關(guān)于水庫(kù)大壩除險(xiǎn)加固安全性設(shè)計(jì)的探究
摘要：本文主要從抗震，壩體和壩基防滲，上游和下游護(hù)坡加固設(shè)計(jì)以及分析壩體穩(wěn)定等方面對(duì)水庫(kù)大壩除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)的分析。
關(guān)鍵詞：除險(xiǎn)加固,水庫(kù)大壩,抗震,防滲,護(hù)坡,壩體穩(wěn)定
據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，廣西已建水庫(kù)共有4351座，截至2011年，廣西共有1725座水庫(kù)經(jīng)安全鑒定確定存在老化、人為破壞、自然侵蝕等現(xiàn)象。這些水庫(kù)工程為對(duì)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)環(huán)境的破壞和災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)越來(lái)越大，嚴(yán)重威脅著社會(huì)穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)發(fā)展。因此，做好病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固工作成為當(dāng)前水利工作的重中之重和當(dāng)務(wù)之急。
一、水庫(kù)除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)
(一)抗震加固
由于工程現(xiàn)狀上游壩坡較陡，壩坡最陡處僅為1：1.7，為確保工程安全，在對(duì)原砂殼進(jìn)行翻壓、振沖加固的同時(shí)，適當(dāng)放緩上游壩坡。根據(jù)壩坡抗滑穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果，加固后的上游壩坡在高程55.Om處設(shè)寬2m的戧臺(tái)，戧臺(tái)以上壩坡為1：2.5，以下1：2.75。砂殼補(bǔ)坡采用中粗砂。上游砂殼翻壓需分段進(jìn)行開(kāi)挖，并分層填筑、壓實(shí)。上游砂殼翻壓及補(bǔ)坡加固后的相對(duì)密度要求不小于0.75，滲透系數(shù)不小于lxlO-4cm/s。上游砂殼振沖范圍為高程45.0～39.Om之間的砂殼。其中，0+210～0+330段，需將高程44.0～45.Om之間的壤土挖除后回填中粗砂再振沖加固。振沖樁間距1.75m，梅花型布置，豎向最大振沖深度6m，振沖填料采用碎石。振沖加周后的砂殼相對(duì)密度要求大于0.75。上游壩腳塊石壓重體為復(fù)式壓重體，頂部壓重平臺(tái)頂高程為47.6m，頂寬8m，壓重體坡腳邊坡1：2.75;底部壓重平臺(tái)頂高程為43.2m，頂寬18.5m，壓重體坡腳邊坡1：1。壓重塊石應(yīng)選用新鮮、堅(jiān)實(shí)、粒徑較大、具有一定抗風(fēng)化能力和抗水浸能力的石塊
(二)壩體防滲加固
根據(jù)地質(zhì)勘察資料，高程55.8m以上的心墻頂部接高部分與底部心墻之間的接觸帶質(zhì)量不均勻，含砂量較高，造成接觸帶滲漏嚴(yán)重，必須進(jìn)行處理。壩體防滲加固采用挖除接高心墻、重建壤土防滲體方案。施工時(shí)將壩體頂部開(kāi)挖至55.3m高程后，分層回填壤土并壓實(shí)。下游側(cè)開(kāi)挖邊坡為1：1，壤土心墻寬度不小于2.Om，兩側(cè)回填中粗砂。加固后的壤土心墻壓實(shí)度要求不小于O.97，砂殼相對(duì)密度不小于O.75。
(三)壩基防滲加固
根據(jù)水庫(kù)樞紐現(xiàn)狀、地質(zhì)勘察分析成果、現(xiàn)狀大壩滲流形態(tài)分析結(jié)果，結(jié)合目前土壩防滲加固的措施，確定本次防滲設(shè)計(jì)采用高壓定噴防滲墻與帷幕灌漿相結(jié)合的防滲方式：壩體與壩基接觸部分土體防滲采用大壩防滲墻(高壓定噴灌漿)，主要解決粘土質(zhì)砂、卵石混合土造成的接觸沖刷問(wèn)題;壩基基巖防滲采用帷幕灌漿，主要解決壩基及黃土臺(tái)地滲漏問(wèn)題。具體布置如下：壩體與壩基接觸部分土體防滲采用高壓定噴灌漿防滲，定噴灌漿孔采用帷幕灌漿孔擴(kuò)孔，位置沿下游側(cè)帷幕灌漿軸線(xiàn)，防滲墻厚0.4.m，孔距2.m。
壩基防滲采用帷幕灌漿，帷幕灌漿頂部及定噴防滲墻底部銜接于基巖面上。防滲帷幕共設(shè)兩排，中間部分位于上游馬道，兩邊部分位于壩軸線(xiàn)，其中下游側(cè)帷幕灌漿孔與定噴灌漿孔共用，孔口不一致進(jìn)行擴(kuò)孔即可，帷幕灌漿排距為2.0m，孔距為2.0m，梅花形布置，深度為11m～15m。
二、上游護(hù)坡加固設(shè)計(jì)
現(xiàn)狀上游壩坡不規(guī)則，壩體在(1：2.5)～(1：3.3)之間，加固后的上游壩坡在高程192.00m處設(shè)戧臺(tái)，頂部寬度為2.0m，戧臺(tái)以上壩坡為l：2.5，以下壩坡為1：3.0。根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，上游壩坡加固后的干密度應(yīng)不小于1.70g/cm。
(一)上游壩坡局部補(bǔ)坡設(shè)計(jì)
上游壩坡局部補(bǔ)坡前，第一步先對(duì)原壩面進(jìn)行刨毛處理，以保證新舊土料之間結(jié)合良好，刨毛深度一般不小于0.30～0.50m，采用刨毛機(jī)作業(yè)，工效高，效果好。第二步按照設(shè)計(jì)鋪土厚度0.30m進(jìn)行鋪土，采用推土機(jī)和平土機(jī)整平，務(wù)必使鋪土厚度均勻，保證壓實(shí)質(zhì)量。第三步進(jìn)行碾壓，碾壓時(shí)應(yīng)平行于壩軸線(xiàn)方向進(jìn)行。
碾壓機(jī)械可選用13t的振動(dòng)碾，按從下向上分層、從兩端向中間的順序，逐層、逐段進(jìn)行碾壓，分段長(zhǎng)度一般在100m左右，盡量減小土料的場(chǎng)內(nèi)運(yùn)距，提高施工效率。碾壓方法宜采用進(jìn)退錯(cuò)距法，碾壓遍數(shù)以于密度達(dá)到1.70g/cm3。以上為準(zhǔn)，壓實(shí)度不小于96%。
(二)上游壩坡護(hù)坡設(shè)計(jì)
原大壩上游的干砌亂石，不僅塊徑小、質(zhì)量差，而且風(fēng)化、毀壞十分嚴(yán)重，護(hù)坡石下面的反濾料不符合規(guī)范要求。為保證大壩的安全，應(yīng)對(duì)大壩上游護(hù)坡進(jìn)行整修。
護(hù)坡石粒徑及厚度，可通過(guò)計(jì)算得：校核洪水位時(shí)，塊石的平均粒徑為0.14m;興利水位時(shí)，塊石的平均粒徑為0.20mm。為了節(jié)省投資及工程安全，本工程上游護(hù)坡采用如下方案：確定高程192.O0～197.OOm之間，方塊石的厚度選用0.25m;確定高程192.OOm以下，方塊石的厚度選用0.20m。方塊石的平面尺寸不小于400mmx300mm。
三、下游護(hù)坡加固設(shè)計(jì)
(一)下游壩坡加固處理
經(jīng)復(fù)核大壩現(xiàn)狀下游壩坡抗滑穩(wěn)定滿(mǎn)足規(guī)范要求，但現(xiàn)狀壩坡土體多裸露，平均草皮的覆蓋率不足50%，坡面高低不平，多處出現(xiàn)沖溝，相對(duì)沖刷面積達(dá)22%，平均沖刷深度約14cm。下游壩坡的加固設(shè)計(jì)方案是：按大壩設(shè)計(jì)斷面進(jìn)行整平，新建草皮護(hù)坡。為保證草皮成活，壩坡表層換填厚0.3m壤土。下游壩坡在高程195.50m、188.50m處設(shè)戧臺(tái)，戧臺(tái)頂寬芝為2.Om，下游壩坡坡比為1：2.50、1：2.75、1：2.75。
(二)下游坡面排水工程
下游坡面豎向預(yù)制混凝土排水溝、縱向砌石排水溝損壞嚴(yán)重。結(jié)合下游補(bǔ)坡，原壩面排水程需拆除重建。
a、豎向排水設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)沿壩坡每50m設(shè)置一條豎向排水溝，共計(jì)lO條。采用MIO水泥砂漿砌石矩形排水溝，排水溝凈深0.30m，底凈寬0.50m，用M12.5水泥砂漿勾縫。每隔15m設(shè)一道沉降縫，縫內(nèi)填塞橡塑板。
b、縱向排水設(shè)計(jì)。沿戧臺(tái)內(nèi)側(cè)設(shè)置2條縱向排水溝。采用MIO水泥砂漿砌石矩形排水溝，排水溝凈深0.40m，底凈寬0.50m，用M12.5水泥砂漿勾縫。每隔15m設(shè)一道沉降縫，縫內(nèi)填塞橡塑板。沿壩腳設(shè)置縱向排水溝，采用M10水泥砂漿砌塊石，原棱體排水體段(0+335～0+435)，排水溝凈深0.40m，底凈寬1.15m，漿砌塊石厚0.40m，其他壩段排水溝凈深0.50m，底凈寬0.50m，漿砌塊石厚0.40m。
四、壩體穩(wěn)定分析
大壩加固后，心墻與砂殼加固部分土料的物理力學(xué)指標(biāo)發(fā)生了變化。必須重新進(jìn)行壩體穩(wěn)定分析。選擇壩高較大的0+304斷面為大壩加固后穩(wěn)定計(jì)算斷面。
(一)滲透穩(wěn)定分析
計(jì)算工況僅考慮穩(wěn)定滲流的興利工況，其上游興利水位54.Om，下游水位平地面。根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，下游砂殼和壩基砂的滲透變形類(lèi)型均為管涌 允許水力坡降分別為0.27、0.3l。經(jīng)計(jì)算，0+304斷面壩基砂的最大水力坡降為O.07，下游砂殼為0.09，最大水力坡降發(fā)生在壩腳處，其數(shù)值均小于允許坡降，故不會(huì)發(fā)生滲透破壞。心墻壤土的滲透變形類(lèi)型為流土，允許水力坡降為4;經(jīng)計(jì)算，心墻壤土的最大水力坡降為0.49，發(fā)生在齒槽底部，其數(shù)值小于允許坡降，也不會(huì)發(fā)生滲透破壞。
(二)壩坡抗滑穩(wěn)定分析
采用簡(jiǎn)化畢肖普法進(jìn)行壩坡抗滑穩(wěn)定分析。各工況下大壩下游壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)往往多小于規(guī)范允許值。因此，大壩上游維持原壩坡不變，從上到下分別為1：2.5，1：3.0，變坡處設(shè)置一馬道，寬2.0m，高程919.30m。而對(duì)下游原壩坡則采取清除500 mm厚表面砌石及碎石墊層，同時(shí)放緩壩坡進(jìn)行碾壓土培厚處理的措施，范圍樁號(hào)壩0+010～壩0+240。培厚處理后下游壩坡從上到下分別為1：2.0，1：2.5，1：2.75，1：3，變坡處各設(shè)一馬道，寬2.0m，高程分別為922m，918m，910131。下游壩腳排水棱體處清除表面風(fēng)化層及雜物后新建堆石排水棱體，排水棱體高2.6m～6.0m ，頂寬2.0m。
參考支獻(xiàn)：
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[2]賀忠達(dá).水利工程施工技術(shù)方法分析[J].科技促進(jìn)發(fā)展，2009，(08).
