浴室水庫大壩安全評價

浴室水庫大壩安全評價

山東省的浴室水庫是一個大型（二級）水庫，總面積為1.872億3m。主要建筑包括水庫、主洪水通道、副洪水通道、左、右排水孔和灌溉。大壩為寬黏土心墻砂殼壩,最大壩高44.80m,壩頂軸線長310m,壩頂寬7.4m,壩頂高程90.80m,防浪墻頂高程92.00m。上游壩坡為干砌塊石護坡,下游壩坡為草皮護坡;下游壩腳設(shè)有排水棱體,長200m、頂寬3.5m、頂高程51.74m。該工程運行中出現(xiàn)的主要滲流問題有:①1972年3月,左放水洞發(fā)電支洞發(fā)現(xiàn)環(huán)向裂縫,呈集中漏水。原因是1972年以前出現(xiàn)過一次水錘產(chǎn)生的裂縫,1975年6月用環(huán)氧樹脂貼橡膠板對其進行了處理,效果較好。②2003年10月檢查發(fā)現(xiàn),大壩左端已廢棄臥管出現(xiàn)異常滲漏,滲流量為0.56L/s左右。③右放水洞廊道內(nèi)漿砌石溶蝕、漏水嚴(yán)重,多處出現(xiàn)射流和泥土流出,射流直徑為2～5mm,滲漏水孔徑為15mm,廊道與壩體填土間已發(fā)生較嚴(yán)重的接觸滲透變形,威脅大壩安全。④1960年7月大壩左、右兩端出現(xiàn)裂縫,左壩端縫長120m、寬30～40mm、深1.2m,右壩端縫長30m、寬40～60mm、深2.5m。1960年8月沿裂縫挖槽回填黏土,再進行夯實,完成土方300m3,經(jīng)處理后未再出現(xiàn)裂縫。1水庫區(qū)域的地質(zhì)特征和建設(shè)1.1與下伏地層相關(guān)聯(lián)該水庫地處華北地臺魯東地盾膠北隆起與膠萊坳陷接合部,庫周為巖岸,坡度較緩。壩址區(qū)地層巖性主要為下元古界片麻巖、片巖。片麻巖為矽線石榴黑云片麻巖,節(jié)理較為發(fā)育,風(fēng)化深度一般為2～8m,與下伏地層為整合接觸。片巖為灰黑色黑云片巖,僅在大壩左端呈數(shù)條帶狀分布。第四系沖積物以礫砂為主,含有少量卵礫石,局部為坡積物,巖性為粉質(zhì)黏土含少量礫石。鑒定階段鉆探揭示,壩基廣泛分布第四系砂礫石層,最大厚度為7.0m。顆粒組成:礫石含量為39.3%,砂粒含量為60.1%,粉粒含量為0.6%。干密度為1.58g/cm3,滲透系數(shù)為3.4×10-2cm/s,相對密度為0.56。壩基基巖強風(fēng)化層厚度為2～6m,局部裂隙發(fā)育。大壩左端發(fā)育一小斷裂,右放水洞附近有一小斷層。經(jīng)壓水試驗,基巖透水率為2.4～20.6Lu,屬弱、中等透水,壓水試驗結(jié)果見表1。1.2混凝土齒墻壩基滲流控制措施為沿壩軸線設(shè)黏土截滲槽,在下游壩腳設(shè)排水棱體。按設(shè)計要求,截滲槽底寬10m、邊坡坡度為1∶3,深3.5～8m。在齒槽中部清除巖石風(fēng)化層,挖一個寬0.5m、深0.5m的基槽,再沿其軸線澆筑90號素混凝土齒墻,平均高度為2m。大壩兩端接頭開挖臺階,左岸接合處坡緩,借天然山腰做1道寬3m、深5m的黏土截滲墻,高至壩頂以下10m。右岸山坡陡峻,沿放水洞構(gòu)筑3道漿砌石截滲環(huán),高度由5.74m(洞底)至24.38m,相鄰截滲環(huán)間距15m,施工符合設(shè)計要求。1.3壩殼壩底排放勘探初步查明斷面樁號為0+070、0+110、0+210的壩體填筑情況如下:(1)0+070斷面。該斷面位于右放水洞左,高程88.36m以上為加高部分,勘探揭示高程84.96m以上(加高部分及原心墻上部3.4m)心墻質(zhì)量較差,土料為山皮土,滲透系數(shù)為5.2×10-3cm/s,不符合防滲體質(zhì)量要求。下部心墻為粉質(zhì)黏土,滲透系數(shù)為2.96×10-6～2.65×10-4cm/s。上游壩殼為山皮土,滲透系數(shù)為6.2×10-3cm/s,壩殼與護坡間無反濾層。下游壩殼高程63.25m以上為山皮土,壩殼與心墻之間無反濾層,下部為礫砂,滲透系數(shù)為2.7×10-2cm/s。(2)0+110斷面。該斷面位于最大壩高處,高程85.76m以上(加高部分及原心墻頂部2.6m)心墻質(zhì)量較差,土料為山皮土,滲透系數(shù)為6.4×10-3cm/s,不符合防滲體質(zhì)量要求。下部心墻為粉質(zhì)黏土,滲透系數(shù)為1.01×10-7～2.01×10-4cm/s。上游壩殼為山皮土,局部含粉質(zhì)黏土,滲透系數(shù)為1.3×10-2cm/s,壩殼與護坡之間無反濾層。下游壩殼上部為山皮土,下部為礫砂,滲透系數(shù)為3.5×10-2cm/s,壩殼與心墻之間無反濾層。(3)0+210斷面。該斷面位于大壩左端,高程88.36m以上心墻為加高部分,心墻加高部分及原心墻土料為粉質(zhì)黏土,符合防滲體質(zhì)量要求。上游壩殼主要為山皮土,滲透系數(shù)為4.8×10-3cm/s,壩殼與護坡之間無反濾層。下游壩殼上部為山皮土,下部為礫砂,滲透系數(shù)為3.2×10-2cm/s,壩殼與心墻之間無反濾層。2河流觀測的計算2.1壩體軸線位置1981年在0+100、0+170兩個斷面埋設(shè)了8根壩體浸潤線測壓管,每個斷面4根,壩軸距分別為-12、17、53、86m,前2根置于大壩心墻內(nèi),后2根置于下游壩殼中。對測壓管水位、庫水位等資料進行整理,考證觀測數(shù)據(jù)的合理性,剔除差錯數(shù)據(jù),通過過程線、相關(guān)線及相關(guān)關(guān)系分析表明:壩體在運用條件下未出現(xiàn)明顯異常滲流,但其未經(jīng)受過高水位考驗。2.2計算斷面選取及心墻滲透系數(shù)計算結(jié)果采用二維有限元方法,使用南京水利科學(xué)研究院開發(fā)的UNSST2二維有限元滲流計算程序。選取0+110和0+070兩個典型斷面為計算斷面。計算工況見表2。土層滲透系數(shù)按地質(zhì)勘查建議值初選,計算中以0+100斷面測壓管水位反演0+070斷面心墻滲透系數(shù)倍比,以0+170斷面測壓管水位反演0+110斷面心墻滲透系數(shù)倍比。0+110斷面滲透系數(shù)見表3。2.3維滲流特征參數(shù)計算計算結(jié)果與測壓管資料對比,兩者趨于接近,計算結(jié)果偏于安全,表明計算模型合理。有限元計算得出0+110和0+210兩斷面的滲流壓力分布,并整理出二維滲流等勢線分布圖及斷面滲流特征指標(biāo)。以0+110斷面為例,其滲流要素見表4。2.4壩體內(nèi)部滲流按大壩滲流分析原理,從流網(wǎng)形態(tài)看:①大壩滲流計算等勢線分布符合一般黏土心墻壩滲流規(guī)律,心墻消減了約80%的水頭,防滲效果良好。②大壩防滲心墻頂高程不夠,在校核洪水位下滲流直接從心墻頂部礫砂層穿過,危及大壩安全。③當(dāng)庫水位從正常水位81.96m升至校核洪水位87.03m時,心墻截滲槽承受的滲透坡降在2.99～3.44之間,規(guī)定值為4～5,表明其滲流是穩(wěn)定的。排水棱體附近砂礫石層平均滲透坡降為0.12,允許坡降為0.16,可見壩基砂礫石層也不會發(fā)生滲透破壞。④從滲流量結(jié)算結(jié)果看,從正常水位81.96m到校核洪水位87.03m,滲流量在25.72～25.96L/(d·m)之間,也表明心墻防滲效果良好。3壩左端廢棄臥管和管道滲流問題工程有關(guān)滲流問題的發(fā)展變化與評價:①左放水洞發(fā)電支洞裂縫處理情況尚好,但鑒定階段檢查發(fā)現(xiàn),隧洞內(nèi)壁出現(xiàn)多條裂縫,其中環(huán)向裂縫有30條,非貫穿性裂縫及滲漏點、面有39處,表明左放水洞襯砌已老化。②大壩左端廢棄臥管出現(xiàn)異常滲漏,反映出接觸防滲處理不足及封堵不徹底。鑒定階段檢查發(fā)現(xiàn),自封堵面向下游15m范圍內(nèi)洞壁溶蝕,管身老化,漏水嚴(yán)重,底板有黏土淤積現(xiàn)象,反映出接觸滲流問題仍然嚴(yán)重并有發(fā)展,原采取的導(dǎo)滲排水處理方法未解決其滲流安全問題。③右放水洞廊道內(nèi)漿砌石溶蝕、漏水,多處出現(xiàn)射流和泥土流出,鑒定階段檢查結(jié)果反映出廊道與壩體間的接觸滲透變形問題仍然存在。這是該大壩存在的嚴(yán)重滲流安全隱患之一。④1960年兩壩端出現(xiàn)裂縫,反映出壩頂填筑質(zhì)量差,土料和碾壓均達不到要求,之后雖進行了裂縫處理,但本次勘探揭示出上部心墻土料不合格,滲透系數(shù)偏大,不符合防滲體基本要求,也起不到有效的防滲作用。4大壩滲流安全評價綜合上述工程勘探、設(shè)計、施工、運行情況,以及測壓管觀測資料分析和滲流有限元計算分析可知:沐浴水庫大壩下部心墻防滲效果良好,大壩滲漏量少,滲透穩(wěn)定性滿足要求。但大壩存在心墻防滲體頂高程不滿足規(guī)范要求,