禾倉石水庫大壩工程加固設計

陳鵬超

摘 要：禾倉石水庫屬小（一）型水庫。本工程的任務是根據禾倉石水庫《水庫大壩安全檢查情況報告書》安全檢查結果，對水庫大壩存在問題進行除險加固，消除工程隱患，提高防洪抗災能力，達到國家規定的安全標準，保證水庫能安全運行，確保水庫下游人民群眾生命財產安全，充分發揮工程效益。

關鍵詞：大壩；浸潤線計算；穩定分析計算；加固措施；灌漿設計

該水庫大壩壩型為均質土壩，土壩壩頂高程為66.00m；壩頂長92m，壩頂寬4m；最低河床高程43.86m，最大壩高22.14m；迎水坡坡度分別為1：2.25，1：2.5，1：2.75，背水坡坡度與上游壩坡相同，兩個平臺各寬1.5m。

1 大壩浸潤線計算

參照《農田水利工程》中有關滲流計算的方法，對水庫大壩進行滲流計算。

1.1 基本資料

土壩高度HN=22.14m；壩體為透水地基上的均質土壩，滲透系數K=0.0003cm/s，透水地基上的滲透系數K0=0.003cm/s；壩頂寬度b=4m；上游坡度2.694；下游坡度2.604；下游水深H2=0m；壩基厚度T=10m為降低大壩浸潤線逸出點高程，在后坡腳處設堆石棱柱體反濾，頂寬1.5m，高5m，上游坡度為1，下游坡度為1.5，反濾料：粗砂、碎石厚度各為0.25m。

1.2 浸潤線計算

本工程浸潤線計算采用《水利水電工程PC-1500程序集》土壩設計軟件包（K）計算（微機版），按達西定律計算堤壩滲流，確定浸潤線位置。由于加固前大壩不能滿足安全運作要求，且下游壩坡陡于上游壩坡，故只作正常水位工況下的壩體穩定滲流浸潤線計算；加固后下游壩坡陡于上游壩坡，不作庫水位在1/3壩高附近時壩體穩定滲流浸潤線計算。計算成果見《土壩滲流計算書》。

2 大壩穩定分析計算

水庫原有大壩為均質土壩，由于受水流沖刷及壩身填土不均勻沉降影響，壩面變形較嚴重，迎水坡坡率為1：2.25～1：2.75，背水坡坡率為1：2.1～1：3。現對最大壩寬進行壩坡抗滑穩定分析。穩定計算方法采用瑞典圓弧法的有效應力簡化法，采用應用軟件TB-6-2進行穩定系數計算（詳見計算書）。

2.1 加固前

正常蓄水位穩定滲流條件下的下游壩坡：

Kmin=1.512>[k]=1.25

由計算成果可知：加固前在正常蓄水位時大壩能滿足穩定要求。

庫水位從設計洪水位（64.08m）降正常蓄水位（61.20m）的非穩定滲流上游壩坡：

Kmin=1.022<[k]=1.15 不能滿足要求。

2.2 加固后

正常蓄水位（61.20m）穩定滲流條件下的下游壩坡：

Kmin=1.627>[k]=1.25

庫水位從設計洪水位（64.08m）降正常蓄水位（61.20m）的非穩定滲流上游壩坡：

Kmin=1.219>[k]=1.15

由計算成果可知：加固后大壩壩坡穩定計算能滿足各種情況時穩定要求。

3 大壩存在問題及加固措施

經現場勘查和上面的復核計算分析，得出以下問題的分析和解決的方法以及相應的加固措施：

3.1 大壩存在主要問題

3.1.1經過長期受風浪淘刷造成壩坡不平整，壩后坡受降雨水流沖刷，坡面局部變形較嚴重，大壩有交通要求需新建防浪墻。

3.1.2 大壩建成后運行時間較長，管理跟不上，造成原反濾體堵塞，浸潤線抬高，壩體滲漏大，后壩坡出現多處漏水點，另外壩體發現蟻巢和白蟻侵害。

3.1.3 壩后坡受雨水的長期沖刷，坡面不平整，局部地方出現溝狀水土流失。

3.1.4 大壩背水坡未設置壩坡排水溝，壩肩未設置排水溝。

3.2 加固措施

3.2.1 現設計結合原大壩現狀對壩面進行整治，加高培厚后，迎水坡坡率為1：2.75，并在48.86m高程處設置寬為1.5m的平臺，并修建前坡齒墻，齒墻高2m，頂寬0.6m，底寬1.65m；背水坡在60.33m和54.60m高程處設置馬道及排水溝，總寬度為1.5m，排水溝斷面尺寸寬×高為0.3×0.4m；背水坡按坡率的不同分為三級，第一級坡率1：2.25，第二級坡率為1：2.5，第三級坡率為1：2.7，壩頂寬度為4m，鋪200厚泥結石作為路面。

3.2.2 壩頂寬原為4m，加固后壩寬仍采用4m。壩頂采用泥結石路面，厚200mm。

3.2.3 壩前坡用現場澆筑砼塊護坡，其優點有：（1）砼護坡厚度比塊石護坡厚度減小；（2）比塊石護坡節省材料及投資；（3）壩坡面更為美觀。

為便于施工，取砼板厚t=100mm，下面采用100mm厚砂石混合級配墊層。砼標號為C20級，砼板長×寬為4m×5m，每塊板之間分縫采用四油三氈填縫，為穩定砼護坡，護坡底部需設一漿砌石齒墻，漿砌石采用M7.5號水泥砂漿砌結，齒墻高為2m，頂寬0.6m，底寬1.65m（詳見護坡設計圖）。

3.2.4 整平壩后坡并直播種草護坡，設置壩坡和壩肩排水溝及行人步級。現計劃對后坡兩肩布置排水溝，排水溝高×寬為400mm×300mm，排水溝及步級采用M7.5漿砌石砌結，1：2水泥砂漿批擋。

3.2.5 建后壩腳反濾體及其排水溝。本水庫工程壩高為22.14m，設計采用棱體反濾，反濾體高為5m。根據前面的壩體浸潤線計算成果，確定反濾體高度為5m，反濾體頂寬取1.5m，反濾體頂采用M7.5漿砌石壓頂。反濾體后建排水溝，高×寬為400mm×300mm。（具體詳見后壩腳反濾體及排水溝設計圖）

3.2.6 壩體進行白蟻防治，壩面及周邊地區藥物誘殺白蟻共1000m2，誘殺后對巢灌漿2巢，并對壩體進行充填灌漿。具體灌漿設計布置見后面大壩灌漿設計。

3.2.7 壩體防滲采用復合土工膜（二布一膜）進行處理。

4 壩基灌漿設計

4.1 灌漿布置

大壩計劃沿壩頂軸線方向布設2排灌漿孔，排距為2.0m，灌漿孔布置在壩頂軸線稍偏上游，第一排距離防浪墻外邊1m，孔距為6.1m，兩排鉆孔呈梅花形布置，鉆孔灌漿至壩基以下1.0m，主壩布置灌漿孔共30孔，孔深共計381.5m。

4.2 灌漿設計

（1）灌漿材料

灌漿材料采用粘土拌水泥混合漿，要求水泥粘土比例為1：9，漿液容重為1.3～1.6g/cm3。配制水泥粘土漿所用的粘土要求遇水以后，能迅速崩解分散，吸水膨脹，具有一定的穩定性和粘結力，選擇粘土時要注意以下兩點：①粘土塑性指數應為10～20；②粘粒含量30～50%；③粉粒含量40～60%，砂粒含量小于10%。

（2）造孔設計

采用XJ100-A型鉆機造孔，鉆孔直徑為90mm，采用干法造孔或少量注水濕鉆、造孔應保持鉛直，偏斜率不得大于孔深的2%。

鉆孔深度要求鉆至壩基以下1.0m。

灌漿孔造孔順序為：先壩中后壩肩，先壩頂軸線上游排再下游排，先深后淺的施工方法。