反帝水库主坝除险加固工程效果评估分析讨论.pdf

第5 3 卷第9 期 甘肃水利水电技术V 0 1 5 3 N o 9 2 0 1 7 年9 月 G A N s Uw A T 豫髓s 0 I 瓜c 醛A 舳H Y D 购P 0 w 腿T E c 脒O L o G Y S e p ，2 0 1 7 设计与研究 反帝水库主坝除险加固工程效果评估分析讨论 付子刚1 ，岳钧2 ，贺颖庆1 ( 1 淮安市水利勘测设计研究院有限公司，江苏淮安2 2 3 0 0 1 ； 2 南京市第二基础工程公司，江苏南京2 1 1 8 0 0 ) 摘要：针对反帝水库主坝存在的安全隐患问题，提出了两种防渗加固方案，经对比分析其优缺点，最终选用了低弹模混 凝土防渗墙的加固方案，并基于应用“水工结构有限元分析系统A u t 0 B 明k v 3 9 2 ”程序与“边坡稳定分析系统S 1 0 D e v 2 1 ” 程序对加固后主坝开展了渗流、稳定分析复核计算。计算结果表明：加固之后主坝不会产生渗透破坏，主坝结构稳定， 能满足大坝坝坡抗滑稳定最小安全系数要求。可为同类土石坝防渗墙工程研究提供参考。 关键词：反帝水库；主坝除险加固；防渗加固方案；数值分析；渗流稳定计算 中图分类号：r I v 6 9 8 2 弓文献标志码：B文章编号：2 0 9 5 0 1 4 4 ( 2 0 1 7 ) 0 9 0 0 2 9 0 4 1 前言 土石坝安全隐患问题一直以来都是坝工界关注 的重点【1 1 ，安全隐患问题主要包括服役过程中的渗 流和稳定问题团，土石坝防渗墙的修补及大坝的加 高培厚是土石坝补强加固的重要手段刚，为此国内 外相关学者进行了大量研究，取得了不少成果鲫。 然而，由于水利工程的独特性，不同的水库工程具有 不同的地形条件、结构形式、坝体填筑材料等，计算 所采用的本构模型也不尽相同，由于反帝水库主坝 存在安全隐患的问题，属于三类坝。鉴于此，在前人 研究的基础之上，开展了反帝水库大坝工程的除险 加固，提出了选用低弹模混凝土防渗墙的加固方案， 并对该土石坝主坝加固效果开展渗流、稳定分析研 究，讨论除险加固的工程效果。 2 大坝工程概况及存在问题 2 1工程概况 反帝水库位于浙江省义乌市苏溪镇。属小( 一) 型 水库，永久性主要水工建筑物级别为4 级。主坝坝型 为黏土心墙坝，坝高3 1 8 8m ，坝顶高程1 8 1 4 0m ，坝 顶长1 0 3 0 0m ，坝顶宽4 0 0m 。大坝上下游均采用块 石护坡，上、下游坝坡分四级：一级坡比分别为：l ： 2 2 7 ，1 ：2 2 5 ，二级坡比分别为：l ：2 4 3 ，1 ：2 1 6 ，三 级坡比分别为：1 ：2 5 9 ，1 ：2 2 4 ，四级坡比分别为： 1 ：3 0 7 ；1 ：1 5 ，排水体采用棱体排水。 2 2 水库主坝存在的问题 目前水库主坝存在的问题有：主坝最低坝顶 高程( 1 8 1 4m ) 低于设计所需坝顶高程( 1 8 1 5m ) ，防 洪能力不足。反帝水库主坝坝顶附近杂草丛生， 上、下游护坡局部有掏空、移位，块石间隙较大，大坝 中部高程( 1 6 7 Om ) 附近存在较明显水流声音，推测 可能已产生渗漏通道渗流量较大。另据地质勘察报 告：主坝心墙土室内水平渗透系数大部分( 9 2 3 ) 不 能满足后1 1 0 巧c I I l ，s 的现行规范要求，现场注水 试验渗透系数全部( 1 0 0 ) 不能满足后1 1 0 - 5 c I I l ，s 的现行规范要求；部分( 4 2 9 ) 土样的心墙土压 实度不能满足S L2 7 4 2 0 0 1 碾压式土石坝设计规 范的要求。主坝坝体与基岩接触段渗透系数五= ( 1 5 6 。7 ) 1 0 。5c m s ，属弱透水性，不能满足现行土 石坝防渗要求。无大坝沉降、位移观测设施和测压 管，管理房狭小。无上坝道路通至坝顶。 3 安全技术认定结论 根据反帝水库大坝安全技术认定报告论证会， 其认定结论汇总如下：大坝防洪能力评价c 级；主 坝渗流稳定安全及主坝结构稳定安全均评价为c 级；水库运行管理状况评价为一般。确定本水库工程 大坝为三类坝，即反帝水库为危险水库。 4 主坝两种加固方案比选 根据反帝大坝存在的安全隐患及大坝安全技术 收稿日期：2 0 1 7 加8 1 2 作者简介：付子刚( 1 9 8 4 一) ，男，河北承德人，工程师，学士，主要从事水利工程设计，E m a i l ：f h z i g 锄g s i n a c o m 。 2 9 万方数据 2 0 1 7 年第9 期甘肃水利水电技术 第5 3 卷 认定结论，提出了两种防渗加固方案。两种加固方 案优缺点对比见表1 所列。 ( 1 ) 方案一：低弹模混凝土防渗墙 施工前先挖除坝体上部土体( 高程17 9 5 0m 以 上) ，再开展低弹模混凝土防渗墙的施工。防渗墙轴 线布置于坝轴线上游侧0 5 0m ，造孔钻进采用反循 环回转式钻或冲击钻。使防渗墙穿过坝体嵌入强风 化基岩中，与左右两岸设置的混凝土岸墙形成封闭 的防渗系统。混凝土防渗墙的混凝土抗渗标号为 s 8 ，防渗墙厚度为0 8m ，为增加混凝土的混凝土浇 筑采用导管法，在槽孔中充满泥浆的情况下浇筑。 ( 2 ) 方案二：套井加心墙 该方案采用下部双排冲抓套井回填，上部黏土心 墙方案。坝体开挖至高程1 6 5 6 0m ，以此为工作面进 行冲抓套井回填。设计套井排数为2 排，孔径1 1m ， 孔距为0 7 5m ，排距O 7 5m 。套井轴线布置在新坝轴 线上游0 5 0m 位置。套井施工完成后，进行上部黏 土心墙填筑。套井施工完成后，开挖坎槽回填黏土 心墙，确保套井与心墙形成整体防渗。 表1 两种加固方案优缺点对比 特点方案一方案二 优点防渗效果好；黏土需防渗效果较好；施工 求量小，相对的减少了开技术成熟，工艺简单； 挖对生态环境的破坏；上部坝体土料重新回填 施工时，库内水可不放压实，坝体结构稳定性增 空，减少空库运行时间，强；投资较低 缩短不能供水时间；施 工受天气影响不大，施工 期较短；混凝土防渗墙 所需材料充足 缺点施工工艺较复杂；防套井深，施工及质量控 渗墙不均匀受力及相应制难度大；坝体开挖方 的变形能力较差；防渗量大；套井与心墙交界 墙厚度较薄；投资较高处容易形成渗漏通道； 对黏土需求量大，且对黏 土质量要求高，运距远，材 料成本高；施工受天气 影响大，施工期较长；施 工过程中需空库运行 从防渗效果、施工工艺、施工质量控制、工程量 及工程投资等方面对反帝水库大坝进行了综合对比 3 0 分析，得出方案一的性价比与可行性程度更高，即选 用低弹模混凝土防渗墙方案。 5 大坝渗漏隐患处理 依据目前存在的安全隐患问题，最终确定主坝 需加固的主要内容为：设计对大坝加高坝顶处理； 设计对主坝进行碎石充填并护坡，进行低弹模混 凝土防渗墙处理；设计新建大坝沉降、位移观测设 施、测压管，重建水位观测设施、遥测装置及配套管 理房等；新建上坝道路直通坝顶。 根据所述加固内容，应用“水工结构有限元分析 系统A u t o B a I l k v 3 9 2 ”程序与“边坡稳定分析系统 s l 叩e v 2 1 ”程序，分别进行主坝坝体渗流与稳定计算。 5 1大坝渗流计算 ( 1 ) 计算参数 大坝洪水水位及坝体填筑材料水平与垂直渗透 系数见表2 、表3 所列。 表2 大坝洪水水位 表3 坝体填筑材料水平与垂直渗透系数 ( 2 ) 渗流计算工况 工况I ：正常运行条件下上游正常水位，下游无 水的渗流稳定期。 工况：正常运行条件下上游设计水位，下游无 水的渗流稳定期。 工况：正常运行条件下上游水位正常降落( 正常 水位正常降至l ，3 坝高) ，下游无水的渗流非稳定期。 万方数据 第9 期 付子刚。等：反帝水库主坝除险加固工程效果评估分析讨论第5 3 卷 工况：非常运行条件下上游校核水位，下游无 水的渗流稳定期。 工况V ：非常运行条件下上游水位骤降( 从校核 水位降至死水位) ，下游无水渗流非稳定期。 ( 3 ) 容许渗透坡降 根据南京水科研究院的研究结果：以粒径在2 m m 以下者为细粒，其质量分数P g 3 5 时，易产生 流土；P g 2 5 时，易产生管涌；2 5 P g 3 5 、则该水库大坝渗透 变形形式为流土。其临界水力坡降为： 7 丢1 1 7 ( G 广1 ) ( 1 一n ) ( 1 ) 式中：7 卜临界水力坡降； G f 一土粒比重，计算中为2 。6 7 ； n 孔隙率，计算取值为0 4 1 。 经计算得临界水力坡降为：1 1 6 。 其容许水力渗透坡降为： 嘲础 ( 2 ) 式中：昏咄全系数，黏性土取值l 。5 ，非黏性土取 值2 2 5 ；计算取值为2 。 经计算得容许水力渗透坡降【，B 】为：O 5 8 。 ( 4 ) 渗流计算结果 渗流程序计算结果见表4 所列。 由大坝渗流计算结果表明，除险加固之后大坝 不会产生渗透破坏。 表4 渗流程序计算结果 5 2 结构稳定分析 根据规范规定，其坝坡抗滑稳定安全系数评价 指标为瑞典圆弧法正常运行条件不小于1 1 5 ，非常 运行条件不小于1 0 5 ；简化毕肖普法正常运行条件 不小于1 2 5 ，非常运行条件不小于1 1 5 。 根据G B1 8 3 0 6 2 0 0 1 中国地震动参数区划 图，反帝水库大坝工程区域内地震峰值加速度小于 O 0 5g ，抗震设防烈度小于V I 度，地震动反应谱特征 同期为0 3 5s 。按照相关规定，该工程的建筑物可不 进行抗震安全复核。 反帝水库根据大坝现状及地质报告资料，大坝 稳定计算选用的有关参数见表5 所列。 ( 1 ) 结构稳定计算方法 坝坡抗滑稳定计算采用刚体极限平衡法。 表5 坝体填筑料物理性质指标 一一蒜蒜燃 3 1 万方数据 2 0 1 7 年第9 期甘肃水利水电技术第5 3 卷 ( 2 ) 结构稳定计算工况 正常运行晴况： 工况I ：上游正常蓄水位、下游相应最低水位 时，下游坝坡稳定计算；工况：上游设计洪水位、下 游相应最低水位时，下游坝坡稳定计算；工况：上 游水位正常降落时上游坝坡稳定计算。 非常运行情况： 工况：校核洪水位下稳定渗流时，下游坝坡稳 定计算；工况V ：校核水位非常降落时，上游坝坡稳 定计算。 ( 3 ) 结构稳定计算结果 经过计算，其稳定计算结果见表6 所列。 表6 主坝稳定计算结果 大蜒隐角杓事结果( 表6 ) 可知，除险咖固之后恕1 9 錾吉 构稳定均能满足大坝坝坡抗滑稳定最小安全系数要求。 6 结论 ( 1 ) 从防渗效果、施工工艺、施工质量控制、工 程量及工程投资等方面对反帝水库大坝进行了综合 对比分析，得出方案一的性价比与可行性程度更高， 即选用低弹模混凝土防渗墙方案。 ( 2 ) 大坝加固后主坝不会产生渗透破坏，大坝结 构稳定，能满足大坝坝坡抗滑稳定最小安全系数要求。 参考文献： 1 武朝阳某均质土坝除险加固效果评估分析讨论叨甘肃 ”- - ( 上接第2 8 页) 根据提出的方法计算危岩稳定性 系数比传统方法偏小5 。8 ，减小了相关影响因 子的重叠性，具有实际意义。 ( 3 ) 基于模糊聚类和主成分分析方法建立的线 性回归方程考虑了对危岩稳定性影响因素之问的相 关性，符合实际。 参考文献： 1 陈洪凯，唐红梅，胡明，等危岩锚固计算方法研究阴岩石 力学与工程学报，2 0 0 5 ，2 4 ( 8 ) ：1 3 2 1 一1 3 2 7 2 陈洪凯，王蓉。唐红梅危岩研究现状及趋势综述 J 重 庆交通学院学报，2 0 0 3 ，2 2 ( 3 ) ：1 8 2 2 3 陈洪凯，唐红梅，王蓉三峡库区危岩稳定性计算方法及 应用阴岩石力学与工程学报，2 0 0 4 ，2 3 ( 4 ) ：6 1 4 - 6 1 9 4 张硕，路军富，裴向军，等坠落式危岩体稳定性可靠度判定 3 2 水利水电技术，2 0 1 5 ，5 l ( 3 ) ：3 4 3 6 2 宋永嘉，韩晓育，田林钢，等有限元法在土石坝渗流稳定 及抗滑稳定分析中的应用