臨縣陽坡水庫大壩設(shè)計

臨縣陽坡水庫大壩設(shè)計

1陽坡水庫大壩建設(shè)概況陽坡水庫位于魁河上游。是一座集防洪、灌溉、水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合利用于一體的中型節(jié)水項目。陽坡水庫現(xiàn)狀(2009年)總庫容1757m3,主要由大壩、溢洪道、輸水洞等建筑物組成。壩址控制流域面積251km2,水庫所在區(qū)域為大陸性氣候,流域長度24.8km,縱坡21.7%,植被良好。臨縣陽坡水庫于1958年動工興建,1960年投入使用。建設(shè)于大躍進年代,屬“三邊”(邊設(shè)計、邊勘察、邊施工)工程,設(shè)計為水中倒土施工壩,工程竣工后一直帶病運行。水庫竣工蓄水后,發(fā)現(xiàn)壩下游有部分滲漏。1962年初,右壩段下游(壩基未做截水槽部分)產(chǎn)生管涌,在壩坡下游產(chǎn)生3個塌坑,挾帶泥沙,滲水渾濁,最大滲量達到0.182m3/s,采取放空水庫,在壩上游庫區(qū)50m的范圍內(nèi)夯鋪黏土,下游主河槽1011.0m高程以下堆放砂礫料進行加固后,渾水變清。2大壩失坡溢洪道大壩為均質(zhì)土壩,壩頂長705m,壩頂寬5.0m,壩頂高程1029.2m,最大壩高30.2m,壩頂筑防浪墻高1.2m,墻頂高程1030.4m。大壩左岸與黃土臺地相接,右岸為長石石英巖。大壩上游壩坡從下往上依次為1∶3.5,1∶3.0,1∶2.5和1∶2.0,分別在高程1018.0m和1022.5m處各設(shè)置了2.0m寬的馬道。下游壩坡從下往上依次為1∶3.0,1∶2.5,1∶2.0和1∶1.5,分別在高程1010.0m和1016.0m處各設(shè)置了3.0m寬的馬道。大壩上游壩坡為干砌片石護坡,厚0.4m,護坡下為0.3m厚砂礫料墊層。下游壩坡1016.0m高程以下設(shè)有貼坡式排水。1016.0m高程以上采用草皮護坡,設(shè)水平排水溝2條,垂直排水溝4條,白灰砂漿砌片石砌筑,過水?dāng)嗝鏋?.3m×0.3m。大壩壩基河床高程為999.0m左右。右壩基(樁號0+030~0+240)為現(xiàn)代河床,基巖埋深淺,覆蓋層厚5.3~6.6m,巖性為第四系全新統(tǒng)洪沖積卵石混合土,壩基設(shè)截水槽,長190m,樁號0+050~0+240。左壩基(樁號0+240~0+625)為古河道段,河谷深切,覆蓋層厚達26~31m,巖性為第四系全新統(tǒng)洪沖積卵石混合土與低液限粘土和上第三系上新統(tǒng)靜樂組卵石混合土,局部夾級配不良砂透鏡體,該段壩基未設(shè)截水槽。輸水洞位于右岸坡壩下,座落在砂礫石基礎(chǔ)上。進水口形式為斜坡式臥管,管長42m,縱坡1∶1.5,頂部高程1029.0m,斷面形式為矩形,采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),共設(shè)有斜拉式梯級閘門15級,每級2孔,共30孔,閘門孔口尺寸為1.0m×0.5m,采用鋼筋混凝土閘門和手搖5t卷揚機起動。由于淤積嚴(yán)重,已有5層永久封閉。臥管底部有深1.6m,長7.5m的混凝土消力池與無壓城門洞型漿砌石涵洞相接,涵洞段長度130m,縱坡1%,其斷面為1.8m×1.8m,進口底高程1002.3m,出口底高程1001.0m,設(shè)計流量5m3/s。大壩右岸布置開敞式溢洪道,基礎(chǔ)為石英砂巖,質(zhì)地較好。1975年溢洪道設(shè)計的主要內(nèi)容:溢洪道寬30m,在進口高程1021.6m上設(shè)2.4m溢流堰,堰頂高程為1024.0m,下接陡坡,陡坡上段比降1/186,下段為1/7,堰兩側(cè)為漿砌石擋墻。但由于各種原因,工程僅將溢洪道第一段(140m左右)擴寬、開挖至設(shè)計寬度和高程后(亦沒有成型),剩余工程沒有實施。目前在溢洪道進口堆土堰替代溢流堰,保證興利庫容。溢洪道樁號0+140m至0+210m左右仍為寬7~9m的天然沖溝,難以滿足泄洪要求,嚴(yán)重威脅到大壩安全。陽坡水庫保護下游3333.3hm2耕地,臨縣縣城及鄉(xiāng)鎮(zhèn)、自然村,總?cè)丝跒?.5萬人,有機關(guān)學(xué)校7所、中小型企業(yè)3個,有縣級公路80km,高壓線路4km等的防洪安全。水庫設(shè)計灌溉面積1533.3公頃,灌溉保證率50%。3大壩滲流及滲流破壞情況(1)水庫防洪能力低,經(jīng)復(fù)核,水庫現(xiàn)狀防洪標(biāo)準(zhǔn)僅能達到50年一遇設(shè)計,100年一遇校核標(biāo)準(zhǔn),未達《水利水電等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》(SL252—2000)規(guī)定的50年一遇洪水設(shè)計,1000年一遇洪水校核標(biāo)準(zhǔn)。(2)壩基左部主河槽(0+240~0+625)為卵石混合土,壩基左部為沖擊黃土層,厚2.5m,黃土層以下為25~27m厚的四級松散砂礫石及砂壤土夾礫石層。壩基僅在樁號0+050~0+240處之間做了190m長截水槽處理,建庫初期左壩基曾發(fā)生嚴(yán)重滲漏與管涌險情,之后進行了封堵鋪蓋處理。迄今該水庫未經(jīng)受正常蓄水位的考驗,本次勘察時發(fā)現(xiàn)壩下游坡腳處有5處滲水點,地下水位埋深0.3m,壩下游地面呈飽和狀態(tài),踩踏有松軟感。經(jīng)滲流穩(wěn)定計算,目前壩基仍存在滲流穩(wěn)定問題,威脅大壩安全。(3)壩體土和壩基卵石混合土層接觸面存在接觸沖刷隱患。(4)大壩上游壩坡干砌石下僅30cm厚砂卵石墊層,不滿足上游壩坡反濾及凍脹要求,冬季上游壩坡發(fā)生凍脹,引起上游水面附近干砌石變形,目前損壞比較嚴(yán)重,急待修復(fù)。壩頂防浪墻為磚砌結(jié)構(gòu),目前已多處斷裂破壞,無法滿足防浪墻結(jié)構(gòu)要求,威脅大壩度汛安全。(5)溢洪道未完建,溢洪道出口僅為寬約7~9m的天然沖溝,遠(yuǎn)不能滿足汛期泄洪要求,嚴(yán)重威脅大壩安全。(6)輸水洞取水臥管的進水口控制閘門目前為鋼筋混凝土閘門,沿斜坡滑動啟閉。自重較大且年久銹蝕,滑動阻力大,高水頭關(guān)閉非常困難,致使涵管內(nèi)水流由無壓變?yōu)橛袎?威脅輸水涵洞安全,且該閘門止水破壞,目前漏水嚴(yán)重。(7)輸水涵洞建成近50年,涵洞鈣質(zhì)流失,洞身漿砌石存在“淌白漿”現(xiàn)象;洞身有裂縫,局部存在射流;分縫處止水已破壞,目前洞身與洞頂壩體土存在接觸沖刷破壞,曾導(dǎo)致洞身上部的大壩下游壩坡多次出現(xiàn)塌陷。(8)溢洪道進口的跨溢洪道簡易橋年久失修,已成危橋,不滿足防洪搶險要求。(9)大壩現(xiàn)僅有一個壩體浸潤線觀測斷面尚能使用,無安全監(jiān)測設(shè)施,無雨、水情測報系統(tǒng)。4水庫基礎(chǔ)防滲方案的選擇4.1壩體防滲及壩體土鋪設(shè)問題(1)壩基現(xiàn)狀截水槽未全斷面封閉,據(jù)水庫有關(guān)資料記載和本次勘察資料,目前陽坡水庫大壩壩基僅右壩段壩基覆蓋層較薄段范圍內(nèi),建庫時設(shè)置有截水槽,長僅190m;左壩基覆蓋較厚段未做壩基防滲工程。(2)壩體土與壩基卵石混合土層接觸面存在接觸沖刷。(3)壩基存在滲透破壞,經(jīng)大壩滲流穩(wěn)定分析計算,壩基未設(shè)截水槽段壩基卵石混合土出逸比降大于允許值,不滿足規(guī)范要求。歷史上當(dāng)水位在1023m以上時,左壩段下游壩坡曾出現(xiàn)過多處滲漏點,其中在1960年發(fā)生大洪水,庫水位達到高程1024m時,在壩下游坡腳左壩基產(chǎn)生管涌。目前大壩下游壩腳處地下水位埋深僅0.3m,地層呈飽和狀態(tài),踩踏時有松軟感。由于上述原因,為了使水庫能夠安全運行,必須對壩基進行防滲處理,以解決目前存在的安全隱患問題。4.2壩體防滲法防滲墻設(shè)計方案本工程壩基處理的基本特點是:(1)處理深度較大,為壩頂以下34.84~50.68m;(2)處理范圍內(nèi)壩基土第四系全新統(tǒng)洪沖積卵石混合土與低液限粘土和上第三系上新統(tǒng)靜樂組卵石混合土,局部夾級配不良砂透鏡體。結(jié)合本工程的實際情況,比較適合防滲加固的工程措施為:混凝土防滲墻,深層攪拌法防滲墻,高壓噴射防滲墻等方法。(1)混凝土防滲墻。混凝土防滲墻是采用薄型液壓抓斗在壩體及下伏土層中挖掘成槽,然后澆筑混凝土形成連續(xù)防滲墻,其特點是:墻體連接可靠,整體性好,平整度高,施工質(zhì)量易于保證,處理深度大、防滲效果好,但單位面積造價高。混凝土防滲墻施工時需從壩頂開槽至壩基,將混凝土防滲墻自槽底澆筑至壩頂,而本工程中需防滲處理的是壩基覆蓋層,壩體為均質(zhì)土壩,滲透性能滿足要求,不需進行防滲處理。可見,如在本工程中采用混凝土防滲墻將造成不必要的浪費,加大投資。(2)深層攪拌法防滲墻。深層攪拌法防滲墻主要是利用水泥作為固化劑,通過特別的深層攪拌機械,在地基深處就地將軟土和水泥(漿液或粉體)強制攪拌后,水泥和軟土將產(chǎn)生一系列物理化學(xué)反應(yīng),使軟土硬結(jié)改性。改性后的軟土強度大大高于天然強度,其壓縮性、滲透性比天然軟土大大降低。深層攪拌法防滲墻施工簡便、工效高、料源廣、造價低,與壩體及基巖面搭接部位防滲效果好,工程投資小。但深層攪拌法防滲墻處理深度一般≤30m,在本工程中不適用。(3)高壓擺噴灌漿防滲墻。高壓擺噴灌漿防滲墻是借助于高壓水泥漿液射流沖擊破壞被灌地層結(jié)構(gòu),使水泥漿液與被灌地層土顆粒摻混,形成壁狀固結(jié)體而起防滲作用。本工程中對大壩下覆卵礫石層采用雙排梅花型擺噴灌漿防滲墻。其優(yōu)點是:施工工藝設(shè)備簡單,施工簡便,工效高,料源廣,處理深度大,與基巖面自然結(jié)合,搭接部位防滲效果比較可靠。缺點是垂直度要求較高,需要專業(yè)施工力量。(4)方案選擇。經(jīng)上述分析比較,高壓噴射防滲墻方案可有效且經(jīng)濟地解決本工程中的壩基滲漏問題,故本次設(shè)計將此方案作為推薦方案,即本工程中采用單排旋擺噴灌漿方式,孔距1.2m。5大壩防滲防滲墻由于水庫存在嚴(yán)重的滲漏穩(wěn)定問題,且壩基與壩體接觸面存在接觸沖刷隱患,并針對壩基粗粒土為卵石混合土,其中卵石含量26.3%~51.7%,粗礫占11.1%~40.6%,本次除險加固設(shè)計擬對壩基及左壩肩采用單排高壓旋擺噴灌漿方式進行防滲,樁號范圍為大壩0+235.00~0+735.00,其中大壩0+235~0+574段防滲軸線位于大壩上游30.25m處的1018m馬道,與右壩基截水槽(0+030~0+240)軸線重合,并搭接5m;在大壩0+574處軸線右轉(zhuǎn)30°拐向壩軸線,在大壩0+630處與壩軸