浅谈小型水库土坝的除险加固

1、浅谈小型水库土坝的除险加固【摘要】本文结合某病险水库工程的缺陷和隐患分析了小型水库土 坝除险加固的原则，加固设计的原理及方法，并提出了适宜该工程的除险 加固设计方案。实践证明，该t程加固效果较好,有效发挥了其防洪、灌溉 等综合效益。【关键词】水库大坝 除险加固中图分类号：tv62文献标识码：a1 工程概况依据水利水电工程等级划分及洪水标准(sl252-2000)及防洪标 准(gb50201-94)规定，本工程采用的防洪标准为：设计洪水为30年一遇, 校核洪水为300年一遇。30年一遇洪峰流量为47. 7m3/s, 300年一遇洪峰 流量为71.47m3/so该工程于1971年动工，1973年枢

2、纽工程基本完成。 坝址控制集雨面积5. ikm2,坝址以上干流长度2. 7km,干流平均坡降23%。 水库水库正常库容320万m3,正常蓄水位78. 50m，总库容360万m3。2.工程存在的问题大坝上游护坡块石风化严重，下游一级坝坡较陡，上下游坝坡均出现 坑洼；下游坝坡最小抗滑稳定安全系数不满足规范要求；坝体、坝基、坝 肩渗漏严重，当库水位72.5m时，发现在大坝下游坝坡中部54m56m高程范围内有集中渗透点12处，散浸面积达100ni2左右，在大坝左、右坝 肩6575m高程处，当库水位为78. 50m时，下游坝坡两坝肩有水渗出， 渗漏量为1.5l大坝坝基接触面渗漏严重，大坝下游常年渗水不断

3、，最大 时流量达10l/s；输水涵洞虽已封堵，但由于封堵不严，现漏水严重，渗 漏量为5l/s；放水隧洞进口秘衬砌由于当时施工质量较差，如今造成了洞 内裂隙、穿孔、漏水；山于级配不合理，水泥妊标号低，妊浇筑不密实， 空隙大，磴破损、剥蚀严重，有些空洞可以放一只手进去，随着时间的推 移，隧洞漏水越来越严重，最大渗漏量有3l/s；溢洪道底板及侧墙开裂， 消力池被冲烂，溢洪河侧墙损毁。3 除险加固方法的选用原则虽然土石坝坝型常见，但山于其工程情形复杂,机具、材料等条件多 变，并一且各项具体的除险加固方法都有其特定的适用范围和局限性，因此, 対每一具体工程病害都应进行仔细分析。应从工程病害情况、除险加固

4、要 求(包括加固后工程应达到的各项指标、加固范围、加固进度等)、工程费 用以及材料、机具来源等各方面进行综合考虑。确定土石坝加固方法时, 应根据工程病害的具体情况对几种加固方法进行技术、经济、施工比较, 选择技术上可靠，经济上合理，口能满足施工要求的除险加固方法。4.工程除险加固设计4. 1大坝加固坝顶高程复核根据碾压式土石坝设计规范(sl274-2001),水库大坝的顶部高程, 等于水库静水位和超高z和，同时，静水位与超高要分别按不同运用情况 进行计算，取相应组合的最大值为水库大坝的顶部高程。金盆水库不同运 用情况下的静水位；不同运用情况下的超高，按sl274-2001规范5.3及附录a进行

5、计算，具体计算公式如下:z二zo+rp+e+a式屮：z水库大坝顶部高程(m)；z0水库静水位(m)；rp波浪爬高，；kp系数，按规范附表a. 1. 13确定为2.23；rm波浪平均爬高，；糙率渗透系数，按规范附表a. 1. 12-1确定为0. 80；kw经验系数，按规范附表a. 1. 12-2确定为1.02；hm平均浪高(m),按莆t1公式计算；w计算风速，此处设计情况取1.5x13. 6m/s,校核情况取13. 6m/s；d风区长度，此处均取0. 40km；lm平均波长(m),按莆田公式计算；m坝坡系数，此处m二2；e 风壅水i侨咼(in)；a安全超高，正常运用取0. 50m,非常运用取03

6、0nu经计算得坝顶高程不得低于254. 59m,现状坝顶高程为255. 0m，满足 规范要求。4. 2上游坝坡工程本设计采用预制妊六方块对大坝上游坡进行护坡，护坡范围为：上游 坝坡从死水位(高程51. 55m)至坝顶(高程81. 59m),左、右两岸延伸2m与山体搭接，两岸山坡处新建栓排水沟，断面尺寸为bxh二250x250,排 水沟均采用现浇c15殓，衬砌厚度为15cm。护坡材料为止六方形预制磴块, 边长0. 3m,碇强度等级c15。碇预制块护坡下需设支持层，支持层为砂卵 垫层，厚15cm,在高程6727m、58. 37m、51.55m分别设置现浇殓c15防 滑齿。上游坝坡新建上坝阶梯，上坝

7、阶梯高度为0. im,宽1.0m,现浇c154. 3下游坝坡工程大坝经过四十多年运行，下游坝坡受雨水冲刷，坑洼不平，杂草丛生, 不利于大坝安全观测，也影响美观，为此本设计对卜游坝坡进行整治。4. 3.1下游坝坡培厚下游坝坡从坝顶（高程81.59m）至贴坡排水顶部（高程52. 59m）进行坝 坡培厚，下游坡培厚时先将表层松散浮土清除后，再在坝坡开挖0.3m高 的防滑台阶，然后填土夯实，从下至上分层填土夯实，要求每层填土厚度 不大于30cm,填筑粘土的渗透系数不小于1 x 10-4cm/s,回填粘土干密度 y d二 1. 551. 6g/cm3,压实度应不小于 0. 9604. 3. 2坝坡排水为

8、防止水冲刷下游坝坡，设置下游坡面排水。排水选择形式时力求简 单、美观大方，设计采用井格型。横向排水沟沿一级平台内侧、排水棱体 顶部内侧布置；纵向排水沟沿坝体与山体岸坡竖向布置，左、右岸坝肩处 各一条及上坝阶梯一侧，共计五条。纵横向排水沟在坝脚处汇合后，排入 下游沟道。排水沟尺寸为0.25x0. 25m,釆用c15碇现浇，厚0.1m。排水 沟总长257m。4. 3. 3上坝阶梯下游坝坡新建上坝阶梯，上坝阶梯高度为0.1m,宽1.0m,现浇c154.4防渗工程在人坝上游坡面开挖一平台（高程66.09m）,平台宽2. 0m,平台以上 至坝顶铺设土工膜，平台以下作坝身冲抓回填防渗墙，孔深伸至建基面下

9、接坝基帷幕灌浆（帷幕底缘深至基岩相对不透水层qwlolu）并按大坝渗透 剖面图将帷幕线往坝顶左右岸延伸至水库正常蓄水位与相对不透水层在 两岸的相交处；上游一级平台（高程66. 09m）至坝顶（高程81.59m）铺 设复合土工膜。4. 4. 1帷幕灌浆帷幕灌浆孔布置在大坝高程66. 09m平台上，坝基帷幕自左右岸山坡 延伸至上游水位与相对不透水层的交界处，设计孔距2. 0m；总孔数124个。 坝基帷幕灌浆范围为：桩号w0+014w0+154。4. 4.1.1灌浆方法。当岩段小于6m,采用全孔一次灌浆法；大于6n）分段灌浆，本设计帷 幕灌浆采用自下而上法进行，在岩石破碎、漏水严重地段应采取自上而下

10、 的方法灌浆，以提高灌浆质量。4. 4. 1.2钻孔布置。充填灌浆孔一般应布置在隐患处或其附近，根据隐患的性质或范围决 定布孔。根据碾压式土石坝设计规范（sl274-2001）,本工程坝高在20m 以上，宜采用双排布孔,孔距为2. 0nt25m,排距为0. 5ntl0mo在岸坡段、弯曲坝段布孔，应适当缩小孔距。底部耍求嵌入不透水层2m3mo4. 4.1.3灌浆材料与灌浆压力灌浆用水泥品质必须符合gb175-1999硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥 或采用的其他水泥标准的规泄。帷幕灌浆水泥强度等级为c42.5,水泥必 须是合格的新鲜普通硅酸盐水泥，对进场材料必须具备三证(出厂证、检 验单、合格证)方准

11、予进入施工材料仓库，超过出厂日期保存达3个月以 上的水泥不准使用，对因受潮而结块的水泥一定要清除，以免影响施工质 量。対水泥的供给采取边用边进的原则，以保障水泥不过长时间在工地积 存。灌浆压力是影响灌浆质量的重耍因素，根据碾压式土石坝设计规范 (sl274-2001),帷幕灌浆压力按下式计算。p二po+md+kyh 式中，p灌浆压力(kpa);p0岩基表层的允许压力(kpa);m灌浆段上岩层每增加lm所增加的压力(kpa);d灌浆段上岩层的厚度(m)；k一般取为1.5;y压重的重度(kn/m3);h灌浆段以上压重的厚度(m)。经计算，木工程的设计灌浆压力为0. 05mpa0. 25mpa04.

12、 4. 2冲抓套井回填孔平面布置在大坝上游坝坡(高程66. 09m)开挖2. 0m宽平台，布置单排冲抓孔(桩号0+0140+151,孔径1. lm,孔距0. 78m,共计124孔。冲抓套井回 填防渗墙在平面上按主、套井相间布置，一主一套相接连成井墙，套井为 整圆，主井被套井切割，呈对称蚀圆。高程66. 09m至大坝坝顶采用复合 上工膜铺设防渗。4. 4. 2. 1 孔深大坝冲抓回填范围为坝顶高程66. 09m至建基面以下1. onio4. 4. 2. 2冲抓套井回填主要参数及工艺要求4.4. 2. 2. 1孔距及有效设计厚度本设计防渗墙由一排井孔组成，井孔直径110cm,参照湖南省病险 土石坝

13、工程治理研究及有关文献，确定最优孔灰及有效厚度按如下公式 计算：l=2rcos a , t=2rsin a式中：l孔距（主井和套井中心距）m；t 防渗墙冇效设计厚度m；a为主井、套井最优切割角度，a =45º；r井孔半径，即r=0. 55m；经计算 l=0. 78m, t=0. 78mo4.4. 2. 2. 2 回填土料回填土料为粘土，粘粒含量在35%50%,小粒径石子含量不超过10%, 天然含水量控制在20%25%,若天然含水量超过25%,必须进行翻晒，若 小于19%,则应洒水达到设计值；渗透系数kwix 10-6cm/s,回填粘土干 密度为 yd=1.551.58g/cm3,压实度$98%。4. 4. 2.2.3施工工艺要求 应在库水位最低（死水位51. 55m）时施工。钻孔:钻孔要铅直，钻孔的偏斜率应不大于1/50,造孔顺序为先主井， 后套井。回填:钻孔达设计深度后应立即回填，按先主井后套井的原则，填土 分层进行，回填一层，夯实一层，不得边填边夯，每层松土厚度为0. 3m 至 0. 5m。夯实:夯实方式应通过现场试验确定，在夯击过程中，一定要尽量保 持夯锤稳定，不左右摇摆，不碰井壁，以提高夯压效果。当夯实10m以下 的井段时，可适当加大夯锤