水庫大壩病害分析整治設(shè)計(jì)

水庫大壩病害分析及整治設(shè)計(jì)摘要：我國眾多的水庫大都建設(shè)于二十世紀(jì)六、七十年代，由于歷史原因，受當(dāng)時(shí)財(cái)力、物力和技術(shù)力量的局限，工程質(zhì)量難以保證。再加上幾十年的運(yùn)行，致使很多工程長期存在安全隱患，因而，排查與除險(xiǎn)工作，乃是水利工作者的當(dāng)務(wù)之急。本文依據(jù)中小型水庫土石壩病害整治設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，主要介紹了碾壓式土石壩在除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)時(shí)的壩坡抗滑穩(wěn)定計(jì)算、壩坡加固設(shè)計(jì)、大壩滲漏整治設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)體會(huì)，并對遇到的問題和處理方法進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：水庫大壩病害分析整治設(shè)計(jì)

abstract:theconstructionofourcountry’smanyreservoirinthetwentiethcenturymostlysix,theseventys,becauseofhistoricalreasons,theexploitationwasfinancialandmaterialresourcesandtechnicalstrengthlimitations,hardtoensureprojectquality.plusdecadesofoperation,causealotofengineeringlong-termunsafe,therefore,testingandworkproblems,butwaterconservancyworkersofthemoment.thispaperbasedonsmallandmediumreservoirearthdamdiseaseregulationdesignexperience,mainlyintroducedtherollingtypeearth-rockfilldamreinforcementdesignproblemsinthedamslopeofslidingstabilityanalysisofdamslope,reinforceddesign,thedesignofthedamleakagesomeexperiences,andtheproblemsandprocessingmethodsarediscussed.

keywords:damdiseaseanalysisregulationdesign

中圖分類號：u449.7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a文章編號：

全國已建水庫大部分修建于20世紀(jì)60～70年代，因當(dāng)時(shí)歷史、工程技術(shù)等條件限制，很多水庫在缺乏最起碼的基本地質(zhì)資料和必要的工程技術(shù)條件下倉促動(dòng)工，加之大部分工程又都是民工隊(duì)伍施工，施工質(zhì)量難于保證，使得一些工程在修建時(shí)就存在安全隱患，同時(shí)又經(jīng)過幾十年的運(yùn)行，許多水庫病險(xiǎn)問題非常突出，不但工程效益不能發(fā)揮，而且還直接威脅到下游人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。因此，加強(qiáng)對病害水庫的除險(xiǎn)加固工作十分必要。筆者根據(jù)幾年來對水庫病害整治設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，談?wù)剬λ畮齑髩?特別是碾壓式土石壩)除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)體會(huì)。

1壩坡抗滑穩(wěn)定計(jì)算

在進(jìn)行病險(xiǎn)水庫整治設(shè)計(jì)時(shí)，必須進(jìn)行壩坡抗滑穩(wěn)定計(jì)算，作為設(shè)計(jì)依據(jù)。

1．1原壩坡的穩(wěn)定復(fù)核

對大壩的穩(wěn)定性，除根據(jù)安全鑒定報(bào)告結(jié)論和現(xiàn)場察勘以及運(yùn)行資料來判斷外，還應(yīng)進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算。其目的是：①對安全鑒定結(jié)論進(jìn)行復(fù)核；②檢驗(yàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的合理性。由于可能受時(shí)間、天氣、經(jīng)費(fèi)等條件的影響，使所取土樣與實(shí)際運(yùn)行條件有差異，或土樣偏少，無法完全反映土體的運(yùn)行狀況，這就需要利用計(jì)算對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)。

1．2整治后壩坡抗滑穩(wěn)定計(jì)算

目的是驗(yàn)證整治后壩坡的穩(wěn)定性，為上級主管部門的檢查驗(yàn)收提供依據(jù)。

1．2．1計(jì)算方法和計(jì)算工況選擇

計(jì)算方法主要采用考慮土條間作用力的簡化畢肖普法，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算工況按《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》(sl274—2001)的要求選擇可能出現(xiàn)的工況。筆者根據(jù)幾年來對土石壩坡穩(wěn)定計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)，在初步計(jì)算時(shí)，只需計(jì)算對壩坡穩(wěn)定最不利的情況。對于上游壩坡，在穩(wěn)定滲流期，上游水位越高對壩坡穩(wěn)定越有利，所以一般只要庫空(水位在1／3壩高處)或死水位時(shí)上游壩坡穩(wěn)定，其它水位時(shí)上游壩坡就會(huì)穩(wěn)定；在水位降落期，水位降幅越大，持續(xù)時(shí)間越短，壩坡越不穩(wěn)定。計(jì)算中根據(jù)水庫運(yùn)行時(shí)可能出現(xiàn)的運(yùn)行狀況，先選擇最危險(xiǎn)的情況進(jìn)行計(jì)算。對于下游壩坡，只計(jì)算穩(wěn)定滲流期的壩坡穩(wěn)定情況，一般上游水位越高對下游壩坡穩(wěn)定越不利，對開敞式溢洪道的大壩，由于在設(shè)計(jì)和校核洪水時(shí)，洪水歷時(shí)很短，沒有形成穩(wěn)定滲流就降到正常水位，因此可以先計(jì)算上游正常水位時(shí)下游壩坡穩(wěn)定性；對有閘溢洪道的大壩，可先計(jì)算最高洪水時(shí)的情況。經(jīng)上述工況計(jì)算后，就可以判斷上下游壩坡的穩(wěn)定情況，大大減少計(jì)算工作量(特別是在設(shè)計(jì)選擇上下游壩坡的過程中)。對規(guī)范要求的其他運(yùn)行工況，只在最后進(jìn)行復(fù)核計(jì)算。

2病害原因分析

設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)認(rèn)真分析水庫出現(xiàn)病險(xiǎn)的原因，弄清楚工程從前的設(shè)計(jì)、施工和地質(zhì)情況。同時(shí)要深人現(xiàn)場，觀察水庫周邊水保、植被情況，從大壩的外觀和運(yùn)行狀況以及土工試驗(yàn)、地質(zhì)勘探資料中，詳細(xì)分析病害的原因。主要從以下幾個(gè)方面分析：①壩基、壩肩的水文地質(zhì)情況，基礎(chǔ)的巖性、裂隙分布、吸水率，工程修建時(shí)的處理措施等；②大壩修建時(shí)的填筑情況，是否存在不利填筑面；③查清防滲體是否滿足要求，有無排水棱體及排水棱體是否失效；④查清白蟻分布情況；⑤壩體斷面尺寸是否滿足規(guī)范要求，如壩體過單薄，部分或全部壩坡過陡等。當(dāng)原資料缺失或無資料時(shí)，應(yīng)補(bǔ)充土工實(shí)驗(yàn)和地質(zhì)勘探，認(rèn)真分析導(dǎo)致大壩出現(xiàn)病害的原因，然后才能“對癥下藥”，對大壩進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)。

3壩坡加固設(shè)計(jì)

3．1上游削坡減載與拋石壓腳相結(jié)合，下游培厚加固

設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)壩坡穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果，選擇適當(dāng)?shù)膾伿恢?，增大阻滑力，并將上部壩坡削為穩(wěn)定邊坡。選擇合理的拋石位置尤其重要，靠壩軸線不能超過原壩體最危險(xiǎn)滑弧最底處所對應(yīng)的位置，否則會(huì)增大滑動(dòng)力，但也不能過于靠前，錯(cuò)過滑弧的出露點(diǎn)而起不到抗滑作用。拋石頂部寬度由抗滑穩(wěn)定計(jì)算確定，坡度l：3左右。上部削坡后的壩坡，初擬時(shí)可取l：2．25—1：2．75，其大小根據(jù)壩體填料的抗剪強(qiáng)度、壩高等選擇，強(qiáng)度越高，壩體高度越小，壩坡就越陡，否則壩坡越緩。

上游削坡后，壩軸線相應(yīng)下移，根據(jù)規(guī)范確定壩頂寬度和高程是否滿足要求，然后對壩頂、下游壩坡培厚加固，設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)料場情況，選擇經(jīng)濟(jì)合理的填筑料和壩坡。一般情況下，下游壩坡較上游壩坡陡一些，坡度選擇與填筑料密切相關(guān)，對于風(fēng)化石渣料，初擬可選1:2一l:2.5，同時(shí)下游壩腳設(shè)排水棱體，其頂部設(shè)便于施工和檢查觀測的馬道。初擬后對上下游壩坡的最不利運(yùn)行工況進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算，判斷是否滿足規(guī)范要求，不滿足的需適當(dāng)調(diào)整再進(jìn)行計(jì)算，直到滿足規(guī)范要求為止，使設(shè)計(jì)壩體既安全又經(jīng)濟(jì)。

3．2上下游壩坡的培厚加固設(shè)計(jì)

對于有放空底洞的水庫，在放干水后對灌溉等影響不大，且不會(huì)造成新的滑動(dòng)的情況下，可將水庫放空，對上下游壩坡進(jìn)行培厚加固。這樣可避免因上游削坡造成壩軸線下移而增加工程量，或者因削坡造成對原有防滲體的破壞，進(jìn)行防滲體的整治而增加投資；對于原大壩下游不存在穩(wěn)定問題的壩體整治，這種方案也更經(jīng)濟(jì)合理，同時(shí)它可以和上游壩面的防滲設(shè)計(jì)相結(jié)合；對于淺透水地基，在壩腳設(shè)防滲齒墻，若透水層較深，可采用帷幕灌漿，壩體上游面鋪復(fù)合土工膜，并與周圍的防滲帷幕形成封閉的防滲體系。

但是，由于水庫上游壩坡的培厚加固設(shè)計(jì)方案，存在一個(gè)很大的弱點(diǎn)：水庫運(yùn)行過程中，原庫區(qū)土或棄渣在庫水長期浸泡下，形成淤泥，再加上水庫淤積，在庫區(qū)形成相當(dāng)厚的淤泥層，由于在水下，施工前很難確定它的具體情況，這會(huì)對以后的施工造成很大的困難，甚至無法實(shí)施。

4大壩滲漏整治設(shè)計(jì)

4．1滲漏原因分析

大壩滲漏一般有以下幾個(gè)方面的原因：①壩基、壩肩存在滲漏裂隙、軟弱夾層、風(fēng)化破碎帶等滲漏通道；②壩體和壩基接觸帶之間滲漏；③壩體滲漏或防滲體破壞，但下游排水棱體有效。這三種滲漏情況，一般從大壩外觀上看，壩腳有漏水存在，下游壩坡看不到明顯的散浸點(diǎn)和水草特別茂盛的現(xiàn)象；④壩體滲漏或防滲體破壞，下游排水棱體失效。這類滲漏情況，一般在下游壩坡可以明顯地看到散浸點(diǎn)和水草特別茂盛的現(xiàn)象；⑤以上各種情況同時(shí)存在。

在分析滲漏原因時(shí)，除從大壩外觀分析外，還應(yīng)通過土工試驗(yàn)和鉆探壓水試驗(yàn)，分析壩體土或防滲體滲透系數(shù)是否滿足要求；了解土體密度分布情況，壩體是存在個(gè)別滲透薄弱面(帶)，還是整個(gè)壩體土孔隙率達(dá)不到防滲要求，或者存在白蟻通道導(dǎo)致壩體滲漏。

在查驗(yàn)壩基、壩肩及接觸帶滲漏時(shí)，除有資料可以明確滲漏情況的外，應(yīng)做勘探壓水試驗(yàn)，查明滲漏的具體位置。

4．2防滲設(shè)計(jì)

4．2．1壩基、壩肩及接觸帶滲漏處理

對壩基、壩肩滲漏，一般采用沿壩軸線(均質(zhì)壩)或防滲體底部位置及壩肩進(jìn)行帷幕灌漿，其深度控制在相對不透水層(5～1olu)以下3m一5m，灌入純水泥漿或水泥砂漿。帷幕灌漿宜采用一排灌漿孔，孔距1.5m一2.om，基巖破碎帶采用兩排或多排?；鶐r與壩體接觸帶滲漏處理，可以在帷幕灌漿結(jié)束時(shí)，在接觸帶灌入水泥粘土漿，漿液由稀到濃逐漸改變，粘土含量可適當(dāng)加大，同時(shí)注意控制灌漿壓力，在接觸帶形成水泥粘土塞，使帷幕與壩身形成統(tǒng)一封閉的整體。

壩肩帷幕頂部灌至水庫正常蓄水位，兩邊延伸至水庫正常蓄水位與相對不透水層在兩岸的相交處，使壩基、壩體和壩肩形成一個(gè)完整封閉的防滲體系。

4．2．2壩體防滲設(shè)計(jì)

(1)防滲墻。當(dāng)壩體孔隙率較大，其它防滲方式不易滿足防滲要求時(shí)，可沿壩軸線設(shè)一道混凝土防滲墻，底部深入基巖lm～2m，并與基礎(chǔ)帷幕灌漿連接，墻厚一般取60cm～80cm。

(2)充填灌漿。當(dāng)壩體存在滲漏薄弱面或局部孔隙率較大而導(dǎo)致滲漏時(shí)，可采用充填灌漿，灌入粘土水泥漿，充填壩體孔隙，起到防滲效果。

(3)上游壩面鋪設(shè)復(fù)合土工膜防滲。它適合于各種原因引起的壩體滲漏，設(shè)計(jì)時(shí)必須注意：土工膜與上游壩腳(水下部分)防滲體的結(jié)合以及與壩基、大壩周圍與岸坡接觸處的連接，不能出現(xiàn)防滲“空檔”。例如，壩體采用土工膜，而基巖帷幕卻設(shè)在壩軸線處，這樣壩體與基巖接觸面就形成滲漏通道。

另外，壩體防滲還有劈裂、高壓旋噴等灌漿方法。

4．3排水設(shè)計(jì)

為有效排走壩體和基礎(chǔ)少量滲水，降低浸潤線，減小滲透壓力，匯集排走壩雨水，防止下游尾水沖刷壩腳，應(yīng)設(shè)壩體和壩面排水設(shè)施。只有防滲和排水相結(jié)合，做到上堵下排，才能保證大壩的滲漏安全。

4．3．1壩體排水

大壩整治壩體排水多采用棱柱體和貼坡式排水，要注意處理好原排水體及新老排水棱體的連接設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)時(shí)拆除原棱體失效部分。當(dāng)新增排水體距原排水體較遠(yuǎn)時(shí)，為節(jié)約排水材料，降低投資，同時(shí)又能利用原有排水體，可在兩者之間設(shè)水平排水帶，將其連接起來。同時(shí)又使棱體外觀平整美觀，采用“金包銀”式，即在干