漿砌石拱壩的除險(xiǎn)加固方案分析

高 超

(遼寧省水利廳，沈陽(yáng)110000)

1 工程概況

某漿砌石拱壩屬小(2)型水庫(kù)。該水庫(kù)主要是起防洪及灌溉農(nóng)田、果樹等作用。水庫(kù)壩址以上集雨面積1.5km2，流域內(nèi)大部分為高丘區(qū)，土壤以砂壤土為主，水庫(kù)總庫(kù)容15.04 萬m3。該水庫(kù)大壩原為漿砌石拱壩，土壩壩頂高程為69.0m;壩頂長(zhǎng)57m，壩頂寬2.2 ～4m;最低河床高程53m，最大壩高16m;迎水坡垂直，背水坡坡度為1∶0.3。

1)地形地貌:據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘查，水庫(kù)所處地區(qū)屬高山丘陵型地貌，水庫(kù)壩體兩肩山體雄厚，河谷呈“U”字型，大壩兩肩山勢(shì)較高，庫(kù)區(qū)內(nèi)植被發(fā)育良好，山體表層基本為殘坡積土層覆蓋。工程所在區(qū)地震烈度為Ⅵ等。庫(kù)區(qū)位置未發(fā)現(xiàn)有新近斷裂構(gòu)造活動(dòng)，不存在水庫(kù)誘發(fā)地震的問題，區(qū)域穩(wěn)定性較好。

2)地層:區(qū)內(nèi)出露地層較為簡(jiǎn)單，主要有第四系、泥盆系地層。

從新至老簡(jiǎn)述如下:

①第四系(Q):主要為第四系晚期河流一級(jí)階地沖積物及坡殘積土層，巖性河床部位為粉砂巖，山坡部位為坡殘積砂質(zhì)黏性土。②泥盆系(D):地層為泥盆系上統(tǒng)雙頭群:分D3sha、二個(gè)亞群，D3sha巖性主要為礫巖、含礫粗砂巖及中－粗粒石英砂巖、細(xì)砂巖互層夾泥質(zhì)粉砂巖;D3shb巖性主要為砂礫巖、含礫粗砂巖、石英砂巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖。

3)構(gòu)造:庫(kù)區(qū)的范圍內(nèi)未發(fā)現(xiàn)有構(gòu)造活動(dòng)等。

2 水庫(kù)存在問題及加固措施［1－2］

2.1 存在問題

根據(jù)水庫(kù)大壩的安全鑒定結(jié)果，表明水庫(kù)存在嚴(yán)重的安全隱患問題，主要險(xiǎn)情有:

1)大壩壩體有較明顯的滲漏。

2)壩基有較明顯的滲漏現(xiàn)象。

3)壩頂混凝土護(hù)欄破舊，且壩頂批擋破損嚴(yán)重，后坡未批擋。

4)原漿砌石壩已經(jīng)部分失去原有功能和作用，需要重新進(jìn)行安全加固。

2.2 加固措施

1)前坡面新建混凝土面板防滲，用錨筋和鋼筋網(wǎng)與原壩體固定。上部混凝土面板厚度300 mm，基礎(chǔ)部分混凝土面板厚500 mm;用ф18(1m×1m)錨筋和ф8(300 mm×300 mm)鋼筋網(wǎng)與原壩體連接。

2)對(duì)大壩進(jìn)行壩基灌漿，形成壩基防滲帷幕。布孔設(shè)計(jì)為單排布置，每2m 一孔，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)效果適當(dāng)加密布孔。

3)拆除原有壩頂批擋，壩頂和后坡重新批擋，采用1∶2水泥砂漿批擋。并拆除原有護(hù)欄，新建鍍鋅鋼管護(hù)欄。

根據(jù)國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》(SL252—2000)，加固后水庫(kù)屬Ⅴ等工程，主要建筑物按5 級(jí)設(shè)計(jì)，次要建筑物按5 級(jí)設(shè)計(jì)。永久性擋水和泄水建筑物設(shè)計(jì)洪水為20 a一遇，校核洪水采用200 a一遇。

3 大壩除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)

3.1 加固后設(shè)計(jì)斷面

原有壩體為漿砌石拱壩設(shè)計(jì)，加固后水庫(kù)正常蓄水位為67.0m，設(shè)計(jì)洪水位(設(shè)計(jì)洪水20 a一遇)為67.84m，最大庫(kù)前水深14.84m，校核洪水位(校核洪水200a 一遇)為68.04m，最大水深為15.04m。加固后漿砌石拱壩平面布置及拱冠斷面如下圖1 和圖2 所示。

圖1 大壩平面布置圖

圖2 壩體拱冠斷面圖

3.2 設(shè)計(jì)參數(shù)選取

依據(jù)工程設(shè)計(jì)報(bào)告，壩體各部分物理力學(xué)參數(shù)指標(biāo)及河床巖石力學(xué)指標(biāo)分別見下表1、表2 所示。

表1 大壩物理力學(xué)參數(shù)指標(biāo)取值

表2 河床巖石力學(xué)指標(biāo)取值

3.3 計(jì)算工況

本工程漿砌石拱壩應(yīng)力計(jì)算采用純拱法計(jì)算，分別針對(duì)以下幾種工況進(jìn)行計(jì)算分析:

1)53m、58m、63m、67m 高程處(不考慮泥沙壓力)正常蓄水位作用下，拱冠外緣、拱冠內(nèi)緣、拱端外緣、拱端內(nèi)緣產(chǎn)生的應(yīng)力及溫度應(yīng)力。

2)53m、58m、63m、67m 高程處(不考慮泥沙壓力)校核洪水位作用下，拱冠外緣、拱冠內(nèi)緣、拱端外緣、拱端內(nèi)緣產(chǎn)生的應(yīng)力及溫度應(yīng)力。

3)考慮泥沙壓力(2.451m)作用下，53m 高程處拱冠外緣、拱冠內(nèi)緣、拱端外緣、拱端內(nèi)緣泥沙作用產(chǎn)生的應(yīng)力。

4 結(jié)果分析

本漿砌石拱壩壩址巖基較為破碎，采用一般基巖進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算過程及成果見下表3 ～5。

表3 水壓力作用下應(yīng)力計(jì)算結(jié)果(不考慮泥沙壓力)

續(xù)表

表4 溫度作用下應(yīng)力計(jì)算結(jié)果

表5 溫度作用下應(yīng)力計(jì)算結(jié)果

對(duì)表3 ～5 中各種工況作用下應(yīng)力進(jìn)行疊加，疊加后的應(yīng)力結(jié)果如表6 所示。

表6 各種荷載作用下應(yīng)力疊加計(jì)算結(jié)果

從表6 中看出:最大壓應(yīng)力12.41kg/cm2＜30kg/cm2，最大拉應(yīng)力－3.52kg/cm2＜－5kg/cm2。應(yīng)力計(jì)算結(jié)果表明現(xiàn)有拱壩滿足穩(wěn)定要求。

5 結(jié)論

結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)加固后的漿砌石拱壩進(jìn)行了應(yīng)力計(jì)算分析，分析結(jié)果表明加固設(shè)計(jì)方案科學(xué)合理，能夠滿足安全運(yùn)行要求。該工程除險(xiǎn)加固后能夠保證40 hm2的糧田灌溉面積，同時(shí)能夠改善灌溉面積6.67 hm2，捍衛(wèi)耕地53.3 hm2。對(duì)于水庫(kù)周邊農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有積極的作用和意義。

［1］中華人民共和國(guó)水利部.SL25—2006 漿砌石壩設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2006.

［2］中華人民共和國(guó)水利部.SL252—2000 水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2000.