右坝肩防渗处理中小坝田水库的设计变更方案研究

周晓磊

（中国水电基础局有限公司,天津 301700）

1 项目概况

本文所研究的具体项目是一座规模较小的水库——小坝田水库,项目总投资5943.26 万元。截至目前,大坝的两个坝肩边坡开挖、基坑开挖、重力墩、大坝右坝肩基础砼及坝身C15 细石砼砌毛石和大坝防渗砼已浇筑至1517.5 m 高程,左坝肩浇筑至1517.0 m 高程,主体浇筑99.06%,输水管道安装1.3 km。2018年,已完成投资906.98 万元,累计完成投资4731.1 万元。

2 小坝田水库工程项目分析

2.1 小坝田水库坝体应力计算分析

应力分析方法采用多拱梁静力分析,采用多拱梁分载的四向协同计算,将坝体分为9 拱23 梁,拱圈线形式为抛物线,同时还考虑了表孔溢流,在此基础上,考虑了混凝土梁的荷载分布,考虑了水压力、泥沙压力、温度荷载、地震荷载等因素的影响,其应力分析结果见表1。

表1 应力计算成果表 单位：MPa

结果显示,该方案在不同的载荷作用下,其应力状况良好,坝体变形均匀、合理,符合设计要求。

2.2 坝基处理措施分析

根据材料力学原理,对垫层的应力进行了计算,并用下列公式计算了垫层的应力：

式中：∑W 为计算截面上全部推力之和；∑M 为计算截面形心的力矩之和。

采用材料力学的方法,将边坡的弯矩转换为正、切向力,并将其转换为正应力和切向力。在 ADAO 的分析基础上,考虑到坝体右岸1485m 以下、左岸1479m 以下的应力,采用正常蓄水位+温降+校正水位+温升两种工况,分别进行了坝基应力处理前后的计算,结果见表2和表3。

表2 坝基应力正常水位工况

表3 坝基应力校核水位工况

应力合力计算结果见表4和表5。

表4 坝基应力合力(处理前）

表5 坝基应力合力(处理后）

从表4可知,在正常水位条件下,坝基压力是2.48 MPa,超出了地基容许承载能力[σ]=1 MPa 的要求。在对大坝进行检测时,大坝的压应力达到了2.60 MPa,超出了地基容许承载能力[σ]=1 MPa 的要求。

从表5可知,在正常水位条件下,坝基压力应力为0.68 MPa,符合地基容许承载力[σ]=1 MPa。在校核洪水状态下,大坝的压力应力为0.71 MPa,基本达到了基础容许承载力[σ]=1 MPa。

结果表明：经过加固处理后,坝肩基础的应力得到了显著的提高,其最大应力为0.26 MPa（水平方向,校核水位工况）,竖向最大压力为0.71 MPa,达到了基础容许承载力[σ]=1 MPa。

3 小坝田水库项目——坝基、坝肩渗透状况分析

通过渗漏分析表明,在不进行治理的情况下,右坝肩渗流量为2.99 m3/d,绕坝流量19.64万m3/a,在砂砾岩层的外缘处,水力比降为0.16,超过砂砾岩层允许的水力比降为0.1～0.12,为了避免渗流的发生,需要对右坝进行工程截渗。经过防渗处理,年绕坝渗流量为2.01 m3、13.21 万m3、砂砾石层出口处的水力比降为0.08,低于砂砾岩层的水力比降为0.1～0.12,不存在渗流破坏现象。为进一步了解右坝肩的渗流情况,按照天然和截渗处理后两种情况,对大坝右坝肩的渗流情况以及右坝肩各断面的水力坡降值进行了计算分析,计算结果见表6、断面的水力坡降值见表7。

表6 处理前后右坝肩各区绕坝渗流量

从表7处理前后右坝肩各区绕坝渗流量结果分析可知,在初始条件下,右坝肩部的渗流较大,0.6 m～1.5 m 厚的强渗透砂砾是最主要的渗流通道,而沿坝体的渗流则以此为中心。在表8右坝肩各断面的水力坡降值中可以看到,在截渗后,右坝肩的水力坡降均减小。

表7 右坝肩各断面的水力坡降值

4 小坝田水库项目防渗处理设计变更

4.1 变更因素

4.1.1 小坝田水库所在地连续强降雨

小坝田水库的连续强降雨导致水库水位升高到1514.80 m,距离正常水位1515.00 m 仅0.2 m。汛期巡库人员发现水库右坝肩下游明显集中渗漏地段三处,总渗漏量约0.2 m/s,渗漏段边坡覆盖层局部存在垮塌现象。

4.1.2 该区域地质不佳

根据现场地质调查,该区段存在着裂隙、软弱夹层等不良地质,部分岩体断裂,在重力墩下有一条未掘尖的溶槽,贯通了重力墩的上下游,从而形成了绕坝渗漏[1-2]。事故发生后,通过勘察发现下游坡面上有多处开裂和变形,这表明滑坡的稳定性已严重影响到下面的施工人员的人身和财产安全。

4.2 变更目的

为了妥善解决小坝田水库的渗漏,保证施工安全,也为了水库下游村寨人民的生命及财产安全,对小坝田水库防渗处理方案进行设计变更。

4.3 防渗处理方案对比选择

以下列举了三个防渗处理方案,并对其进行了对比选择。如表8所示,劈裂注浆具有设备简单、快速施工、成本低廉等优点,但其耐用性略差,且防渗墙的厚度偏小；但鉴于目前的坝顶宽度不足,而塑性砼防渗墙的施工需要大面积（13 m以上,需要减少2.5 m）,成本高,进度缓慢。因此,本文提出利用装置简单、施工迅速、固结强度大、防渗可靠性高的高压摆喷灌浆工艺来进行坝体防渗加固[3]。

表8 小坝田水库项目防渗处理方案比选

4.4 变更结果分析

在防渗设计变更方案实施后,大坝右岸设置了隔水墙,因隔水墙后无水,导致坝体应力状况发生变化,而右坝肩基岩出现局部断裂,导致坝基参数发生变化,必须进行安全复核。基于上述条件,根据大坝地质条件、气候条件、坝基地质和力学指标,结合不同的水位条件和不同的温度荷载,利用有限元方法对大坝的应力和变形特征进行了计算和分析,并根据规范要求对坝体的等效应力进行校核,对加固后的大坝进行总体稳定性分析——坝体变形、应力、稳定符合设计规范。

5 结语

贵州是一个喀斯特地带,在其水库的建设当中防渗措施的选取是非常重要的。在小坝田水库右坝肩防渗治理的应用中,要做好前期的准备工作,做好坝体、坝基等部位的施工,并比较三种不同的注浆方案,最后得出较为可靠、合理的注浆方案,为水库的除险加固工作提供依据[4]。在今后,水库的除险加固工程仍将是其发展的重点,而防渗处理的设计更是备受关注,因此必须对工程的细节进行严格的管理,以保证工程的质量。