某水庫(kù)大壩安全加固方案研究

曾 強(qiáng)

(深圳市廣匯源環(huán)境水務(wù)有限公司，廣東 深圳 518000)

水庫(kù)是常見(jiàn)的水利工程，水庫(kù)大壩修建可以改善水資源時(shí)空分布條件，降低汛期洪澇災(zāi)害，減少枯水期干旱缺水情況[1-2]。水庫(kù)對(duì)農(nóng)業(yè)發(fā)展具有較強(qiáng)的促進(jìn)作用，上世紀(jì)我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展迅速，為此修建了大量的水庫(kù)，在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，大量的水庫(kù)出現(xiàn)滲漏、破損等現(xiàn)象，水庫(kù)效益明顯下降，同時(shí)威脅到下游居民的安全。針對(duì)這一類(lèi)型水庫(kù)進(jìn)行除險(xiǎn)加固治理是十分必要的，可以提高水庫(kù)效益，改善大壩安全性不足的現(xiàn)狀[3-6]。目前，常見(jiàn)的除險(xiǎn)加固方法包括：拆除重建、加高加厚、增設(shè)防滲體等[7-10。不同的方法適用于不同的大壩，其中拆除重建方法投資大、工期長(zhǎng)，針對(duì)破損極為嚴(yán)重的壩體適應(yīng)性較強(qiáng)。加高加厚、增設(shè)防滲體等方法在一般病險(xiǎn)水庫(kù)大壩除險(xiǎn)加固工程中使用較多。

1 概況

雞心石水庫(kù)位于惠陽(yáng)區(qū)秋長(zhǎng)鎮(zhèn)，東江水系淡水河左岸雙田水出口處。壩址以上干流總長(zhǎng)為10.16km，總集雨面積22.2km2，其中庫(kù)區(qū)為16.05km2，正常蓄水位55.00m，庫(kù)容1006×104m3；設(shè)計(jì)洪水水位57.77m，庫(kù)容1243×104m3。是一宗以灌溉為主，結(jié)合防洪、發(fā)電、養(yǎng)殖等綜合利用的中型水庫(kù)。主壩長(zhǎng)165m，壩頂寬5.00m，壩頂高程60.00m，最大壩高33m。副壩長(zhǎng)158m，壩頂寬5.00m，壩頂高程60.00m，最大壩高18m。

2 水庫(kù)大壩安全復(fù)核成果

主壩壩頂寬度偏小，壩體單薄，壩頂寬度僅有3.2m，壩頂高程為60.0m。主壩壩坡偏陡，實(shí)測(cè)上游壩坡分別為1∶2.50、1∶3.0；下游壩坡分別為1∶1.5、1∶2.75、1∶3.0。通過(guò)對(duì)現(xiàn)有壩坡進(jìn)行穩(wěn)定分析計(jì)算，其上、下游壩坡最小抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均小于規(guī)范要求的最小安全系數(shù)。主壩上游護(hù)坡受多年風(fēng)浪沖刷和壩體沉陷影響，護(hù)坡塊石不規(guī)則、凌亂且厚度不夠，護(hù)坡塊石高低不平，凹陷深度最大達(dá)0.5m。護(hù)坡石的反濾層部分排水失效。主壩壩體、主壩右壩頭滲流問(wèn)題突出，壩體填土含砂礫多、松散，主壩主河床段存在強(qiáng)透水的砂卵石層，主壩與副壩之間的長(zhǎng)條山山坡與主壩右岸坡、副壩左岸坡接觸帶處理不徹底，長(zhǎng)條山邊坡的殘積土、全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化層滲透性強(qiáng)，存在集中滲流或繞滲的可能。應(yīng)對(duì)壩體、壩基及壩岸作防滲處理。壩體透水性較大，其滲透系數(shù)為4.3×10-3cm/s，實(shí)測(cè)壩的滲漏量偏大，壩后坡腳反濾體部分排水失效。

3 除險(xiǎn)加固方案分析

3.1 加固方案比選

主壩加固方案有3種：

(1)方案一：后坡培厚

施工工藝：按常規(guī)做法進(jìn)行壩體加固，施工容易。

(2)方案二:前坡土工膜防滲

施工工藝:雞心石水庫(kù)主壩前坡土工膜防滲采用兩布一膜(PE)復(fù)合土工膜，其中無(wú)紡?fù)凉げ疾捎?00g/m2的規(guī)格，直接鋪設(shè)在壩坡上，上墊層為現(xiàn)澆砼板(厚150)護(hù)坡，下墊層鋪粗砂(厚150)，土工織物厚度為5mm。

(3)方案三：前坡粘土斜墻防滲

施工工藝:壩體填粘土，現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)，施工要求較高。

不同方案比選見(jiàn)表1。

3.2 加固效果分析

3.2.1加固方案及計(jì)算參數(shù)

(1)壩頂高程取60.0m，壩基高程為27.0m，最大壩高為33.0m，屬中壩。

(2)為滿(mǎn)足防汛和今后水庫(kù)開(kāi)發(fā)利用，壩頂寬取7.0m，瀝青砼路面，壩頂設(shè)50cm高防浪墻。

(3)壩坡：上游壩坡自上而下分別為：1∶2.5、1∶3.0、1∶3.5，變坡處高程為50.0、32.0m。下游壩坡自上而下分別為1∶2.5、1∶3.0、1∶3.25，變坡處高程為50.0m和42.0m，并在變坡處均設(shè)一平臺(tái)，寬取2.0m。

雞心石水庫(kù)大壩巖土體參數(shù)見(jiàn)表2。

3.2.2滲流穩(wěn)定性分析

滲流是水庫(kù)大壩常見(jiàn)的破壞形式，通過(guò)建立數(shù)值模型分析不同工況下雞心石水庫(kù)大壩的滲流情況。計(jì)算結(jié)果如圖1所示，見(jiàn)表3。計(jì)算結(jié)果表明：加固后雞心石水庫(kù)大壩滲流安全滿(mǎn)足相關(guān)要求。

3.2.3壩坡穩(wěn)定性研究

采用AutoBank7.7計(jì)算大壩穩(wěn)定性，如圖2所示，計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表2。不同工況下雞心石水庫(kù)大壩壩坡穩(wěn)定性計(jì)算成果見(jiàn)表4，計(jì)算結(jié)果可知，不同工況下壩坡穩(wěn)定性滿(mǎn)足要求。

表1 加固方案比選

表2 大壩巖土體參數(shù)

圖1 滲流計(jì)算成果

表3 滲流計(jì)算成果

圖2 壩坡穩(wěn)定性成果

表4 壩坡穩(wěn)定性計(jì)算成果

4 結(jié)語(yǔ)

雞心石水庫(kù)大壩修建時(shí)間較早，受限于當(dāng)時(shí)的科技、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，大壩修建質(zhì)量較低，在長(zhǎng)期使用中出現(xiàn)了一定程度的破損，大壩安全風(fēng)險(xiǎn)較高、工程效益下降。因此，為降低工程安全風(fēng)險(xiǎn)，保證下游居民安全，提高防洪、蓄水效益，雞心石水庫(kù)大壩需采取除險(xiǎn)加固工程措施。通過(guò)方案比選，采用后坡培厚方案工程投資低、施工簡(jiǎn)便，作為推薦方案。通過(guò)分析加固后壩坡的滲流、穩(wěn)定性情況，加固后的雞心石水庫(kù)大壩滲流及壩坡穩(wěn)定性均滿(mǎn)足相關(guān)要求。