實例探析大壩除險加固設計

楊 田

(貴州省水利水電勘測設計研究院，貴陽550002)

1 工程概況

鄧家溝水庫大壩為漿砌石拱壩，最大壩高28.5 m，總庫容129萬m3。根據《防洪標準》(GB50201—94)及《水利水電工程等級劃分及洪水標準》(SL252—2000)有關規定:水庫為小(1)型水利工程，工程等別Ⅳ等，主要建筑物大壩、溢洪道為4 級建筑物，設計洪水標準采用30 a 一遇，校核洪水標準采用300 a一遇;次要建筑物為5 級，設計洪水標準采用20 a一遇，校核洪水標準采用100 a一遇;泄水建筑物消能防沖的設計洪水標準按20 a一遇設計，并應考慮低于設計洪水標準可能出現的不利情況，保證工程安全和正常運行。

2 方案比選

根據工程存在的主要問題及大壩安全鑒定結論，大壩抗洪能力、結構穩定安全、滲流安全均不滿足規范要求，其中抗洪能力是因溢洪道寬度或高度不夠;結構安全主要體現在左右壩肩重力墩抗滑穩定安全系數不滿足規范要求，壩體及重力墩的應力復核是滿足規范要求的;滲流安全主要是河床段壩體與基巖接觸帶存在著滲漏現象，右壩肩存在繞壩滲漏現象，右拱端與重力墩結合部位有一貫穿性裂縫，縫寬約2 mm，壩身局部有滲漏痕跡。對于已建壩來說，解決大壩泄洪安全問題是影響工程樞紐布置或結構改變的關鍵因素，重力墩的穩定問題只需進行加固處理，滲流安全主要進行補強、固結和帷幕灌漿處理［1］。根據工程實際情況，為了保證工程效益，水庫正常蓄水位903.44 m不變，同時降低堰頂高程(903.44 m)考慮結構復雜的設閘方案也不現實，故在維持正常蓄水位及堰頂高程的情況下進行洪水調節計算，初步擬定以下兩個方案進行比較。

1)方案一:壩頂高程不變，抬高交通橋增加溢洪道進口高度。根據調洪計算成果，水庫校核洪水位905.77 m，設計洪水位905.14 m，正常蓄水位903.44 m，目前壩頂高程905.08 m，防浪墻頂高程906.18 m，因此根據現狀，只需改造防浪墻，同時將溢洪道交通橋抬高即可。根據調洪計算成果，以及水庫吹程D =1.0 km，按官廳水庫經驗公式，由風速計算超高進而確定防浪墻頂高程，校核、正常工況下計算的墻頂高程分別為906.44 m、904.46 m，選定非溢流壩段上游防浪墻頂高程由校核洪水位控制為906.44 m。為滿足堰上最大凈水頭，壩頂交通橋底高程至少應為905.77 m，橋的底梁高0.6 m，從而滿足泄洪要求的溢流段交通橋面高程為906.37 m，與計算的防浪墻頂高程僅相差0.07 m，因此將交通橋頂高程和防浪墻頂高程統一定為906.44 m。

2)方案二:加寬溢洪道方案。在該方案中首先考慮了保持現狀壩頂高程不變，受壩頂交通橋的影響，堰上最大水頭為1.34 m，經調洪反算，需溢流凈寬達40 m，則加寬溢洪道凈寬22 m。結合大壩壩型特點，考慮擴寬壩頂溢洪道，下游河床寬約20 m，如果再擴寬22 m，則洪水必然沖刷壩肩，同時拆除22 m老壩體，對原壩體結構改變較大，再在狹窄的砌石壩體上新建溢流堰及壩頂交通橋也極不經濟，故純加寬溢洪道方案也不可行，只有考慮適當加寬溢洪道并加高壩體的方案［2］。

方案一與方案二相比，方案二要拆除原壩體并新建溢流堰，拆除難度大，施工稍有不慎，就將破壞大壩結構完整性，而新老堰體的結合也較難處理，從施工、技術經濟綜合考慮，推薦方案一壩頂高程不變，抬高交通橋增加溢洪道進口高度的方案。

3 整治方案

整治方案具體設計為:先拆除現有壩頂上游防浪墻，再對現壩頂進行鑿毛并清洗，然后新建C20 鋼筋混凝土防浪墻，墻頂高程906.44 m;拆除溢洪道交通橋，采用C15 一級配混凝土砌料石加高橋墩，再新建交通橋，下游進行消能防沖護坦及邊坡處理;對于右壩段貫穿性裂縫采用開槽埋管法進行化學灌漿處理;兩岸重力墩一起加高至防浪墻頂高程906.44 m，對右壩肩重力墩基礎先進行固結灌漿然后再加高;壩基進行防滲帷幕灌漿，壩體段灌漿孔從下游墊座打斜孔，深入帷幕灌漿下限，兩岸垂直打孔灌漿;壩體補強灌漿從壩下游面滲水點處采用反壓灌漿方式，對右岸單薄山體進行固結灌漿，加強上部強風化巖體的強度及自身穩定［3］。

大壩防浪墻頂高程的確定、右壩段貫穿性裂縫處理、重力墩的加固措施和壩身補強灌漿如下:

3.1 防浪墻頂高程

根據選定推薦方案，按《砌石壩設計規范》(SL25—2006)，防浪墻頂高程計算類似壩頂高程計算，等于水庫靜水位加上相應超高，按下列兩種情況計算，取其較大值:

1)正常畜水位+正常運用情況的安全超高

2)校核洪水位+非常運用情況的安全超高

墻頂超高計算公式:

式中:hb為波浪高，m;ν0為計算風速，m/s，正常畜水位時:ν0=15 m/s，校核洪水位時:ν0=10 m/s;D為計算吹程，m;D =1000 m;He為壩前水深，m，正常畜水位時:He=22.44 m，校核洪水位時:He=24.72 m;h0為波浪中心線至正常或校核洪水位的高差，m;Hc為安全超高，m，按SL25—2006 中表9.1.1規定，正常運用情況取0.4，非常運用情況取0.3。

墻頂高程計算成果見表1。由校核洪水位控制墻頂高程，根據計算，防浪墻頂高程定為906.44 m，下游設欄桿。建基面高程為876.58 m，最大壩高28.5 m(含墊層)。

表1 砌石拱壩防浪墻頂高程計算成果表 m

3.2 右壩段貫穿性裂縫處理

距大壩右壩肩拱端與重力墩結合部位約7.5 m處有一貫穿壩體上下游的裂縫，縫寬約0.2 cm，裂縫處壩基巖石為:奧陶系上統五峰組第二段(O3w2)灰色中厚層弱風化泥質灰巖，厚5 m，弱風化泥質灰巖承載力較高，據該水庫管理所人員介紹，裂縫產生于水庫建成后第二年冬季，當年冬季氣溫驟降，此后就發現了該裂縫，經現場仔細察看，裂縫未延伸入下部重力墩，裂縫附近壩體及重力墩亦無異常情況，因此裂縫由于地基變形引起的可能性小，推測該裂縫屬溫度裂縫。裂縫位置及寬度示意圖見圖1。

圖1 右壩段貫穿性裂縫下游示意圖

裂縫采用開槽埋管法進行化學灌漿處理，即在表面沿裂縫走向開燕尾槽，將槽清洗后，采用快速水泥封堵以阻止灌漿時漿液外漏。裂縫灌漿順序應由下而上循序漸進逐嘴灌入，灌漿壓力應視裂縫粗細而異，為0.15 ～0.2 MPa。灌漿前將漿液倒入灌漿罐后，蓋上進料口并擰緊，檢查各管路接頭，打開貯氣罐出氣閥，借助壓縮空氣把漿液頂入輸漿管，再通過嘴子壓入縫隙內。待鄰近的嘴子冒漿后，隨即用塞子堵上，然后卡住輸漿管并拔離嘴子，將此灌漿嘴用塞子堵上，把輸漿管換插到原已冒漿的嘴子，放松輸漿管繼續灌漿，如此逐孔灌漿，直至整條裂縫灌滿為止。

3.3 重力墩的進一步加固措施

經計算分析，左岸重力墩隨防浪墻加高到906.44 m高程后仍達不到穩定要求，根據地形地質情況，采用將重力墩向壩軸線方向加長3 m，寬度為6.6 m，其中下游1.6 m寬作為下到壩后踏步的平臺，加高墩體基礎高程為900.58 m，基巖巖性較硬為O2b灰巖，開挖至弱風化上部巖體。對于右岸重力墩的加固措施，考慮了在墩體上打抗滑樁(方案一)和加高加厚墩體(方案二)兩種方案。

1)對于方案一，墩體上抗滑樁孔口尺寸不宜過大，因此選擇直徑D =110 mm的圓形C25 鋼筋混凝土抗滑樁，中心布置一根Ф28 鋼筋，單樁長16.5 m，經過計算，右岸重力墩達到規范規定安全系數時，需布置100 根抗滑樁。在右岸重力墩上開孔較多，必然對重力墩結構產生較大影響，而且重力墩目前如果已發生位移，現在再打抗滑樁效果也不明顯，同時抗滑樁投資相對較大，投資為58.7萬。

2)對于方案二，右岸重力墩原上游898.28 ～899.92 m高程有一寬2.5 m的平臺，下游898.5 m高程有一寬3 m的平臺，將上下游平臺加高至防浪墻頂高程，并與原踏步銜接，加寬后的重力墩頂寬12.85 m。新增重力墩材料采用C10 混凝土砌塊石，新老墩體接觸面須鑿毛沖洗，側面布置Φ25 插筋，間排距2 m，加強新老砌石體的結合。加高部分重力墩兩岸延伸至基巖面，重力墩基礎需進行固結灌漿處理。

方案一與方案二相比，從施工難度、對重力墩結構的影響以及效果來看，方案二都優于方案一，并且方案一比方案二投資還多20萬，因此右岸重力墩的加固推薦方案二。

3.4 壩身補強灌漿

大壩局部有滲水，右壩肩有貫穿性裂縫，壩體強度有所降低，壩體需采用補強灌漿。壩體補強灌漿從壩下游面滲水點處采用反壓灌漿方式處理。灌漿材料采用≥P. O42.5 的水泥，一般采用純水泥漿，漿液濃度應根據現場試驗確定，一般應由稀到濃，逐級變換，并嚴格按《水工建筑物水泥灌漿施工技術規范》(SL62—94)要求執行。

4 結 語

綜上所述，并從施工、技術經濟綜合考慮，推薦方案一壩頂高程不變，抬高交通橋增加溢洪道進口高度的方案。在大壩除險加固設計中，嚴格按照上述整治方案進行施工，保證大壩的安全與穩定。

［1］張全意. 赤水市蕨基壩水庫除險加固設計特點［J］. 貴州水力發電，2003，17(02):46 －49.

［2］王小毛，徐麟祥，廖仁強. 三峽工程大壩設計［J］. 中國工程科學，2011(07):70 －77.

［3］葉成林. 高埔水庫大壩除險加固設計［J］. 廣東水利水電，2006(04):51 －52.