病险水库大坝除险加固设计

【摘　要】对于存在的病险的水库大坝，我们必须对大坝病险进行分析，进而采取相应的除险加固措施，以确保水库大坝的安全运行。本文结合某水库工程，分析了大坝存在的主要险情，并针对大坝险情，除险加固设计采取了帷幕灌浆、裂缝充填灌浆、白蚁喷药、坝体陪厚等措施，为类似工程的除险加固提供了参考依据。

【关键词】病险水库；坝体；加固设计；稳定复核

1.工程概况

某水库工程，水库控制面积168.9km2，原总库容2.64×107m3，设计灌溉面积4.0×104亩，是一座以灌溉为主，兼顾防洪的水利工程。该水库主要由大坝、溢洪道、输水隧洞、泄洪隧洞组成，最大坝高36m，坝顶宽7.6m，坝顶长198.2m，坝顶高程1015.5m。

2.大坝主要病险

2.1坝面渗水

1981年库水位为1807m时，靠左岸下游坡高程1786～1792m之间发现3处明显漏水点，每点渗水量为0.65LPs。1999年8月发现下游坡左坝肩有两处渗水点，高程为1788m和1784m，渗漏量共1.9LPs，下游坡潮湿面积达280m2。分析其产生原因是左坝肩存在绕渗，造成下游坝坡潮湿，出现集中渗水点。

2.2坝体裂缝

坝体裂缝位于大坝左肩下游坡一级戗台之上，水库建成蓄水试运行一年多时间，于1981年9月在大坝左坝肩段下游坡出现3条纵向裂缝，表面缝宽1.0～8.0cm，长度分别为20m、35m、95m，分布高程1803m、1806m、1812m。曾对3条裂缝进行探坑检查，坑深5m时，坑底部最大裂缝宽度已扩展至20cm，并有向深部发展的趋势。分析其产生原因是左坝段下游坡坝壳下伏一山梁，且山梁下游岸坡陡（约65b），致使坝料回填形成贴坡，加之河床有淤泥夹层，左坝肩存在绕渗，造成下游坝坡潮湿，物理力学指标降低，坝体产生不均匀沉陷导致坝体开裂。

2.3坝体蠕滑

坝体蠕滑区位于大坝下游坡中部，分布高程1786～1792m，面积520m2，坝坡微潮湿，坡面有外凸现象，凸起高0.2～0.5m，为坝体蠕动变形所至。分析其产生原因主要是蠕滑区内坝壳砾质土渗透系数较小，导致浸润线升高，坝壳砾质土抗剪强度降低，坝土产生蠕变。

2.4白蚁情况

在坝体下游坡左段，高程1814～1786m之间发现白蚁比较旺盛，主巢37巢，飞蚁群孔108个。

3.坝体稳定复核

3.1基本参数

根据坝体钻孔、注水、压水试验及室内原状样试验的成果，坝体各区土料物理力学指标：

心墙：天然容重γ=1.84t/m3，饱和容重γ饱=1.91t/m3，内摩擦角φ=19°，凝聚力C=49kPa。

原坝壳料：天然容重γ=1.95t/m3，饱和容重γ饱=2.02t/m3，内γ摩擦角φ=26°，凝聚力C=30kPa。

砂卵砾石层：天然容重γ=1.87t/m3，饱和容重γ饱=2.01t/m3，内摩擦角φ=27°，凝聚力C=0kPa。

淤泥质粘土：天然容重γ=1.2t/m3，饱和容重γ饱=1.4t/m3，内摩擦角φ=16°，凝聚力C=10kPa。

基岩：天然容重γ=2.25t/m3，饱和容重γ饱=2.32t/m3，内摩擦角φ=30°，凝聚力C=30kPa。

3.2断面选择

根据现场查勘资料及地质图和坝体裂缝位置，选择大坝标准剖面和左坝段山梁部位为坝坡稳定最不利断面，只要这两个断面满足稳定分析的安全要求，则整个坝体均满足安全要求。

3.3复核成果

大坝坝坡稳定复核计算采用中国水利水电科学研究院的5土质边坡稳定分析程序6STAB95进行计算。其计算成果见表1。

表1大坝稳定计算成果表

根据以上成果分析，大坝上、下游坝坡的最小安全系数不能满足规范要求，需对大坝上、下游坝坡进行加固处理。

4.大坝除险加固设计

针对大坝病险情况，设计采取了以下处理措施：帷幕灌浆、裂缝充填灌浆、白蚁喷药、坝体陪厚。

4.1坝体及坝基帷幕灌浆防渗措施

坝体经勘查表明，大坝坝体由心墙及风化料坝壳组成，心墙渗透系数偏大，坝壳细粒含量偏高，碾压不均一，渗透系数总体偏小，不符合心墙坝规范要求；心墙与基岩接触部结合不好，接触部平均透水率为45.5Lu；坝基基岩未进行防渗处理，两岸防渗帷幕控制区范围不足，存在绕坝渗漏。因此对坝体、坝体与坝基接触带、两岸绕坝渗漏采用帷幕灌浆的防渗处理方案。

4.2下游坝坡裂缝充填灌浆措施

对左岸下游坝坡裂缝区采用水泥粘土浆进行充填灌浆。灌浆范围：里程0-018.00～0+090.00，高程1801.00～1815.50m。

灌浆孔布置原则：

1）裂缝部位：沿裂缝布孔，孔距3m，孔深深入基岩0.5m。

2）裂缝周边布孔：以裂缝布孔为基点，梅花形布置，孔距≤5m，孔深深入基岩0.5m。

3）所有裂缝灌浆孔，当灌浆段长30m而未见基岩时，则30m以下根据灌浆结束标准决定孔深。坝体裂缝灌浆浆液采用水泥粘土浆，水泥加入量为20%（重量比）。

4.3下游坝坡渗水及蠕滑区处理

对坝体蠕滑、浸潮两区范围内土料开挖至潮湿及松散层以下50cm，重新填筑坝土压实，要求达到设计干容重。

4.4白蚁问题处理

针对白蚁喜欢潮湿土壤，帷幕灌浆堵住渗漏通道的情况下，在培厚下游坝坡前，修整一定厚度坝坡后，逐一对有白蚁的区域喷洒药物。

4.5新加坝体基础处理

根据开挖揭露的地质情况分别进行处理：大坝左岸为原老河道，将基础清至河床砂砾石层；坝体中部为基岩，只需清理即可；大坝右岸为淤泥质粘土，由于此部分淤泥质粘土较深，若要开挖至基岩，还需开挖6～8m，开挖工程量较大，开挖较为困难。对此部分基础采用置换进行处理，采用粒径30～50cm的灰岩料填筑，碾压分层进行，先用小型机械进行碾压，再采用振动碾进行碾压。置换后的容重>1.9t/m3。

4.6坝体结构加固设计

将原坝轴线向下游平移11m为加固扩建后坝体轴线。根据设计方案计算，坝顶需加高0.5m，坝顶高程由原来的1815.5m增至1816.00m，坝高44.5m，坝顶长202.50m，坝顶宽8m。坝顶上游侧设1.0m高的钢筋混凝土/L0型防浪墙，防浪墙与粘土斜墙防渗体连为一体，嵌入斜墙防渗体内1.5m。

上游坝坡处理：清除原坝坡高程1790m以上表层土。并在高程1790.00m、1801.00m处削4m和8.5m宽的平台，削坡后上游高程1816.00～1801.00m坡比为1B2.5，高程1801.00～1790.00m坡比为1B3.0，高程1790.00m以下坡比为1B3.5。采用混凝土预制块护坡，厚10cm，下设20cm厚的混合碎石砂垫层。

下游坝坡处理：清除现坝坡表层土。高程1786.00m以上新老坝体接合处设垂直厚度40cm混合反滤层，高程1786.00m以下新老坝体接合处设垂直厚度分别为40cm的3层上昂式排水体，与坝脚堆石棱体共同组成坝体的排水设备。

4.7除险后坝体稳定复核

1）基本参数。根据室内原状样试验的成果，新加坝壳料的物理力学指标：

新坝壳料：天然容重γ=1.95t/m3，饱和容重γ饱=2.02t/m3，内摩擦角φ=28°，凝聚力C=36kPa。

堆石棱体：天然容重γ=2.12t/m3，饱和容重γ饱=2.18t/m3，内摩擦角φ=35°，凝聚力C=0kPa。

2）断面选择。根据地形地质图，选择大坝标准剖面和左坝段山梁部位为坝坡稳定最不利断面，只要这两个断面满足稳定分析的安全要求，则整个坝体均满足安全要求。

3）复核成果。大坝坝坡稳定复核计算采用中国水利水电科学研究院的5土质边坡稳定分析程序6STAB95进行计算。其计算成果见表2。

表2　大坝稳定计算成果表

根据以上成果分析，大坝加固处理后上、下游坝坡的最小安全系数均满足规范要求。

5.结语

该水库大坝除险加固工程已完工并通过了竣工验收。目前水库按设计要求运行正常，各项加固措施均达到了除险的目的，帷幕灌浆起到有效作用，坝体下游未见白蚁，下游坡面干燥，坝体未见异常，水库的面貌焕然一新。该工程的成果经验可以作为类似工程参考。

参考文献：

[1]　蔡风飞.坝体防渗墙与坝基帷幕灌浆联合防渗处理工程实例[J]水利科技，2011.02.

[2]　王金河.小型病险水库大坝除险加固问题分析[J]黑龙江科技信息.2011.19.