滴水巖水庫大壩上游重力墻加固典型方案探討

周永斌

(陜西省安康市紫陽縣水利局水資站，陜西 紫陽 725300)

滴水巖水庫大壩上游重力墻加固典型方案探討

周永斌

(陜西省安康市紫陽縣水利局水資站，陜西 紫陽 725300)

滴水巖水庫是一座以灌溉為主兼有防洪和供水等效益的Ⅴ等小(2)型水庫工程，大壩為漿砌石防滲斜墻堆石壩，上游為重力防滲墻，大壩自運行以來，由于上游重力墻邊坡太陡抗滑穩(wěn)定不足，壩體不穩(wěn)定，導致防滲墻多處裂縫、水庫滲漏嚴重等問題，影響其正常運行及壩體安全和下游防洪保安。針對大壩存在問題，對滴水巖水庫大壩除險加固施工方案加厚重力墻外加防滲面板、拋石和預應力錨固重力墻三種方案進行論證和比較，最終采取加厚重力墻外加防滲面板方案。經3年高水位運行，壩體原滲點未出現漏水，壩體穩(wěn)定，加固質量可靠，達到了預期效果。

大壩；重力墻加固；施工方案；滴水巖水庫

1 工程概況

滴水巖水庫位于漢江北岸漢江一級支流蒿坪河的滴水巖溝，行政區(qū)域位于蒿坪鎮(zhèn)的雙勝村，距下游蒿坪鎮(zhèn)4 km。壩址以上控制流域面積5.65 km2，是一座以灌溉為主兼有防洪、供水等效益的Ⅴ等小(2)型工程，設計灌溉面積4 500畝。樞紐工程由大壩、臥管式引水涵洞、溢洪道等部分組成。水庫總庫容75萬 m3，其中興利庫容52萬 m3，死庫容2.4萬 m3，滯洪庫容20.6萬 m3。設計洪水20 a一遇洪峰流量68.8 m3/s，相應庫水位596.40 m，校核洪水100 a一遇洪峰流量117 m3/s，相應庫水位596.70 m，死水位578.3 m。大壩為漿砌石防滲斜墻堆石壩，即上游為漿砌石重力防滲墻下游為堆石體，壩頂高程597.9 m，頂長117 m，頂寬5.6 m，壩底高程568.3 m，寬58 m，最大壩高29.6 m，大壩迎水坡571.9 m以下坡比為1:0.6，571.9 m以上坡比為1:0.3，背水坡582.5 m以上坡比1:1.21,582.5～575.3 m之間坡比為1:1.24，575.3 m以下坡比為1:1.2，背水坡在575.3 m高程處設一戧臺，寬1.5 m，在582.5 m處也設有戧臺，寬3 m。上游壩面為漿砌石防滲斜墻，頂厚1 m，底厚5 m。引水洞進口臥管位于大壩右岸山坡，為臺階型，縱坡1:1.6，每臺高0.5 m，孔徑0.35 m，臥管下端通過消力池與涵洞相連。涵洞全長37 m，為漿砌石圓拱直墻型斷面，寬1.2 m，直墻高1.6 m，縱坡1:50，在涵洞段進口設置排水閘一道。溢洪道位于大壩左岸，為側槽式，總長70 m，溢流堰采用梯形實用堰，堰頂高程593.9 m，堰頂長30 m,設計最大下泄流量117 m3/s，側槽底寬由2 m漸變至8 m，長30 m，縱坡i=0.05%，側槽后接泄槽，為梯形斷面，平均底寬6 m，邊坡1：0.5，縱向坡比i=0.024%，長40 m。

滴水巖水庫保護下游蒿坪鎮(zhèn)、大竹園鎮(zhèn)、襄渝鐵路、310省道、包茂高速公路、1.4萬人和0.66萬畝耕地。

2 區(qū)域工程地質

工程區(qū)位于大巴山北部，鳳凰山東南部的中低山區(qū)，地勢西北高，東南低，海拔高程500～1 200 m，河谷切割深度大于150 m，河流呈V字型發(fā)育，兩岸山坡陡峻，植被覆蓋良好。滴水巖水庫位于蒿坪河中上游，河床兩岸有斷斷續(xù)續(xù)呈條帶分部的河流一級階地，階地堆積物二元結構清晰，上部粉質壤土，下部砂礫石。出露地層巖性以變質巖為主，局部有基性巖侵入和第四系松散堆積層。區(qū)域構造比較簡單，主要有北大巴山加里東褶皺帶(Ⅱ7)、北部紫陽-中峰褶皺束(Ⅱ71)，北部與月河斷裂及南秦嶺印支褶皺帶(Ⅱ4)毗鄰，南部與饒峰-麻柳壩-鐘寶斷裂、楊子準地臺(Ⅲ)分開。根據《中國地震動參數區(qū)劃圖》(GB18306-2001)標準劃分，工程區(qū)地震動峰值加速度為0.05 g，地震動反應譜特征周期為0.45 s，地震基本烈度為Ⅵ度。

3 大壩存在的主要問題

滴水巖水庫樞紐工程于1972年冬動工興建，1975年4月竣工，同年投入運行，因工程多處未按設計施工，致使運行以來，病險不斷。大壩迎水面漿砌石防滲墻斜墻太薄，抗滑穩(wěn)定安全系數不足。在上游死水位情況下，對漿砌石防滲斜墻進行穩(wěn)定復核，其抗滑穩(wěn)定安全系數為1.16，抗傾安全系數為0.87，底部邊緣拉應力1.45 Mpa，對墻體577.9 m斷面以上按空庫條件進行穩(wěn)定復核，其抗滑穩(wěn)定安全系數僅為0.67，抗傾安全系數為0.65，底部邊緣拉應力達1.801 Mpa，遠小于規(guī)范規(guī)定的安全系數，抗滑抗傾穩(wěn)定不滿足要求，漿砌石防滲斜墻處于危險狀態(tài)。堆石體下游不穩(wěn)，對大壩下游壩坡分別采用畢肖普法和瑞典弧法進行復核，其安全系數分別為1.16和1.131，均不滿足規(guī)范要求，壩坡偏陡、不安全。漿砌石防滲墻，可見裂縫9條，其中縱縫6條，縫寬1～8 mm，最大縫長達60 m，分布于高程589.9～597.9 m之間。壩頂中部(樁號0+093.5 m)至右壩肩(樁號0+108.5 m)在堆石與漿砌石防滲墻之間有約15 m的縱向裂縫，張開寬度0.5～3 cm，且裂縫部位出現三處沉陷坑，長1.2～3 m，寬0.7～1.7 m，深0.5～0.8 m。壩體下游面壩腳處，出露滲水點6處，屬大壩滲漏溢出點，現場流量觀測表明，在庫水位584.6 m情況下，總滲流量為363 m3/d。

4 大壩加固施工方案

滴水巖水庫除險加固初步設計中，大壩除險加固列出三種方案：加厚重力墻外加防滲面板方案；拋石方案；預應力錨固重力墻方案進行比較。

4.1 加厚重力墻外加防滲面板方案

首先清除壩前淤積泥沙至原設計壩底，以M10漿砌石培厚原M7.5漿砌石重力墻，在其表面按1:0.35坡比澆筑C25混凝土防滲面板，面板厚度為0.3 m。新修混凝土防滲面板在距兩壩頭5 m處各設豎向變形縫1條，期間每20 m設1條豎向變形縫，縫寬12 mm，設橡膠止水帶。鑲嵌材料為浸瀝青木板。在上游漿砌石重力墻最不利工況即空庫情況下，計算重力墻穩(wěn)定安全系數：抗滑穩(wěn)定安全系數Kc=3.69；抗傾覆穩(wěn)定安全系數Ko=1.49。均滿足規(guī)范要求。

4.2 拋石方案

由于重力墻在空庫時不穩(wěn)，施工安全得不到保證，因此采用水中拋石方案，使重力墻上、下游土壓力平衡，拋石坡比1:1.5，拋石完成后，進行底部碎石樁基施工，樁深15 m，間排距5 m，壩體防滲上部采用砼面板，下部為砼攪拌樁，砼面板底部厚1 m，頂厚0.5 m。對上游邊坡進行穩(wěn)定計算，分別考慮穩(wěn)定滲流期、死水位情況和庫水位降落等三種工況，其穩(wěn)定安全系數分別為：畢肖普法1.292、1.275和1.27；瑞典圓弧法1.263、1.252和1.221，均大于規(guī)范值。該方案存在地基變形、工程量大、工期長及壩基處理施工難度大等問題。

4.3 預應力錨固重力墻方案

鑒于重力墻空庫時不穩(wěn)，施工安全難以保證，因此大壩除險加固首先解決重力墻的穩(wěn)定問題，根據國內外預應力錨固在大壩加固中運用的成功經驗，方案三采用水平預應力錨固重力墻的方法，即在壩體下游面澆筑框格梁，然后逐漸降低庫水位，打孔安裝預應力錨索，預應力錨索間排距8 m，將預應力錨索錨固于下游框格梁上，施加預應力35 t。待放空水庫后，清除壩前淤泥至高程568.3 m，然后澆筑砼防滲面板，砼防滲面板底部厚1 m，頂部厚0.5 m。加固后在空庫無淤積情況下，計算重力墻穩(wěn)定安全系數，其抗滑穩(wěn)定安全系數為1.35，抗傾穩(wěn)定安全系數1.58，滿足規(guī)范要求。該方案工期較長，錨索穿過壩體堆石難度大，施加預應力的大小、庫水位消落幅度的大小、引起回彈量的大小等有諸多不定因素，無法確定加固效果。

鑒于加厚重力墻外加防滲面板方案，工程量較小，工程質量易控制，推薦選用方案一，比選過程如表1所示。

5 施工方案實際選用

2012年10月，大壩上游重力墻加固，采用加厚重力墻外加防滲面板方案進行具體施工。首先灌注水泥漿處理原漿砌石防滲墻墻體裂縫，細砂礫石處理漿砌石面板與堆石體之間的裂縫，然后清除上游壩前淤積體，進行漿砌石擋墻加厚部分基礎開挖，開挖至基巖以下0.5 m，最大開挖深度13.6 m。漿砌石擋墻基礎采用C25砼澆筑，砼厚0.5 m，按1:0.35坡比用M10漿砌石培厚漿砌石擋墻，施工順序從兩壩頭兩個施工面向河床部分漸進，清除一部分淤泥，砌筑一部分擋墻，擋墻完成后，在新培厚的漿砌石擋墻表面按1:0.35坡比澆筑C25砼防滲面板，面板厚0.3 m。清淤施工是關鍵施工工序，施工單位配備了兩臺挖掘機從兩側向河床中部進站，每臺挖掘機配合了3輛自卸汽車外運，由于淤積松軟，施工隊在庫內施工道路上鋪墊了一層厚1.5～2.5 m的石渣層，個別地段鋪設了5 mm厚鋼板，增加了路基承壓面積，保證了清淤車輛的正常通行。按照壩前清淤和加固施工要求，淤積體開挖面下游坡腳距砼面板坡腳的距離為30 m。為了防止開挖后淤積體的坍塌或滑動，施工隊在淤積體開挖成型的表面用編織袋裝填泥沙，堆筑成護坡狀，確保了淤積體的穩(wěn)定。導流方式是通過0.8 m×0.8 m方形鋼板引水槽，將圍堰體外圍的河水引到原引水涵洞，圍堰內的滲水通過3臺不同流量的潛水泵抽排至原引水涵洞，然后自流至下游，實現安全導流。建筑材料倒運方式采用了兩種，在577 m高程以下，塊石、砂漿、砼分別通過挖機、鏟車配合墊高石渣層高度等措施送至施工倉面；在577 m高程以上，塊石、砂漿、砼分別通過溜桶和溜槽從壩頂送至施工倉面。加固后壩頂寬度為6.4 m，為了檢查上游壩面有無異常情況，在防浪墻外設檢查小道一條，寬0.5 m，考慮巡視人員安全，在小道上游側邊沿設高0.5 m、寬0.3 m的漿砌石擋墻一道。

表1 上游重力墻加固方案對比分析表

6 結語

滴水巖水庫大壩上游重力墻加固采用加厚重力墻外加防滲面板方案后，經過3 a高水位運行，壩體原滲漏點未出現滲漏水，壩體穩(wěn)定，說明施工質量可靠。通過比較選擇采用的加厚重力墻外加防滲面板方案是行之有效的，而且工程量小，質量可靠。

2017-03-14

周永斌(1971-)，男，陜西紫陽人，工程師，主要從事水利工程設計和建設管理工作。

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