中小型病险水库加固设计研究

2022-11-29何维军

陕西水利 2022年9期

何维军

（江西信江水利电力勘察设计有限公司,江西上饶 334000）

1 工程概况

华兴水库兴建于20 世纪70 年代,距今约有半个世纪,大坝在防渗上主要依靠粘土斜墙,坝体材料主要由砂砾料和壤土组成,坝顶高程、宽度分别为410.5 m和5.5 m,大坝长度为371 m,大坝的最高处高度为25.55 m,土石坝工程等级为3 级。开敞式溢洪道处于坝体左端,由山体开挖而成。输水洞处于坝体左端为有压隧洞,截面程圆形,内衬钢筋混凝土；包含主动和发电支洞,前者长度131 m,后者长度19 m,合计全长150 m。

2 大坝渗漏原因分析

华兴水库大坝投入使用已近半个世纪,在对其安全评估过程中发现如下问题：

（1）依据地质勘察结果,左右两侧大坝端部的山体存在风化带,在正常蓄水的条件下,存在水流绕渗的情况,需要采取相应对策进行防渗处理。

（2）上游坝坡干砌块石多为片石,厚度较薄且石块直径较小；下游坝坡稳定性系数较小,未能达到允许值。

（3）大坝观察设施缺乏,改造中应增加观测设备的配置。

（4）设计洪水位标高程为408.406 m,但黏土斜墙的顶部标高是408.052 m,没有达到规范要求。采用浆砌石修筑成的防浪墙,无法发挥挡水的能力。

大坝建设过程中,在修建坝体心墙时,对土料质量没能采取有效控制措施,经勘察钻孔分析,发现其填土多为砂砾、砂壤等松散粒料,结构的整体性较差,容易造成漏水情况。再加上大坝心墙高度较低,情况严重时可形成渗流通道。

因项目所处位置的地层中存在大量片麻岩层,在地质作用下受到了严重的风化,且在施工中没有得到彻底的清除,造成坝基坐落在厚度超过2 m的风化层上。通过压水试验结果发现,项目所在位置岩体中风化后的透水率在8 Lu左右,而强风化岩体最大达到16 Lu。因大坝坝肩位置岩体裂隙发育明显,其加固处理也愈发紧急。

3 大坝稳定分析

以大坝的最不利截面作为稳定性计算的断面,渗透系数及土体容重以地勘报告为依据进行取值根据相关试验获取,在抗剪强度的取值上,以试验取得的小值均值为准。土的饱和容重按照下式进行计算[1-3]：

式中：γsat和γ分别为土的饱和容重和天然容重；G为土粒重度；W为土的天然含水量；R为水的容重。表1是大坝土料的性能指标。

表1 华兴水库大坝土料性能指标

稳定性计算中假设坝体为混合式土石坝,采用瑞典圆弧法对坝坡的抗滑稳定安全系数进行计算。计算所得大坝在正常和非正常运行条件的边坡稳定系数见表2。

表2 下游边坡稳定系数计算结果

通过表2可以发现,下游边坡的稳定系数要小于允许值,因此,土坡的稳定性不足,需要加固才能满足使用要求。

4 大坝除险加固设计

4.1 大坝结构设计

不改变原有大坝坝顶的标高,其高程为410.5 m,拆除并重建防浪墙和斜墙,其顶端高程分别为411.5 m、408.6 m。加固设计中,将原有坝顶宽度进行拓展到5.5 m,坝顶道路的结构层自上而下为：7 cm沥青面层、15 cm水稳碎石基层、20 cm砂石改良路床。防浪墙设计材料为一级钢筋和C25 混凝土,底部宽度、顶部宽度和高度分别为1.8 m、0.45 m和2.9 m,考虑到防浪墙的长度比较大,设计中每隔20 m设置一道伸缩缝以避免温差过大造成墙体开裂。图1为防浪墙示意图。

4.2 护坡设计

加固设计不改变上游堤坝边坡的坡度,上游边坡分为三级,自上而下的坡比分别为1∶2.5、1∶3和1∶2,在392.5 m和401.5 m的高程上分别设置宽度为1.5 m和3.5 m的戗台。现状在392.5 m高程以上采用砌块护坡,具有片石多、厚度薄的缺陷,在雨水侵蚀和冻害作用下,护坡发生严重破坏。本次加固设计将在拆除原有392.5 m高程以上砌石后,按照原有坡度在下层铺设10 cm碎石,上层铺设30 cm砌石。

下游自上而下的坡比分别是 1∶1.8、1∶1.9和1∶2.5。坝坡稳定系数相对较小,没能达到规范下限。本着合理利用资源的原则,护坡所用材料来自上游拆除下来块料,将上部坡比1∶1.8、1∶1.9段改为 1∶2,并在高程400 m处设置马道宽度2 m。拆卸块石料敷设在下层边坡,增加厚度为20 cm,并在400 m高程的位置新设宽度为2 m的戗台。