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水库大坝防渗加固工程设计探析

摘要:石岭河水库大坝防渗加固工程包括大坝坝顶工程;坝体、坝基防渗加固处理;迎水坡护砌、背水坡整修;新建上坝踏步;完善坡面排水系统及坝后北干渠管道工程等。石岭河水库大坝防渗加固处理采用粘土斜墙加高聚物防渗墙的方案,粘土斜墙顶部与坝顶齐平,下部至死水位,墙顶宽2.00m,外边坡1∶2.50;高聚物防渗墙处理范围桩号0+018.60~0+220.70,下部至坝基,上部进入粘土斜墙内1.00m。粘土斜墙与高聚物防渗墙形成连续、封闭的防渗体,达到了防渗加固目的。

关键词:水库大坝;护砌;防渗加固;整修

根据石岭河水库安全鉴定结论,结合现状大坝稳定、渗流分析成果,确定石岭河水库大坝除险加固工程内容包括:上游坝坡整修、新建粘土斜墙,混凝土护坡;坝顶挡墙拆除,新建防浪墙、路沿石及坝顶道路;下游坝坡整修,草皮护坡,新建坡面排水系统、排水体工程、上坝踏步及坝后北干渠管道工程;坝基高聚物防渗墙工程等。

1石岭河水库大坝现状

石岭河水库位于西峡县田关乡西北约1.00km的湍河支流黄水河上,属长江流域白河水系。水库于1957年11月兴建,1960年主体工程基本完成,为小(2)型水库,1968年冬至1970年水库扩建为小(1)型水库。石岭河水库大坝现状:①上、下游坡面凹凸不平,上游小粒径块石护坡,块石风化、脱落。下游无坡面排水系统,上坝台阶破损;下游无坡面排水系统,上坝台阶破损。②大坝河槽段坝体与坝基接触部位处理差,存在接触渗漏问题。左坝肩存在接触渗漏、右坝肩存在绕渗问题。下游坝脚常年集水、沼泽化,无排水体。③溢洪道进口底板无护砌,左岸自然岸坡坍塌淤积,右岸挡墙裂缝严重,基础淘空;泄槽及消力池混凝土碳化,有多条纵横贯通裂缝,存在位移现象,末端有一冲坑,左岸挡墙高度不足,右岸挡墙混凝土碳化剥蚀。出口无泄洪沟。北干渠穿溢洪道处漏水入溢洪道。④输水洞启闭房破损严重,洞身大部分未衬砌,工作闸设于下游坝坡洞身处,闸室倾斜;出口有两灌溉及一退水设施启闭机梁断裂,混凝土碳化,退水渠两岸边墙基础淘刷。⑤闸门及启闭设施结构不完善,损毁严重,无法使用。⑥水库管理和监测设施不完善等。石岭河水库病险严重,为三类坝,急需进行除险加固。

2除险加固设计原则及任务规模

2.1石岭河水库除险加固设计原则。石岭河水库运行以来已经发挥了较大的社会、经济、环境等方面效益,因此,除险加固方案考虑以下原则:①除险加固的重点是解决水库的病险问题,确保水库的安全运行。②设计及工程施工尽可能不影响水库正常效益的发挥,不应给库区带来新的移民安置问题,也不应再次造成安全隐患。③加固措施应做到技术先进、经济合理、安全可靠、有利于工程管理并为以后提高水资源的利用程度,提高水库灌区的保证率和下游河道防洪标准创造有利条件。2.2石岭河水库除险加固工程任务和规模。①大坝维修加固工程:包括大坝坝顶工程;坝体、坝基防渗加固处理;迎水坡护砌、背水坡整修;新建上坝踏步;完善坡面排水系统及坝后北干渠管道工程等。②溢洪道维修加固工程:包括进水渠、一级泄槽段、一级消力池及一级护坦、二级泄槽、二级消力池及二级护坦等。③输水洞工程:包括对输水洞进口闸室、出口灌溉闸和退水闸、陡槽、坝后启闭室等拆除重建,更换闸门、启闭机等设备。④管理工程:包括管理房屋及相关设施、防汛道路、坝体观测设施等。⑤环境绿化及水土保持工程。

3大坝防渗加固工程设计

3.1粘土斜墙。粘土斜墙顶部高程115.30m,墙顶宽2.00m,外边坡1.00:2.50,要求粘土压实度≥0.96,渗透系数≤10-5cm/s。3.2高聚物防渗墙。3.2.1处理范围。处理范围:桩号0+018.60~0+220.70;处理深度为下至坝基线,上至粘土斜墙内1.00m。3.2.2技术参数。技术参数:①注浆孔孔距1.20m,孔径6.00cm;引导孔孔径4.00cm,成墙厚度2.00cm;②封孔布袋选用低密度的土工布袋,布袋直径大于搭接孔1.00cm为宜;③布袋内高聚物密度宜选用0.08~0.10g/cm3;④墙体密度控制在1.50~2.00g/cm3为宜。3.3.3施工工序。石岭河水库除险加固工程施工工序:①按设计要求进行高聚物防渗墙施工放线,开挖后的废料进行及时清理,以便于成孔施工。②采用三探头型成孔钻具施工注浆孔模,使用静力压入设备将其压入土中,形成超薄型注浆孔模,要求压入设备精确调平,确保孔模垂直。③采用二序施工,将成孔钻具的一个侧翼探头对准前次生成的孔模的侧边孔,把前次生成的孔模的一个侧边孔作为本次成孔的引导孔,以形成连续的注浆孔模。④为避免浆液串孔,保证提升注浆时的浆液膨胀力,在两个孔模之间的连接孔中,采取布袋注浆的方法封孔,布袋注浆密度取0.08~0.10g/cm3。⑤在超薄型孔模中置入注浆管,按照一定配比,应用集成化精密注射系统向孔模内注射双组份高聚物材料。

4上游坝坡工程

石岭河水库除险加固工程上游坝坡新建粘土斜墙,坡比1:2.50,坡面采用现浇C20混凝土护坡。上游坝坡混凝土板护坡厚度采用《碾压式土石坝设计规范》(SL274-2001)的公式计算:(1)式(1)中:η—系数,对整体板式大面积面板取1.00;hp—累计频率为1.00%的波高,m;Lm—平均波长,取设计情况Lm=10.31m;b—沿坝坡向板长,2.00m;ρc—板的密度,2.30t/m3;ρw—水的密度,1.00t/m3;m—迎水坡坡比,2.50。经计算:t=0.08m。为便于施工和坝坡安全,护坡选用12.00cm现浇混凝土板,尺寸2.00m×2.00m。5坝顶工程坝顶路面材料采用厚18.00cm厚泥结碎石,路面倾向下游侧3.00%的缓坡,路沿石在遇横向排水沟处设20.00cm×20.00cm缺口,与横向排水沟连接。坝顶总宽4.00m,坝顶高程115.30m。6下游坝坡工程现状下游坡面凹凸不平,杂草灌木丛生。除险加固将坝体表面的草皮、树根、含有植物的表土、卵石、垃圾及其它废料清除,清理厚度0.50m,然后按设计边坡整修,对于培厚部位,回填风化代料,相对密度≥0.72,采用草皮护坡。设计在高程104.60m及干渠下游侧高程98.80m处各设置戗台一道,高程115.30~104.60m坡比1∶2.30,高程104.60m至干渠坡比1∶3,高程98.80m以下坡比1∶2.50。7背水坡排水沟工程现状大坝背水坡无纵横排水沟和岸坡排水沟。石岭河水库除险加固工程共新建排水沟10条,总长521.00m,其中:横向排水沟7条,长160.00m;纵向排水沟1条,长194.00m;岸坡排水沟2条,长167.00m。8排水体工程新建贴坡排水体位于大坝桩号0+070.00~0+195.00,顶部高程96.50m。排水体干砌石厚40.00cm,下部碎石垫层厚20.00cm,粗砂垫层厚20.00cm,坡比1:2.50。9坝后北干渠管道工程现状北干渠为矩形断面,底宽1.50m,高1.20m,设计流量0.50m3/s。北干渠年久失修,局部漏水,对坝坡稳定不利。因此,本次设计将北干渠由明渠改建为管道,全长154.00m,采用C20预制钢筋混凝土圆管,内径80.00cm,壁厚10.00cm,单节长2.00m,采用承插口连接,管道连接处底部及两侧采用C20混凝土填塞,在管道转弯处设至镇墩。10除险加固后大坝渗流及稳定计算大坝按上述措施进行除险加固后,坝体渗流、结构稳定将发生变化,需重新进行分析计算,以确保工程安全。计算断面选用桩号0+140.00断面,计算成果见表1、表2。由计算结果可以看出,除险加固后,坝体单宽渗流量及出逸点高度显著降低,上、下游坝坡抗滑稳定安全系数均大于规范允许值,经除险加固后的大坝是稳定的。11结语石岭河水库除险加固防渗工程完成后,不仅消除了水库险情,加固了大坝,而且使水库在防洪、灌溉、供水、养鱼等方面的综合效益得到充分发挥。该除险加固工程完成后,加固了大坝坝体,完善了溢洪道的泄流条件,改善了水库的周边环境,使防洪、灌溉、养鱼等效益大大提高,同时也保障了水库下游沿岸抵御洪水能力,使下游免受洪涝灾害,保证了人民群众生命财产的安全,促进了国民经济的持续稳定发展。

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作者:李中泽 李霞 贾跃东 周晔 单位:桐柏县水利局

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