卢村水库除险加固设计 4页

第42卷第12期人民长江Vo1．42．No．122011年6月YangtzeRiverJune，2011文章编号：1001—4179(2011)12—0097—04卢村水库除险加固设计陈来发一，高大水2，左宏声。(1．长江勘测规划设计研究院，湖北武汉430010；2．国家大坝安全工程技术研究中心，湖北武汉430010；3．安徽省广德县水务局，安徽广德242200)摘要：卢村水库建于2O世纪70年代，由于当时特殊的历史背景和设计水平等原因，加上多年运行，大坝出现了较多影响安全的问题，致使工程已不能正常运行和发挥效益，需要全面进行加固处理。通过全面的现场检查、工程检测、补充地质调查和复核计算，查明了卢村水库存在的主要工程问题。针对卢村水库存在的问题，在水库渗流、大坝稳定、泄洪能力等计算分析的基础上，进行了加固设计。通过加固处理，确保了卢村水库工程质量，实现了水库功能的正常发挥。关键词：溢洪道；泄洪隧洞；加固设计；大坝；卢村水库中图法分类号：TV698文献标志码：A卢村水库位于安徽省广德县卢村乡，属年调节水(4)根据工程复核计算，大坝上游坝坡最小抗滑库，是一座以防洪、灌溉为主，兼有供水、发电、养鱼及稳定安全系数为1．143，不满足规范要求。旅游等综合效益的中型水库。水库运行至今已3O余(5)正常溢洪道两侧翼墙及边墙多处发生倾斜、年，由于多种原因，其安全隐患较多，需进行全面加固开裂，翼墙及边墙稳定不满足规范要求；底板开裂严处理。重；橡胶坝控制设备老化；消力池和尾水渠防洪堤多次遭到水毁，影响大坝安全。l工程存在问题(6)泄洪隧洞混凝土强度不满足设计要求，多处(1)大坝坝壳砂砾石料填筑取样样品有29％的出现蜂窝、钢筋裸露现象。结构缝大部分渗漏，过流面密实度未达到设计要求，坝体在高水位运行时，坝坡及多处冲蚀破坏严重。(7)泄洪隧洞进、出口闸门严重锈蚀，启闭机老坝顶多次发生凹陷、开裂、防浪墙倾斜，上游坝坡沉降面积达I．64万m，下游达I．33万1TI，最大沉降深度化，不能正常工作。(8)大坝遭到严重白蚁危害，安全受到影响。0．4m。(9)大坝安全监测和水文测报设施不完善，管理(2)大坝清基不彻底，防渗处理及心墙土料防渗设施陈旧落后，防汛抢险道路不通。性能不满足规范要求，心墙下游反滤过渡层设置高度不够，下游存在散浸和集中渗漏。2工程加固设计(3)黏土心墙出现纵横裂缝，探井追踪发现裂缝2．1大坝深达8～10m，最大缝宽20mm。心墙现场试验平均渗透系数为1．6×10～cm／s，不满足规范小于1．0×2．1．1渗流分析与防渗加固10。cm／s的要求。(1)渗流分析。渗流计算分析采用二维有限元收稿日期：2011～05—16基金项目：国家“十一五”科技支撑计划“水库大坝病险与溃坝规律研究”(2006BAC14BO1)；国家大坝安全工程技术研究中心资助项目(2009FU115×17)作者简介：陈来发，男，高级工程师，主要从事水利水电及交通工程设计工作。E—mail：c1~003@I63．tomn98人民长江法，计算程序采用《理正渗流分析软件》。根据大坝原防渗墙混凝土厚度为60em；②混凝土防渗墙抗压强竣工图，并结合原施工、运行状况及地质条件，选取最度尺≥15MPa，弹性模量小于20000MPa，抗渗等级大坝高剖面作为渗流分析对象。计算剖面的材料分区为w；③防渗墙混凝土配合比由试验确定；④混凝为：坝基风化岩体、岩体、坝基砂砾石层、坝壳砂石料和土防渗墙坝基人岩深度，强风化时不小于21TI、弱风化心墙黏土料、混凝土防渗墙等。根据原大坝设计、安全时不小于1m。鉴定阶段及本次加固设计的补充地勘成果，并参照国2．1．2坝坡稳定分析与加固内已有的类似土石坝确定计算采用参数值。(1)计算基本条件。①计算剖面。根据原设计经分析，库水位降落时，由于坝壳料透水性较好，报告，结合施工、运行状况及地质条件，选定最高坝体且库水位降落速度较慢，坝壳中浸润线与库水位基本剖面为典型计算剖面进行稳定分析，与渗流计算剖面同步下降，故确定计算工况为：①水库上游正常蓄水相同。②计算参数。为了查明坝体填筑质量，验证岩位与下游相应的最低水位；②水库上游设计水位与下土物理力学参数和工程地质条件，进行了勘探钻孔取游相应的最高水位；③水库上游校核洪水位与下游相样和岩土物理力学性能试验。根据安全鉴定和本次除应的最高水位。本文针对3种工况对大坝进行渗流分黜心膊逸衅透一m0瑚Om0m0m00险加固设计阶段的岩土物理力学性能试验成果，结合析。原设计参数取值，并考虑坝体各部位填筑施工质量，综为比较大坝防渗加固效果，分别对防渗加固前后合选定计算参数。坝体砂砾料抗剪强度取值，考虑到各种工况下大坝渗流状况进行了分析。分析成果见表坝壳砂砾石料为无黏性土，根据《碾压式土石坝设计1。规范》(SL274—2001)，采用线性和非线性两种抗剪强表1大坝渗流有限元计算成果度指标，以利于坝体稳定对比分析。上游下游混凝土防渗单宽黏土心墙心墙下游(2)计算工况及安全标准。根据《碾压式土石坝工况计算时间水位／水位／墙中最大渗渗漏量／中最大渗侧出逸点设计规范》(SL274—2001)，大坝稳定分析内容包括稳mm透比降(m-d_。·mI1)透比降高程／m①防渗加固前86．362．o6．072．】86867定渗流期的上、下游坝坡和水库水位降落期的上游坝防渗加固后86．362．o18．290．5201762．90坡。大坝稳定计算工况及安全系数见表2。②防渗加固前88．8562．87．563．4270．01表2坝坡稳定计算工况及安全标准防渗加固后88．8562．819．650．570．2563．68③防渗加固前如．9763．98．984．3271．29防渗加固后9O．9763．920．53O．63O．3464．93(2)大坝防渗加固设计。大坝防渗加固选择混凝土防渗墙+左坝肩帷幕灌浆和高喷防渗墙+坝基帷幕灌浆两个方案。经综合比较工程量、施工工艺等，确定采用混凝土防渗墙+左坝肩帷幕灌浆进行防渗加固。混凝土防渗墙采用冲击钻或抓斗依次造孔，以泥浆固(3)计算方法和程序。大坝坝坡抗滑稳定分析采壁形成完整的孔槽，在槽孔中浇筑混凝土，最后形成一用计及条间作用力的简化毕肖普法。依据中国水利水道连续的混凝土防渗墙。防渗墙厚度主要由结构强电科学院编制的土质边坡稳定分析程序STAB一95，可度、抗渗强度、耐久性及施工条件等确定。进行土石坝坝体和坝坡的施工期、正常蓄水期、库水位防渗墙墙体截面主应力应满足：降落、地震等工况的有效应力分析或总应力分析及水1．2=±M／W+N／F一≤[O-](1)位骤降时的总应力分析，采用此程序对大坝坝坡抗滑式中，为弯矩；为截面模量，B／6；Ⅳ为竖向力稳定进行分析计算。(包括竖向水压力、土压力和墙体自重)；F为截面积，(4)稳定计算成果分析。大坝坝坡抗滑稳定分析取单宽计算时F=B；为渗透上托力；。分别表．计算成果见表3。示受压区、受拉区的应力；[盯]为规范允许应力。加固后大坝坝坡最小抗滑稳定安全系数满足规范防渗墙墙厚￡应满足：要求。￡≥11／[J](2)(5)坝坡加固设计。加固处理方案比较了将大坝式中，为上下游水头差；[．，]为防渗填料允许水力梯上游坝坡削坡放缓、坝顶下移、下游帮坡与仅上游帮坡度。放缓坝坡两个方案。经过综合比较，选定上游坝坡采根据计算成果和施工工艺，防渗墙施工要求为：①用砂砾料帮坡(水下部分抛石回填)加固方案。①上n第l2期陈来发，等：卢村水库除险加固设计游坝坡加固。拆除现有干砌块石，采用砂砾料帮坡，自虑；工况4：墙前校核水住，墙后排水失效，按满水考虑；⑤工况上至下坡比为1：2．2，1：2．2，1：2．5，1：2．5。高程68m5：墙前设计或校核洪水骤降，墙后排水失效，按满水考虑；⑥工况6：墙前设计或校核洪水骤降，墙后排水有效，按半水考虑。前3种马道宽3．5m，以下为水下抛石回填；高程82m和工况为基本组合，后3种工况为特殊组合。当合力偏。距超过允许72．0m马道宽均为2．0m，以下坡面为40cm厚干砌值时，应重新计算。块石护坡；高程82m马道以上采用边长30cm预制混(1)进口段加固。进口翼墙拆除重建，按基本和凝土六方块(水泥砂浆勾缝)护坡。②下游坝坡加固。特殊组合计算并确定满足抗滑稳定、抗倾覆稳定和基下游坝坡稳定分析成果表明，高程82．0m以上坡比面应力要求的贴坡式挡土墙结构。1：1．8坝坡浅表层稳定性较差，确定对高程82．0m以(2)控制段加固。主要是根据混凝土裂缝和碳化上坝坡采用浆砌块石格构预制混凝土六方块护面加情况对原边墙和交通拱桥结构进行处理，更换橡胶坝。固。高程82．0m到高程72．0m的坡比1：2．2坝坡采对混凝土裂缝进行凿槽嵌缝处理，回填环氧砂浆，再进用预制混凝土六方块护面。高程72．0m以下坡比1：行化学灌浆处理。对交通桥、闸墩老混凝土表面用砂2．2坝坡采用草皮护坡。子打毛，涂抹10mm厚的丙乳砂浆饰面。表3大坝坝坡抗滑稳定计算成果(3)泄槽段加固。主要是底板现浇筑25cm厚聚丙烯纤维混凝土。对原结构混凝土裂缝回填环氧砂浆或布设跨缝限裂钢筋；新老混凝土结合面凿毛、涂刷界面粘结胶并布设(1)16锚筋；布设一层qb20@20和6@20钢筋网；结构分缝与原底板一致，设止水铜片、沥青嵌缝。(4)消力池段加固。扩大消力池范围，采用0．8(6)坝顶加固设计。坝顶设计考虑景观要求，防m厚C20钢筋混凝土透水底板，排水孑L直径为5em，浪墙采用“L”型结构，坝顶宽为680cm，行车道宽600消力池与尾水渠设1：3坡连接；两侧边墙采用混凝土cm，混凝土路基沥青面层。在上游边每间隔100m设贴坡式挡墙，墙顶与非常溢洪道出口溢流面相接，墙身一观景平台，在下游边每间隔30m设一灯柱，下游边设排水孔，左侧墙顶设截水沟。布设绿化花坛与不锈钢栏杆并暗设排水管、电缆管与(5)尾水渠段加固。针对不能满足设计流量600落水井。由此既满足了大坝功能要求，又改善了景观。In／s要求问题，对桩号0+131．75—0十171．75m段进行全断面50cm厚浆砌块石护砌，末端设2m深的2．2溢洪道防冲槽；桩号0+171．75～0+726．12m段左侧采用1溢洪道总体布置和泄流能力均不变，针对进口段、：1坡比50cm厚浆砌石护岸。控制段、泄槽段、消力池段和尾水渠段存在的问题进行加固设计。2．3泄洪隧洞进口翼墙为贴坡式挡土墙。根据有关地质资料确泄洪隧洞衬砌混凝土大部分为150号，不满足设定的计算参数，填土内摩擦角取32。，基底摩擦系数I厂计要求，存在蜂窝、钢筋裸露、结构缝普遍严重渗水、多取0．50。复核计算成果见表4。从表4可以看出正常处冲蚀破坏严重等缺陷。对原结构进行了复核计算，和设计洪水计算工况翼墙抗滑和抗倾覆稳定均不满足研究了泄洪隧洞加固设计方案。要求。(1)原结构复核。①计算荷载。基本荷载为围表4进口左翼墙复核计算成果岩压力、围岩抗力、衬砌自重、正常水位及调压井中产抗滑稳定安全系数抗倾覆稳定安全系数合力偏b~_／em~rMJ／MPa生最高涌浪时洞内静水压力或设计洪水位时洞内静水复核结果允许值复核结果允许值复核值允许值⋯允许值压力、稳定渗流情况下的地下水压力；特殊荷载为校核0．39l水位时的内外水压力。②荷载基本组合。衬砌自重0．05l0．111+正常蓄水位下的内外水压力+围岩压力+围岩抗0．191力；衬砌自重+考虑水击压力(此时最大内水压力007133．2m)的内外水压力+围岩压力+围岩抗力。荷载0871特殊组合为衬砌自重+校核水位时内外水压力+围岩注：本阶段考虑6种工况进行翼墙稳定分析。①工况1：墙前无水，墙压力+围岩抗力。③计算参数。钢筋混凝土衬砌容后排水至第一排水孔位置；②工况2：墙前正常水位，墙后排水失效，按满水考虑；③工况3：墙前设计水位，墙后排水失效，按满水考重取25kN／m，外水头折减系数取0．6，围岩按Ⅲ类考n100人民长江2011篮虑，岩石容重取26．5kN／m，岩石坚固系数取3．0，单差、焊缝内部质量、门体及埋件的喷锌厚度进行了检位岩石抗力系数取2kN／cm，衬砌内径3．0m，混凝土测。检测结论为：卢村水库泄洪隧洞进出口闸门的制衬砌厚度30cm。作质量符合要求。采用边值法对洞身结构进行复核计算的结果表3．2防渗墙质量评价与分析明，本工程泄洪隧洞属小偏心受拉构件，150号混凝土(1)墙体检查。混凝土浇筑28d后，在桩号0+强度基本满足要求，最大裂缝宽度超过0．3mm，混凝133．5Ill墙体布检查孑L，孔径91mill，钻孔取出的芯样土衬砌抗裂性能不满足规范要求。较完整。对该孔进行3次现场注水试验。结果为：第(2)泄洪隧洞加固设计。对于泄洪隧洞拆除重建一次孔深0～5In，渗透系数1．08×10～cm／s，第2次与增设混凝土衬砌两个方案。根据工程实际情况进行孔深0～15m，渗透系数0．92×10～cm／s，第3次孔深可行性和经济比较，并进行结构计算分析方案比选，确0～23．5In，渗透系数0．78×10一cm／s。均满足设计定满足要求的采用的新增一层C20钢筋混凝土衬砌要求(设计值为K