寧夏南部山區(qū)病險(xiǎn)水庫除險(xiǎn)加固技術(shù)淺析

王妮娜

【摘?要】本文主要介紹寧夏南部山區(qū)病險(xiǎn)水庫除險(xiǎn)加固中常用的幾種技術(shù)措施方法，通過對不同病險(xiǎn)水庫成因分析，運(yùn)用比較成熟先進(jìn)的設(shè)計(jì)、施工技術(shù)，分別提出切實(shí)可行的技術(shù)方案，實(shí)踐中已成功實(shí)施，為類似工程提供借鑒和參考。

【關(guān)鍵詞】水庫;除險(xiǎn)加固;技術(shù);寧夏

Analysis on the reinforcement technology of dangerous reservoirs in the mountainous area of southern Ningxia

Wang Ni-na

（Ningxia Guyuan Water Conservancy Survey and Design Institute?Guyuan?Ningxia?756000）

【Abstract】This paper mainly introduces several technical measures commonly used in the reinforcement of dangerous reservoirs in the mountainous areas of southern Ningxia. Through the analysis of the causes of different dangerous reservoirs， using more mature and advanced design and construction techniques， respectively， put forward practical technical solutions. Has been successfully implemented to provide reference and reference for similar projects.

【Key words】Reservoir;Reinforcement;Technology;Ningxia

固原市位于寧夏回族自治區(qū)南部，全市轄四縣一區(qū)，共62個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)、3個(gè)街道辦事處、30個(gè)居委會、870個(gè)村委會，土地面積10583Km2，約占寧夏總面積的15.93%。全市現(xiàn)有水庫187座，總庫容8.78億m3，其中大（二）型1座、中型21座、?。ㄒ唬┬?1座、小（二）型水庫74座。

1. 壩坡腳堆石壓重法

1.1?工程概況。

清涼水庫位于渭河一級支流——渝河流域上游六盤山邊緣，為黃土丘陵半濕潤區(qū)。水庫1971年年建成運(yùn)行，總庫容224萬m3。

1.2?工程設(shè)計(jì)。

1.2.1?軟基加壩設(shè)計(jì)理念。

清涼水庫現(xiàn)泥面高程為2542.40 m，淤泥面厚度14.70m，設(shè)計(jì)在泥面上直接加壩。為加快淤泥壩基固結(jié)，在新加壩基范圍內(nèi)設(shè)縱橫排水溝，形成格網(wǎng)狀排水帶，為預(yù)防加壩出現(xiàn)和滑坡現(xiàn)象，在新壩坡腳前緣設(shè)置一道堆石體，即堆石壓重區(qū)。

1.2.2?軟基排水溝及坡腳塊石壓重區(qū)布置。

水庫設(shè)計(jì)加壩高度為2.8m，即在壩體淤泥面水平鋪設(shè)寬度為14.8m。軟基排水溝布置為縱向和橫向，縱向排水溝平行于壩軸線布設(shè)，共三道，平均間距7.4m ，第三道為堆石壓重區(qū)。一、二道排水溝斷面尺寸：寬度1.5m，深度1.5m，由砂、卵礫石和塊石組成，并且滿足反濾要求：砂層平均厚度0.3m，粒徑1～5mm，卵礫石平均厚度0.5m， 粒徑5～20mm;塊石層平均厚度0.7m，粒徑大于300mm;第三道排水溝即坡腳堆石壓重區(qū)，斷面尺寸：平均寬度2.0m，高度2.0m，砂層平均厚度0.3m，粒徑1～5mm，卵礫石平均厚度0.5m， 粒徑5～20mm;塊石層平均厚度1.2m，粒徑大于300mm;橫向排水溝垂直于壩軸線，共設(shè)八道，平均間距50米，其坡度不宜超過1%，排水溝斷面尺寸：寬度1.0m，深度1.0m，砂層平均厚度0.3m，粒徑1～5mm，卵礫石平均厚度0.3m， 粒徑5～20mm;塊石層平均厚度0.4m，粒徑大于300mm。格網(wǎng)帶形成后，內(nèi)填0.3m厚的碎石。

1.2.3?加壩速率控制。

考慮由于施工速度過快，在淤泥質(zhì)土中產(chǎn)生了過大的孔隙壓力，導(dǎo)致下墊砂層排水來不暢、固結(jié)慢，易出現(xiàn)裂縫和滑坡現(xiàn)象，設(shè)計(jì)要求控制加壩速率，加高填筑共分為六期施工，每期填筑高度大約為總高差的1/6即3.0m為宜。第一期第一層填筑土料含水量控制在10%左右，鋪土厚度40～50cm，以便吸濕淤泥面水分，并避免重型機(jī)械碾壓;每期填筑完成后，埋設(shè)固定沉降觀測樁，每天觀測1次，10～15天后，當(dāng)每天沉降量小于1cm時(shí)，可以進(jìn)行下一期的壩體填筑。

1.2.4?施工中注意的問題。

（1）嚴(yán)格控制壩體填筑土料的含水量、滲透系數(shù)、壓實(shí)度和加壩速率，保證加壩質(zhì)量;排水溝填料經(jīng)加工、分篩、檢驗(yàn)合格后，分別堆放在干凈的場地上，并采取適當(dāng)措施，防止泥水或土塊等雜物混入;堆料不宜過高，以免顆粒分離;轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)，注意砂石料、卵礫石料分開運(yùn)輸;鋪筑時(shí)，填料應(yīng)自底向上鋪筑;塊石壓重區(qū)使用的石料必須質(zhì)的堅(jiān)硬，要求分層進(jìn)行，靠近反濾層處用較小石料，外坡表面用較大石料，堆放應(yīng)穩(wěn)定密實(shí)。

（2）該工程已通過有關(guān)部門驗(yàn)收，目前運(yùn)行正常。

2. 堆載預(yù)壓法

2.1?工程概況。

雅石溝水庫位于涇河一級支流安家川河上游雅石溝上，流域面積44.0 Km2，最大壩高43.1m，總庫容832.6萬m3，淤積深度38.5m，屬?。ㄒ唬┬退畮臁?/p>

2.2?加固原理。

堆載預(yù)壓法是先在擬建基礎(chǔ)上施加或分級施加與其相當(dāng)?shù)暮奢d，對地基土進(jìn)行預(yù)壓處理，使土體中孔隙水排出，孔隙體積變小，地基土壓密，以增長土體的抗剪強(qiáng)度，提高地基承載力和穩(wěn)定性，在使用期間不致產(chǎn)生有害的沉降和沉降差，使淤泥地基最終達(dá)到設(shè)計(jì)承載力要求。

2.3?加載設(shè)計(jì)。

2.3.1?荷載計(jì)算：預(yù)壓荷載根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定，采用等載預(yù)壓，即預(yù)壓荷載采用基底壓力，壓實(shí)度按0.96～0.98控制，則碾壓后的濕密度為2.01g/cm3， 該水庫淤泥面以上加壩高度為12.1m，經(jīng)計(jì)算建基面的基底壓力243.2KPa。

2.3.2?加載速率控制：qi=Δpi/ΔTi

式中：qi——第i級荷載加載速率，初步設(shè)計(jì)時(shí)可取4～8 KPa/d;

Δpi——第i級荷載加載增量（KPa）;

ΔTi——第i級荷載歷時(shí)（d）。

2.3.3?加載分級：估計(jì)容許施加的荷載pi，一般可按斯開普敦極限承載力半經(jīng)驗(yàn)公式確定，對飽和軟黏土可近似按下式計(jì)算：

pi≈5.52τfi/K

式中：τfi——為天然地基抗剪強(qiáng)度（KPa）;

K——為安全系數(shù)，建議取K =1.3-1.5，這里取K =1.3。

如果第一級荷載p1尚未達(dá)到預(yù)壓荷載，可重復(fù)計(jì)算第二、三……，只有當(dāng)天然地基土的強(qiáng)度滿足預(yù)壓荷載下地基的穩(wěn)定性要求時(shí)，可一次性加載。

2.4?堆載預(yù)壓法效果分析。

設(shè)計(jì)加載速率按10KPa/d進(jìn)行控制，加載歷時(shí)10d，荷載增量按100KPa控制，加壩速率為0.49m/d，10天的加壩高度為4.9m;30天后開始第二級加載，加載速率按10KPa/d控制，加載歷時(shí)8d，加荷荷載為180KPa，8天的加壩高度為3.92m;60天后開始第三級加載，加荷荷載為220KPa，加載歷時(shí)4d，4天的加壩高度為1.96m。90天后開始第四級加載，加荷荷載為243.2KPa， 3天的加壩高度為1.32m。總加壩高度為12.1m，歷時(shí)93d。

由于采用此法處理軟基在雅石溝水庫除險(xiǎn)加固取得了較好的效果，該工程已竣工驗(yàn)收并投入使用，壩體未出現(xiàn)裂縫。

3. 砂井排水法

3.1?工程概況。

石峽口水庫地處清水河一級支流-西河流域出口處，流域面積為1910Km2，最大壩高75.9m，總庫容2.49億m3，為中型水庫。壩體在淤泥面加高6.0m。

3.2?主要技術(shù)措施。

（1）經(jīng)過分析計(jì)算，在加壩淤泥面上布設(shè)孔徑為0.3m、孔距5.0m砂井，內(nèi)填粒徑為3～5cm碎石，孔底距離原壩坡0.5m，不穿透原壩坡，孔深布置在2～12m之間。在沙井頂部鋪筑0.5m厚碎石墊層，使砂井與碎石墊層連同，在碎石墊層上進(jìn)行加壩，覆重后，砂井可起到加速淤泥固結(jié)排水的作用，水通過砂井及砂井頂部的碎石墊層排向庫內(nèi)。

（2）壩體設(shè)計(jì)控制指標(biāo)：由于加壩后土壩為高壩，壓實(shí)度控制在98%以上，土壤含水率控制在最優(yōu)含水率13.8%的～2%～+3%之間。

3.3?砂井排水法效果分析。

土壩加高完成后，經(jīng)過一年的試運(yùn)行，壩體沒有出現(xiàn)裂縫和滑坡跡象，通過了寧夏自治區(qū)水利廳竣工驗(yàn)收， 目前運(yùn)行良好。

4. 寬級配礫石土料在水庫除險(xiǎn)加固中的應(yīng)用

4.1?工程概況。

賀家灣水庫作為寧夏中南部城鄉(xiāng)引水工程的調(diào)蓄水庫，承擔(dān)著固原市區(qū)、固-西引水、原州區(qū)東部引水等數(shù)十萬人口的供水任務(wù)。工程建于2000年，設(shè)計(jì)最大壩高31.25m，總庫容320萬m3，屬小（一）型水庫。

4.2?寬級配礫石土料設(shè)計(jì)理念。

（1）賀家灣水庫除險(xiǎn)加固工程2015年3月開工建設(shè)，由于水庫地處土層較薄的土石山區(qū)及土料含水率較高的陰濕地區(qū)，加之筑壩期間陰天多雨，土料含達(dá)到30%以上，工程無法施工，工期延后，效益不能正常發(fā)揮。經(jīng)多次分析論證，提出了采用寬級配礫石土（人工摻合礫石土）筑壩的方法。

（2）寬級配礫石土由粗料（大于5mm，小于100mm，）和細(xì)料（小于5mm，小于0.074mm含量大于15%）組成，筑壩干密度、滲透系數(shù)與礫石土的組成級配、力學(xué)指標(biāo)、含水率有密切的關(guān)系。當(dāng)?shù)[石土中粗料（大于5mm）含量小于40%時(shí)，礫石土以細(xì)料（小于5mm）為主，礫石充填其中，機(jī)械碾壓后礫石土具有良好的抗剪性、不透水性和較小的壓縮性，滿足筑壩各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)要求;當(dāng)?shù)[石土中粗料（大于5mm）含量大于50%時(shí)，礫石起骨架作用，細(xì)粒充填其中，筑壩干密度、滲透系數(shù)明顯增大。

4.3?礫石土填筑。

4.3.1?土料的質(zhì)量是控制壩體填筑質(zhì)量的第一關(guān)，根據(jù)實(shí)際測量成果，考慮到礫石土分類的不均勻、土質(zhì)變化大的情況下，要求施工單位現(xiàn)場進(jìn)行土料制備摻合，經(jīng)驗(yàn)收合格后，進(jìn)行碾壓取樣檢測。

4.3.2?為了給壩體填筑工作提供科學(xué)、合理、經(jīng)濟(jì)的碾壓參數(shù)，土料上壩前嚴(yán)格進(jìn)行礫石土現(xiàn)場碾壓試驗(yàn)，其目的是檢測礫石土碾壓后是否能夠滿足設(shè)計(jì)要求的各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)，以便選定合適的壓實(shí)機(jī)具、壓實(shí)方法、壓實(shí)遍數(shù)、鋪土厚度、礫石含量、含水率的最佳范圍參數(shù)，提出質(zhì)量控制技術(shù)指標(biāo)和檢測方法。試驗(yàn)確定的主要技術(shù)參數(shù)如下：

（1）礫石土料最優(yōu)含水率控制在13.5%左右，上下-2%-+2%之間浮動。

（2）礫石土料鋪土厚度控制在30cm左右。

（3）碾壓機(jī)具：20t壓路機(jī)平壓8遍，錯(cuò)距按25cm控制。

（4）18t振動羊角碾振動2遍，并起到層面刨毛作用。

（5）振動羊角碾開啟一檔，速度約2.0Km/h。

4.4?質(zhì)量控制方法。

當(dāng)?shù)[石土料中粗料含量小于40%時(shí)，取其細(xì)料（小于5mm）進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，確定細(xì)料的最大干密度和最優(yōu)含水率，用下列公式計(jì)算相應(yīng)于粗料含量的最大干密度和最優(yōu)含水率，乘以壓實(shí)度，得到控制填筑干密度。

5. 結(jié)語

固原市賀家灣水庫程于2015年3月開工建設(shè)，2016年8月壩體填筑完成竣工，10月底并通過驗(yàn)收。目前工程運(yùn)行良好，水庫蓄水正常。

參考文獻(xiàn)

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