龙潭坑水库砌石拱坝除险加固设计

（温州市水利电力勘测设计院，浙江 温州 325000）

龙潭坑水库砌石拱坝除险加固设计

罗兆鹏，袁 慧

（温州市水利电力勘测设计院，浙江 温州 325000）

洞头县龙潭坑水库为双曲砌石拱坝, 2013年认定为三类坝，存在的主要问题为大坝拉应力超过规范标准,坝体多处出现裂缝，渗漏较大。加固设计采用在迎水面坝基以上17.50 m范围内增设0.50 ～ 2.00 m厚混凝土防渗面板；对坝体裂缝进行灌浆，堵塞渗流通道和缝隙，加固补强坝体和提高防渗性能。除险加固后，消除了大坝多年的隐患，确保了水库的安全运行。

砌石拱坝；加固设计；防渗面板；灌浆设计

1 工程概况

龙潭坑水库位于洞头县北岙街道，水库集雨面积1.00 km2，总库容48.00万m3，属小（2）型水库。大坝为砌石双曲拱坝，由非溢流坝段和溢流坝段组成，坝顶高程76.50 m，最大坝高27.50 m，坝顶长度142.20 m，坝顶宽2.00 m，坝底宽7.00 m；溢流堰顶高程75.00 m，堰顶净宽14.00 m。正常蓄水位75.00 m，设计（P = 0.33%）洪水位75.73 m，校核（P = 0.50%）洪水位75.90 m，最大下泄流量23.70 m3/s。水库主要功能为供水，并兼顾防洪。

2013年水库认定为三类坝，即病险水库，存在的主要问题为：大坝拉应力超过规范标准,坝体多处出现裂缝，渗漏较大，无法正常运行，需要进行除险加固。除险加固的主要内容有：①在迎水面增设混凝土防渗面板，加厚坝体，改善坝体应力条件；②对坝体裂缝进行防渗处理，减少坝体渗漏。

2 加固设计方案

2.1 防渗面板方案比选

根据安全认定成果，坝体最大拉应力1.85 MPa，不满足规范要求，拟采取加厚坝体的加固方案以改善坝体应力。以规范应力控制标准进行试算[1]，分别拟定上游面坝底加厚1.50，2.00，2.50，3.00 m，顶部均加厚0.50 m，拱冠梁上游面按三次方曲线渐变，计算坝体最大拉应力。坝基加固厚度应力试算见表1。

表1 坝基加固厚度应力试算表

试算成果显示，坝基加厚厚度在2.00 m以内时，随着厚度的增加，最大拉应力逐渐减小；当加厚超过2.00 m时，随着厚度的增加，最大拉应力降低变化不大。如表1所示，坝基加厚1.50 m时，最大拉应力不满足规范要求；加厚2.50 m时，对于坝体最大拉应力的降低影响不大，且加厚方量较大，投资大。最终确定坝加厚2.00 m。

在确定上游面加厚范围时，以规范应力控制标准进行试算，拟定了全坝面、坝基以上20.00 m范围、10.00 m范围加厚3个方案。面板加固范围应力试算见表2。

表2 面板加固范围应力试算表

试算成果显示，随着加固高度的增加，最大拉应力逐渐减小；但当加固高度超过20.00 m时，随着高度的增加，最大拉应力降低变化不明显。现状坝体拉应力主要出现在坝体上游面坝踵部位，上部应力较小，上部加厚对坝体最大拉应力的降低影响不大。如表1所示，坝基以上10.00 m范围进行加厚时，坝体最大拉应力不满足规范要求；全坝面加厚时，加厚的方量较大，越往高处加厚，施工难度越大，所需排架工程量也相应增加，投资越大。因此，坝基以上20.00 m范围加厚时，可以满足要求。在此基础上进行试算和优化，最终选定在迎水面坝基以上17.50 m范围内增设0.50 ～ 2.00 m厚混凝土防渗面板，坝体拱冠梁上游面曲线为y = 0.004 Z3+ 0.002 9 Z2+ 0.001 1 Z + 0.035。其中，Z为坝高（m），y为拱冠梁上游面与坝底凸点的水平距离（m）。

2.2 防渗面板设计

防渗面板采用C20W6F50钢筋混凝土现浇。面板底部与基岩采用φ20@1.50 m锚筋连接，梅花型布置。为利于面板与原坝面结合，在浇筑之前，对砌石缝已开裂但尚未脱落的砂浆予以凿除，原坝面上的风化层及污物、淤泥和其它附着物用高压水进行彻底清除，表面空洞的地方，用砂浆进行填充。同时采用砂浆锚杆连接，直径φ20，间距2.50 m，梅花型布置，锚杆伸入原坝体1.00 m。锚孔采用风钻钻孔，略向下倾斜3° ～ 5°，便于注入砂浆。

为提高面板混凝土的抗裂性能，在混凝土表面设φ8钢筋网，间距200 mm，方格布置，同时在混凝土中掺加适量的聚丙烯纤维，掺量为0.7 ～ 0.9 kg/m3。防渗面板每隔22.0 m设1道后浇带，后浇带宽1.00 m，共设4道。后浇带与先浇混凝土止水采用遇水膨胀止水带，后浇部分采用C25膨胀混凝土。

由于贴面混凝土受到老坝体的约束，易产生约束裂缝。设计采用了3种对策处理：①施工时防渗面板设后浇带；②混凝土防渗面板迎水面布置φ8@200钢筋网，钢筋网与坝体采用锚筋相连；③混凝土中掺加聚丙烯纤维。从而有效地控制面板表面裂缝的开展，提高了混凝土的耐久性、抗渗性、抗裂性和韧性。

2.3 坝体灌浆设计

根据安全认定的结果，大坝施工质量较差，取芯不完整，吃浆不饱满，砌缝宽，坝体内砂浆流失严重，并存在蜂窝现象，砌石之间存在渗漏通道。设计采用在低温季节对坝体水平裂缝进行灌浆，堵塞渗流通道和缝隙，加固补强坝体和提高防渗性能，进一步提高坝体的承载能力和完整性。坝体灌浆共布设2排，分布于上游面和下游面。布孔采用沿缝斜孔（角度40°）交叉布置，孔深3.00 m，穿过水平缝1/3深度处，裂缝密集部位孔深5.00 m，孔距加密布置。灌浆压力为0.3 MPa，分3序施工，采用全孔1次灌浆法，通过灌浆，解决了坝体内部由于不密实而导致的渗漏安全隐患。

2.4 裂缝和渗漏点处理方案

面板以上裂缝及坝后渗漏部位的处理则通过开槽，沿裂缝凿成“V”形槽，宽度约15 cm，深约8 cm，清除槽内松动的混凝土碎屑及粉尘，骑缝钻孔，孔距视裂缝宽度取0.50 ～ 1.00 m，预埋灌浆管往缝内灌注LW水溶性聚氨酯，槽内填充HK - 8505聚氨酯弹性密封胶。大坝加固剖面见图1。

图1 大坝加固剖面图

2.5 加固后应力分析

应力计算采用拱梁分载法，运用拱坝体型优化设计程序“ADAO”进行计算[2]，加固后体型参数见表3。

根据规范并结合工程实际情况，坝体结构应力计算考虑6 种工况（见表4）， 经过加固后，6种工况下的坝体结构应力均满足规范要求。

表3 加固后大坝体形参数表

表4 坝体结构应力计算工况表

3 加固效果分析

工程于2014年3月开工，2014年12月完工，2015年11月竣工验收。经过2015年汛期考验，工程运行正常，上游面板未发现裂缝，充分肯定了贴面混凝土面板防裂措施是有效的。高水位运行时，坝后无渗漏，原渗漏点均未出现渗漏现象，工程初期运行正常，达到了除险加固的目的，充分发挥了水库应有的功能。工程建成后其社会效益显著，为洞头区人民生活用水提供了保障，对洞头区经济建设具有重要意义。

4 结 论

（1）建于20世纪六七十年代的浆砌石小型拱坝，由于施工技术薄弱，砌筑质量控制不好，导致坝内不密实，存在渗漏通道，易造成坝体严重漏水，对大坝安全运行带来严重隐患。在除险加固工程实践中，针对这类坝型出现的问题，可采用坝体灌浆结合坝面裂缝化学灌浆处理，充填坝内孔隙，堵塞渗流通道，达到加固补强坝体，提高防渗大坝能力。

（2）对于坝体单薄，坝面不平整，存在拉应力超标的情况。可采用在坝体迎水面增设防渗面板，通过多次试算，确定增设面板的最优厚度和高度，既可解决了坝体应力超标，又节省投资；结合灌浆措施又能补强坝体，进一步提高坝体的承载能力和完整性。该方案工艺简单，而且防渗效果可靠，耐久性长。

[1] 郑建青，朱友聪.白水际水库砌石拱坝的除险加固设计[J].浙江水利科技，2010(增刊)：20 - 22.

[2] 李玉起，王明，姜宇.大岭山水库浆砌石拱坝除险加固设计[J].人民珠江，2013(5)：37 - 39.

[3] 中华人民共和国水利部.SL 282 — 2003混凝土拱坝设计规范[S].北京：中国水利水电出版社，2003.

[4] 中华人民共和国水利部.SL 25 — 2006砌石坝设计规范[S].北京：中国水利水电出版社，2006.

（责任编辑 姚小槐）

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2016-12-25

罗兆鹏(1989 - )，男，助理工程师，大学本科，从事水工结构设计。