硬殼壩在水毀大壩修復中的應用

硬殼壩在水毀大壩修復中的應用梯級大壩同時水毀，二座電站頓時癱瘓，重創(chuàng)了當?shù)氐纳a(chǎn)和人民群眾的生活秩序。一時間，群眾悲觀失望情緒迅速滋生蔓延開來。筆者硬是在這窘?jīng)r下，深入現(xiàn)場，反復勘測，精心比選，巧妙地采用硬殼壩結構或延長或加固，一冬完成了全部水毀修復工程，多快好省地恢復了xx二座電站發(fā)電，實現(xiàn)了當?shù)氐纳a(chǎn)自救。關鍵詞：壩施工；水毀修復；設計方法；方案選擇，硬殼壩山洪爆發(fā)，兇猛的xx水像一匹脫韁野馬一頭撞開xx大壩，攜滿庫河水傾巢而下，然未出十里突遇xx大壩攔截，困獸猶斗，決右岸圩堤而出。洪水退去，xx大壩殘存30m（左壩段xx大壩右岸農(nóng)田則深切成河，其寬達60m，長120m，兩座水庫均幾乎底朝天，幾百千瓦裝機陷于癱瘓，直接經(jīng)濟損失高達160萬元。重創(chuàng)了當?shù)氐纳a(chǎn)和人民群眾的生活秩序。為實現(xiàn)生產(chǎn)自救，xx縣委縣府決定迅速開展重建。2xx大壩加固與重建xx水電站裝機200kw，多年平均年發(fā)電量110萬kwh，壩址以上流域面積240km2，壅水建筑物為砼硬殼（內(nèi)包干砌石）溢流壩，最大壩高6.0m，壩頂長60m。1993年洪水沖毀右壩段30m，而殘存的30m左壩段也出現(xiàn)了幾條垂直裂縫和水平裂縫。如何修復，方案多多：一則是拆除殘存壩段，全長修建連拱壩；二則是加固左壩段，后重建兩跨連拱壩式右壩段；三則是先加固殘存左壩段，并據(jù)此加固后的截面輪廓修建砼硬殼包干砌石式右壩段。經(jīng)技術經(jīng)濟比較，第一方案造價高、工期長；第二方案造價雖次之，但因風格各異，有礙觀瞻；第三方案不僅造價最低、工期最短，而且新老壩段渾然一體簡樸大方很值推薦。在確定第三方案后就如何加固殘存之左壩段仍面臨著兩種型式之選擇，一是用砼硬殼全包殘存的左壩段；二是僅在殘存壩段加澆砼上游面硬殼以加固。經(jīng)筆者反復驗算并力薦，xx水毀工程修復指揮部聯(lián)席會議討論決定選擇后者。選擇僅加固殘存壩段上游面的方案，該殘存壩段上游面硬殼雖存在三條垂直、兩條水平裂縫，有破碎現(xiàn)象存在，但其下游面（硬殼）卻完好無損，因此可在其上游面重筑一底厚1.20m（伸入基層≥1.00m頂厚0.75m的砼硬殼，并適當增高0.25m壩高以使新澆上游段硬殼與下游老壩面能按克-奧型曲線平滑連接，詳見圖一，這樣，新澆的上游砼硬殼70.2570.25鑿去重澆(實際上僅打毛和鑿去凸棱)(實際上未施工)壩(實際上未施工)壩體(干砌塊石壩心)(實際上未施工)C15埋石砼加固體C15埋石砼加固體老64.8064.80640064.00 A640064.00 AA弱風化千枚巖面70.25C15埋石砼C15埋石砼干砌塊石壩心干砌塊石壩心64.8064.00 A64.0064.00 AAAC15埋石砼弱風化千枚巖面(b)重建壩段橫剖面(C)A---A剖面圖1盤山水電站重筑大壩結構及其尺寸和完好的下游老壩面便形成為一完整的砼硬殼，而原上游面硬殼同其身后的干砌壩體一樣作為堆砌料（離散體）被包裹在改造后的砼硬殼中，自然無庸人們?nèi)脑撋嫌卫蠅蚊娴牧芽p了，因此可按一完整的砼硬殼壩看待，經(jīng)核驗該加固改造壩段的穩(wěn)定和殘存強度（可用彈模儀測出）均滿足安全要求?？紤]到該殘存老壩體下游排水孔可能淤塞，加固改造時可在下游壩面直線段尾端鉆設Φ10@200的排水孔，以排水減壓（在實際修復中并未實施同時，為抵抗溫度應力作用等，在新澆的上游面硬殼外表面配置豎Φ10／8@300、橫Φ6.5@300的鋼筋網(wǎng)。重建的右壩段采用隔墻式砼硬殼結構，隔墻采用1.00m厚50＃漿砌塊石，間距4.00－5.40m，上游面砼硬殼底端（壩踵處）厚1.20m，頂端（壩頂處）厚0.75m；下游面硬殼頂端厚0.75m、末端厚1.00m。同時，為抵抗溫度應力作用等，在硬殼外表面配置Φ10@300（豎）和Φ6.5@300（橫）的鋼xx大壩左壩岸被洪水沖開一寬60m、長300m、深7.0m一豁口，河流改道于該岸農(nóng)田中，長60m，高5.5m的xx大壩雖安然無恙高聳河心中，卻已徹底失去了攔河壅水之功效，為恢如何封堵，存在著三種方案，第一方案是原狀恢復，回填被沖土方，修接上游圩堤和下游護岸；第二方案為在豁口中修筑一非溢流壩，并閉合于上游圩壩；第三方案則在豁口中修建一長45m且與原壩同高的砼硬殼包粗砂礫型溢流壩，后修接上游圩堤和下游護岸，經(jīng)測算比較不難發(fā)現(xiàn)第三方案技術經(jīng)濟指標最優(yōu)，其理由是：其一，第三方案增加45m長的溢流寬度，極大地提高了壩址處洪水宣泄能力，減少了壩上游水位的壅高度，這不僅可降低上游淹沒損失和上游圩堤工程量，而且還可避免重蹈河岸決口之覆轍，因此，第三方案較第一、二安全可靠；其二，第三方案工程因為它要修建的擋水建筑物是溢流壩，故其壩造價自然低，而且考慮到上下游河岸線應保持相對平順，在壩長上作適量的折減，即不是采用豁口寬的60m長，這樣既減少了壩體的工程量，同時，河岸回填的所需方量也不多。可第一、二方案不僅縮窄了泄洪斷面有再次被沖開之危險，而且土方填筑工程量十分巨大。因為，第一方案不僅要回填被洪水沖走10萬m3土方（當然也可恢復農(nóng)田10地處河灘、山塢價值不大而且要修筑的上游圩堤也較高；第二方案又因其壩頂不溢流，壩要增高4.00m，則其壩體方量要較溢流壩翻一番多，同時，由于該非溢流壩段如一丁字壩突兀于河心（大壩水毀后河面已增闊）中，不僅抬高了上游水位進而增加了上游圩堤方量，而且也擾亂了河水流態(tài)，排水排水造成該非溢流壩段下游巨大的回流區(qū)，因此，右岸豁口上修建非溢流壩的其下游護岸便斷然不可省略，故第二方案工程量亦十分巨大，而且施工技術要求也高。經(jīng)測算，第三方案較第一、二方案分別節(jié)省20和25萬元，故經(jīng)筆者推薦后獲xx水毀工程修復指揮部聯(lián)席會議批準并采用之。3.2結構設計新增溢流壩采用砼硬殼包粗砂礫結構，全長45m，分兩壩段，每段各長22.50m，最大壩高5.50m（不含1.40m深的截水墻壩底10.54m，不設底板，但設一組1.00m寬的漿.5930(正常高水位）.1：11：100R3100C15埋石砼干砌塊石墊層R3100C15埋石砼干砌塊石墊層干砌塊石墊層干砌塊石墊層上表面水泥勾縫上表面水泥勾縫C15埋石砼1上游面水泥勾縫53.801上游面水泥勾縫粗砂礫填料管偏弱風化千枚巖面53.8053.8053.80AAA900 圖2洙村水電站新筑大壩（攔截決口段）結構及其尺寸砌塊石隔墻，隔墻間距5.60m，上下游面砼硬殼厚自上而下為0.75－1.00m，為了節(jié)省硬殼內(nèi)模并加快施工進度，同時，也為了回收利用水毀殘存塊石，在硬殼內(nèi)側設一0.70m厚的干砌石過渡層以固定粗礫填料，另為盡可能地消除因砂礫填料的沉陷而導致硬殼受力不良之影響，砂礫體頂面和下游面上的干砌塊石過渡層都設成拱冠狀，如圖2所示。硬殼壩是一空間結構，嚴格地講要進行有限元分析，但這很繁復，故根據(jù)理論力學和材料力學的基本原理，偏安全地作些假設進而簡化計算出本壩的抗滑穩(wěn)定和強度指標均滿足安全要求，具體計算方法可有關參考文獻[1]。為抵抗溫度應力和彌補計算方法之欠精確，硬殼上游段內(nèi)外側均設置Φ12@200（豎）和Φ10@200（橫）的鋼筋網(wǎng)。xx二座大壩水毀修復堅持對癥下藥，因地制宜、就地取材、修建結合的原則，多方比較、精心遴選設計方案，大膽