鐵羅坪水庫(kù)大壩除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

曾連山

(五華縣水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)室，廣東五華 514400)

1 五華縣鐵羅坪水庫(kù)工程的介紹

五華縣鐵羅坪水庫(kù)是一個(gè)具有農(nóng)田灌溉、防洪、發(fā)電等多種功能為一體的水庫(kù)工程。主要由灌溉發(fā)電取水管、壩后電站、擋水大壩、壩頂溢洪道等部分組成。其中水庫(kù)大壩為漿砌石變半徑拱壩，壩底高60.0 m，壩底寬11.6 m，壩頂弧長(zhǎng)121.46 m，壩頂高820.53 m，壩頂寬4.8 m，壩頂?shù)闹行慕菫?124.6°。

水庫(kù)建成運(yùn)行以來(lái)，運(yùn)行過(guò)程中仍存在著不少的問(wèn)題以及安全隱患。其中最嚴(yán)重的就要數(shù)I期、II期壩體的接觸面出現(xiàn)的滲水問(wèn)題。雖然在水庫(kù)的投入運(yùn)行過(guò)程中均對(duì)其有過(guò)多次的不同程度的加固以及灌漿處理，但是所取得的效果并非十分理想，滲水問(wèn)題仍舊沒(méi)有得到根本性解決，這就導(dǎo)致水庫(kù)只能進(jìn)行低水位運(yùn)行，水庫(kù)的其他功能均沒(méi)有起到任何的作用。因此為了確保水庫(kù)的正常運(yùn)行以及大壩的安全，仔細(xì)研究與分析滲水的原因，針對(duì)這些原因?qū)λ畮?kù)的大壩實(shí)施除險(xiǎn)加固。

2 水庫(kù)大壩中存在的問(wèn)題及其分析

2.1 存在的主要問(wèn)題

該水庫(kù)大壩中的滲水問(wèn)題十分嚴(yán)重，表現(xiàn)在I期與II期的壩體接觸面滲水、左右兩邊壩肩滲水以及壩體出現(xiàn)裂縫而導(dǎo)致滲水。通過(guò)相關(guān)專(zhuān)業(yè)人員對(duì)大壩的安全進(jìn)行全位的鑒定與評(píng)估，其結(jié)果表示:I期與II期水庫(kù)壩體中存在著嚴(yán)重的質(zhì)量問(wèn)題，壩體的局部出現(xiàn)嚴(yán)重的裂縫問(wèn)題，并且右壩肩拱座、推力墩的穩(wěn)定性、壩體應(yīng)力的工程質(zhì)量均不達(dá)標(biāo)，不符合工程的要求，另外，由于右壩肩的巖體出現(xiàn)龜裂，導(dǎo)致下游堡坎的支架不穩(wěn)定，從而對(duì)其整體的穩(wěn)定性造成一定的影響。

2.2 水庫(kù)大壩滲水問(wèn)題的原因分析

經(jīng)過(guò)相關(guān)專(zhuān)業(yè)施工技術(shù)人員的全面鑒定以及在進(jìn)行除險(xiǎn)加固過(guò)程中的勘察設(shè)計(jì)研究得出以下的結(jié)果。

2.2.1 壩肩兩岸的推力墩對(duì)壩體無(wú)約束效果

在大壩初步設(shè)計(jì)時(shí)，由于壩址的地形條件使得在設(shè)計(jì)時(shí)雖然在兩個(gè)壩肩旁設(shè)有推力墩，但由于推力墩的體型較小，使得推力墩的作用只限于拱圈外延，而沒(méi)有固端束縛的效果。因此在此次的鑒定與復(fù)查中發(fā)現(xiàn)，在壩體現(xiàn)狀加上推力墩而組成壩體模型之后，在溫升機(jī)上校核洪水位這一特殊工況的環(huán)境下，在其高為820.5 m的拱端下方形成了一個(gè)拉應(yīng)力為－0.79 MPa的作用力，而在正常條件下高為820.5 m的拱端下方的拉應(yīng)力是－0.31 MPa。再加上次左右拱端剛好位與6號(hào)、1號(hào)裂縫附近，因此基本上可以認(rèn)為出現(xiàn)6號(hào)、1號(hào)裂縫的原因與其有著十分密切的關(guān)系。水庫(kù)大壩的下游立視圖，見(jiàn)圖1。

圖1 大壩的下游立視示意圖/m

2.2.2 封拱溫度的原因

在此次對(duì)大壩的全面鑒定與復(fù)核發(fā)現(xiàn)，在施工記錄的記載中說(shuō)明II期壩體進(jìn)行加高時(shí)并沒(méi)有實(shí)施溫度控制措施，再加上當(dāng)時(shí)的施工時(shí)間為夏季，由于環(huán)境的原因在施工季節(jié)當(dāng)?shù)氐臍鉁仄骄鶠?5℃。根據(jù)應(yīng)力的計(jì)算，當(dāng)封拱的氣溫達(dá)到25℃時(shí)，拉應(yīng)力能夠廣泛的分布，因此I期壩體的拱冠上游面在溫升加上校核洪水位這種特殊組合的工況條件下其拉應(yīng)力達(dá)到了2.36 MPa，這明顯超過(guò)了工程多允許的范圍［1］。

2.2.3 壩體填筑質(zhì)量的原因

根據(jù)左右兩個(gè)推力墩的鉆孔結(jié)果顯示，在進(jìn)行鉆孔的期間，壩體的下游面出現(xiàn)滲水以及射流狀況，并且這個(gè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)砂漿的填充并不密實(shí)，甚至有麻面、氣孔、蜂窩的現(xiàn)象，另外，砌石膠與混凝土砂漿不能完整的結(jié)合，這是由于壩體填筑的質(zhì)量不符合標(biāo)準(zhǔn)而形成的［2］。因此可以認(rèn)為出現(xiàn)壩體滲水的主要原因是I期與II期工程在進(jìn)行施工時(shí)，其質(zhì)量控制不過(guò)關(guān)，存在嚴(yán)重的質(zhì)量缺陷。

2.2.4 壩體體形的原因

常見(jiàn)的拱壩體形為雙向彎曲形，相較于水平拱圈曲線(xiàn)的形狀，水平向完全的拱形其效果更好。雙向彎曲形的具有調(diào)整壩拱的半徑、中心以及曲率［3］。在本文研究中的水庫(kù)大壩，針對(duì)壩體拱冠梁的設(shè)計(jì)是屬于直線(xiàn)的線(xiàn)形設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)剖面與下游面基本處于一個(gè)垂直狀態(tài)。由于壩面的上游與下游處于一個(gè)無(wú)凸點(diǎn)、無(wú)倒懸、不連續(xù)的狀態(tài)，從而對(duì)壩體的應(yīng)力有一個(gè)均勻的分配。另外，在左壩肩的出現(xiàn)不連續(xù)的開(kāi)外面，使得6號(hào)裂縫的周?chē)纬尚┰S的突變點(diǎn)，再加上突變點(diǎn)的爆發(fā)，使得6號(hào)裂縫點(diǎn)出現(xiàn)滲漏情況。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是由于I期壩體得拱冠拉應(yīng)力在特殊組合或者基本組合的工況條件下大于工程所能夠承受的范圍，拉應(yīng)力的的合格也是由于拱壩體型差的原因。

3 五華縣鐵羅坪水庫(kù)大壩的除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)方案

經(jīng)過(guò)相關(guān)專(zhuān)業(yè)施工技術(shù)人員的鑒定與復(fù)核以及原因分析發(fā)現(xiàn)，水庫(kù)壩體的在特殊組合以及基本組合這兩種工況的條件下所產(chǎn)生的拉應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出工程所允許的范圍，在加上大壩I期與II期的施工過(guò)程中存在不少的質(zhì)量控制問(wèn)題，從而導(dǎo)致大壩壩體中出現(xiàn)相當(dāng)多的裂縫，并且在高水位的狀況下其滲水狀況更加嚴(yán)重，對(duì)水庫(kù)的正常運(yùn)行以及功能的發(fā)揮造成了較大的影響。所以在制定大壩除險(xiǎn)加固的設(shè)計(jì)方案時(shí)，應(yīng)該首先解決其滲水問(wèn)題。針對(duì)這一問(wèn)題可以作上封下堵的施工，而在完善水庫(kù)壩體的應(yīng)力方面，應(yīng)該從增強(qiáng)壩體梁以及拱作用的削弱方面著手，適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行加厚處理［4］。

3.1 壩體除險(xiǎn)加固

大壩壩體除險(xiǎn)加固的設(shè)計(jì)圖，見(jiàn)圖2。

圖2 水庫(kù)大壩除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)的示意圖

3.1.1 水庫(kù)大壩壩體加固方案的制定

根據(jù)大壩目前所出現(xiàn)的問(wèn)題，在其加厚處理方面制定了兩個(gè)方案進(jìn)行比選。方案1即在水庫(kù)內(nèi)部進(jìn)行圍堰，而在水庫(kù)內(nèi)的上游面進(jìn)行加厚措施，此方案能夠在不增加防滲帷幕以及壩體不強(qiáng)的前提下對(duì)壩體進(jìn)行加厚，并且加厚層可當(dāng)做防滲層，但不足之處在于必須要放空水庫(kù)里的水資源，并且圍堰以及開(kāi)挖施工的難度較高。方案2即在水庫(kù)壩體原有的擋水功能，在水庫(kù)的下游面進(jìn)行加厚措施，此方案的設(shè)計(jì)長(zhǎng)處在于不用放空水庫(kù)中的水利資源，并無(wú)任何施工導(dǎo)流的問(wèn)題，方便快捷，但是不足之處在于在進(jìn)行加厚處理時(shí)必須要對(duì)水庫(kù)的壩體進(jìn)行灌漿處理，原壩體與新壩體之間的接觸面要保證排水的順暢。方案制定出以后，經(jīng)過(guò)相關(guān)人員對(duì)這兩個(gè)方案可行性的對(duì)比之后發(fā)現(xiàn)，方案1所需的造價(jià)比方案2更多，在綜合考慮了可行性以及資金的投入等方面的條件，最后決定采用方案2來(lái)作為水庫(kù)大壩除險(xiǎn)加固的方案。

3.1.2 水庫(kù)大壩壩體除險(xiǎn)加固的具體措施

水庫(kù)大壩除險(xiǎn)加固的措施主要分為上封措施以及下堵措施2個(gè)部分。在具體進(jìn)除險(xiǎn)加固措施第1個(gè)環(huán)節(jié)是上封措施。上封措施中應(yīng)該要注意:①采用環(huán)保型的水泥防水劑對(duì)從死水位751.3 m到正常水位515.0 m的壩面進(jìn)行涂抹。②從壩頂開(kāi)始對(duì)大壩的壩體進(jìn)行帷幕灌漿。③補(bǔ)強(qiáng)灌漿的施工應(yīng)由下游壩面開(kāi)始，其孔間之間的間距為3.5 m。

在完成以上3種施工來(lái)起到對(duì)上游壩面的封閉作用。下堵措施中的具體措施:①對(duì)下游面高程在760.3 m以下的壩面進(jìn)行加厚，以此增強(qiáng)壩體的整體剛度，注意加厚的厚度應(yīng)控制在2.0～2.5 m。②在原壩體與新建壩體的交界面安裝錨筋以及橫向的排水盲管，以此來(lái)完成原壩體與新壩體的結(jié)合，并且能夠順利排出原壩體中所積累的滲水。對(duì)壩體進(jìn)行加厚處理不僅能夠?qū)ζ鋺?yīng)力起到完善作用，還能對(duì)壩體的下游面進(jìn)行封堵。除了對(duì)壩體進(jìn)行加厚處理之外，針對(duì)壩面原有施工縫也要進(jìn)行連接灌漿處理。

3.2 水庫(kù)壩體加厚厚度的計(jì)算

雖然本著解決問(wèn)題以及水庫(kù)正常運(yùn)行的原則，對(duì)壩體實(shí)施加厚措施，并且顯然所加厚厚度的增加能夠更好的完善水庫(kù)壩體的應(yīng)力，但是站在資金投入的角度來(lái)說(shuō)，資金的投入會(huì)隨著加厚的厚度而增加，但厚度太薄又不能發(fā)揮加厚的作用，不利于施工，因此加厚厚度的選擇十分重要。本文所研究的水庫(kù)在經(jīng)過(guò)制定3種不同的厚度方案后，再加上參考其他項(xiàng)目工程［5］，綜合考慮了資金的投入、施工的安全以及預(yù)計(jì)的效果等方面，最終決定加厚的厚度為1.5 m。

4 結(jié)論

總而言之，水庫(kù)大壩的除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)，其關(guān)鍵在于首先要了解大壩的現(xiàn)狀、滲水的原因，再結(jié)合水庫(kù)大壩砌石拱的特點(diǎn)，才能更好的解決滲水的問(wèn)題。在目前我國(guó)水庫(kù)的除險(xiǎn)加固的設(shè)計(jì)中，最長(zhǎng)使用的是上封下堵的方法，也可以稱(chēng)之為壩體加厚方案。針對(duì)水庫(kù)滲漏這一問(wèn)題，施工單位應(yīng)該在水庫(kù)建設(shè)之初就應(yīng)該重視其質(zhì)量控制，抓好質(zhì)量控制，從根本上防止安全隱患的出現(xiàn)。

［1］葉鋒，阮雪茵，柯紅革.大壩基礎(chǔ)灌漿在臺(tái)州市水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程中的應(yīng)用［J］.浙江水利水電專(zhuān)科學(xué)校學(xué)報(bào)，2009(02):155－160.

［2］曹瑞森，于建星.淺談淶水縣累子水庫(kù)除險(xiǎn)加固施工工程大壩防滲墻施工工藝［J］.中國(guó)水運(yùn)(下半月)，2011(11):281－286.

［3］李瑞青，趙衛(wèi)麗，陳秀紅.大壩滲流測(cè)壓管設(shè)備及安裝在雙泉水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程中的應(yīng)用和質(zhì)量控制［J］.科技資訊，2011(08):47－50.

［4］袁曉玲，胡順能，伍儀保，等.大田水庫(kù)除險(xiǎn)加固方案研究［J］.三峽大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2011(06):102－107.

［5］周土香.低彈?；炷练罎B墻在龍游縣社陽(yáng)水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程中的應(yīng)用［J］.浙江水利水電專(zhuān)科學(xué)校學(xué)報(bào)，2007(03):123－127.