系数不大于1×10-4 m/s 的规范要求。

3、大坝除险加固方案比选

3.1 大坝加高培厚方案选择

安全鉴定复核表明， 大坝现状坝顶高程不满足要求， 右坝段上游坝坡及下游坝坡稳定安全系数不满足规范要求， 应对大坝进行加高培厚。由于现大坝下游已建发电厂房等较多水工建筑物， 大坝下游不具备加固条件， 故选择在上游坡进行大坝加高培厚。具体方案为在上游坡由原坝顶高程260.00 m 加高至260.90 m，坝坡比放缓至1∶2.75；维持下游原坡比不变，顺原下游坡加高至260.90 m，将不平整的下游坡平整后重新植草护坡。

3.2 坝体及坝基防渗处理方案选择

根据大坝的现况及大坝存在坝体密实性差、渗透系数大、坝体浸润线高、部分坝体与坝基接触部位出现的接触渗漏、坝基强风层透水等问题，初拟3 个方案进行技术经济比较。

方案1：大坝加高。加固后坝顶高程为260.90 m，比现状大坝坝顶高程260.00 m 高出0.90 m，坝体防渗结合上游坝坡加高培厚，采用黏土斜墙。坝基防渗采用截水槽与帷幕灌浆相结合的方式。黏土截水槽在不透水层较浅的坝段，直接挖到相对不透水层。在覆盖层较深的坝段，黏土截水槽开挖至强风化岩面，下接灌浆帷幕。帷幕灌浆孔伸入相对不透水层以下5 m，从而减少开挖，节约投资，并起到较好的防渗作用。

方案2：坝顶高程为260.90 m，大坝上游坡加高培厚，坝体防渗采用塑性混凝土防渗墙。

方案3：坝顶高程为260.90 m，大坝上游坡加高培厚，坝体防渗采用两排劈裂灌浆。

从以下几个方面对3 个方案进行比较。

（1） 方案3(劈裂灌浆方案)：原大坝多次加固时曾采用，灌浆处理曾经消除了大的渗漏隐患，每次灌浆后坝体浸润线及渗流量均有所降低， 但由于条形山坝段地质情况比较复杂， 存在较多断层及破碎带和坝体与坝基不密实接触带等， 运行一段时间后坝体浸润线及渗流量又逐步恢复至灌前状态， 坝体灌浆的长期效果不理想，且工程投资也无明显优势。

（2） 方案2（防渗墙方案）：虽然防渗效果及耐久性都稍优于方案1、方案3，但施工难度相对较大，工期较长，工程投资较大。

（3） 方案1（黏土斜墙方案）：本方案既能解决坝体加高培厚的问题，又能解决大坝的防渗问题，施工相对简单，土料场储量、质量均能满足黏土斜墙的需要。

综上所述，除险加固推荐方案1（图1）。

图 1 大坝黏土斜墙加固方案

4、大坝除险加固渗流及坝坡稳定分析

4.1 渗流分析

大坝渗流计算， 上游坡度取综合坡度1∶2.778；选用左坝段最大断面和右坝段典型断面作为计算断面，对应的桩号为0+092.300 m、0+327.600 m。加固后坝体断面计算见图2、图3，渗流计算采用理正有限元分析软件进行，采用的材料参数见表1、表2。计算工况和计算结果见表3

图 2 0+092.300 断面计算简图 图 3 0+327.600 断面计算简图

表 1 左坝段材料及土工试验参数

表 2 右坝段材料及土工试验参数

表3 黏土斜墙方案渗流计算结果

由计算结果可知，大坝的浸润线在黏土斜墙后降落，说明以当前斜墙可以产生截渗效果。浸润线突降后，均穿过排水棱体，在坝脚出逸。据勘测资料,左坝段填土允许水力比降J允许=0.47， 右坝段填土允许水力比降J允许=0.49， 经计算各工况加斜墙后左右坝段坝体浸润线逸出点渗透比降值均＜0.47，不会产生渗透破坏。

4.2 坝坡稳定分析

计算断面及参数同渗流分析，稳定计算采用中国水利水电科学研究院岩土所编制的“STAB95 边

坡稳定分析程序”，基本方法为毕肖普法。计算工况和计算结果分别见表4、表5。

（1） 正常运用条件计算工况：①施工期；②水库正常蓄水位， 下游无水时稳定渗流期的上下游坝坡稳定；③水库设计洪水位，下游无水时稳定渗流期上下游坝坡稳定。

（2） 非常运用条件计算工况： ①水库校核洪水位，下游无水时稳定渗流期的上下游坝坡稳定；水库校核洪水位260.58 m 骤降至溢流堰顶高程250.00m，水库水位降落期的上游坝坡稳定。由计算结果可见，所有计算断面上、下游坡在各种工况下的抗滑稳定安全系数均满足规范要求。

5、结语

总而言之，对大坝安全运行带来严重隐患，在除险加固工程实践中，采用黏土斜墙方案，形成一道完整、封闭的大坝防渗体系。该加固方案已批复同意，并已经开始实施，其防渗效果可靠，耐久性好，但施工过程中应注意合理安排施工进度，妥善解决好施工导流问题。