水库浆砌石重力坝加固设计方案

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摘要:返步桥水库位于永丰县石马镇返步桥村，坝址坐落在赣江水系乌江上游。文章针对返步桥水库浆砌石重力坝现状存在的问题选取了合理的加固设计方案，并对所采取的设计方案进行了分析和研究。

关键词:返步桥水库;浆砌石重力坝;防渗面板;帷幕灌浆

1工程概况

1.1工程基本情况

返步桥水库位于永丰县石马镇返步桥村，距县城约75km。坝址坐落在赣江水系乌江上游。坝址以上控制流域面积114.0km2，水库总库容2029万m3，设计灌溉面积3133hm2，是一座具灌溉、防洪、发电、养殖等综合利用的中型水库。返步桥水库地理位置重要，一旦失事，将影响下游招携、牛田2个乡镇涉及2.3万人口、1047hm2耕地的安全。返步桥水库为中型水库，水库大坝为浆砌块石重力坝，最大坝高60.0m，坝顶长137.0m，顶高程348.0m，坝顶宽9.0m。溢流坝段设在大坝中部，为闸式实用堰，堰顶高程338.00m，溢流净宽3孔×10m，采用10.00m×7.30m(宽×高)弧形钢闸门控制，挑流消能。非溢流坝段上游面320.00m高程以下坡比为1∶0.25，以上铅直:下游面高程338.33m以上坡面铅直，以下坡比左非溢流坝段1∶0.75，右非溢流坝段1∶0.65.坝内294.0－330.0m高程处设有灌浆廊道、313.0m高程处设有观测廊道。

1.2大坝存在的主要问题

1)大坝整体外观较差，混凝土及浆砌石面老化严重，坝体浆砌石局部地段空隙较大。2)大坝防渗面板混凝土浇筑质量较差，强度和抗渗性能不满足规范要求。3)坝体与基岩接触部位的帷幕存在薄弱环节，坝基(肩)岩体透水率不满足规范要求，存在坝基及绕坝渗漏问题。4)大坝下游坝坡及观测廊道渗水严重，防渗面板及溢流堰面混凝土老化、剥蚀、蜂窝麻面严重。

2大坝加固设计

2.1坝体防渗方案比较

1)方案(一):坝体水泥砂浆充填灌浆+修补防渗面板。对坝体全坝段进行水泥砂浆充填灌浆，并利用前排灌浆孔同时进行接触灌浆和坝基帷幕灌浆，使前排灌浆形成坝体封闭的防渗体系。充填灌浆按二序实施灌钻孔，灌浆施工方法为:采用自上而下钻灌交替进行，钻灌长度一般控制在5m左右。每一灌浆段施工结束后，需待凝一段时间，使浆液凝固，具有一定强度后，才可进行下一灌浆段的施工［1－3］。对现有防渗面板裂缝、蜂窝麻面采用喷涂聚合物水泥砂浆修补。该方案的优点是施工组织简单，不需放空水库，不影响水库效益的正常发挥。该方案的缺点是施灌对象具隐蔽性，质量要求高，难以控制，耗浆量大而可靠性低。另一方面，对坝体施灌很容易堵塞坝体排水管，造成大坝砌体间的抗滑失稳，故必须重钻排水孔而加大投资。2)方案(二):增设混凝土防渗面板。在大坝迎水面重浇混凝土防渗面板，对坝体局部薄弱带进行充填补强灌浆，并于305.0m高程处设灌浆平台进行坝基帷幕灌浆。混凝土防渗面板从底部至305.0m高程厚度为3.5m;从305.0m至320.0m高程防渗面板厚由2.0m渐变至1m，320.0m高程以上混凝土防渗面板厚均为1.0m。另外对局部坝段进行充填灌浆。该方案的优点是施工技术成熟，可靠度高，施工质量易于监控，实施除险加固效果理想，所增加工程量确定，坝外形美观，防渗性能可靠，所增加坝体自重直观，利于设计指标控制。该方案的缺点是需放空水库，施工组织要求较高，施工导流难度较大，需增加围堰等临时设施。方案(一)与方案(二)工程相异项目直接费比较见表1。综合分析大坝加固处理两种方案的优缺点及相异项目直接费比较结果，方案(一)投资较多，而加固后的坝体防渗效果难以预料;方案(二)施工质量容易控制，坝体防渗效果好，另外可较大提高大坝抗滑稳定安全系数。经比较，本次大坝加固处理设计推荐方案(二)。该方案施工技术成熟，施工质量易于控制，施工强度不高，主体工程能在一个枯水期内完成。

2.2坝体防渗加固设计

坝体防渗加固设计采用增设混凝土防渗面板方案。根据坝前水头及满足帷幕灌浆施工要求，面板设计厚度为1.0－3.5m，即灌浆平台高程305.0m以下面板厚度为3.5m，高程305.0－320.0m面板设计厚度为2.0－1.0m，320.0m高程以上面板厚度为1.0m;面板混凝土标号采用C25，面板表层配的钢筋网，防渗面板必须嵌入建基面1.0m。新增防渗面板共设11道变形横缝;缝宽2cm，缝内沥青砂板填塞，缝间设一道铜片止水。面板浇筑前必须对整个坝体表面进行凿毛并布设插筋，插筋采用φ20mmⅡ级钢，间距100×100cm，梅花型布置。坝体砌体材料为块石，胶结材料为水泥砂浆。根据安鉴报告分析，大坝砌体施工质量差，砌石体架空现象严重，透水率大，局部坝体容重不满足设计要求。本次加固设计局部坝段采用坝体充填灌浆方案进行处理。以减少坝体中的孔隙率，增加坝体自重，提高大坝的稳定性和防渗性能，减少渗水对坝体产生浸蚀性破坏。充填灌浆孔布置两排，上下游各一排，灌浆孔距均采用5m［4－5］。

2.3坝基、坝肩防渗加固设计

经计算灌浆厚度T=2.2m;对于单排孔，帷幕灌浆厚度为孔距0.8倍，本设计孔距3.0m，即灌浆厚度T=0.8×3.0=2.4m，满足设计要求。帷幕灌浆孔布置:灌浆孔布置于距原防渗面板底部0.5m，孔距3.0m，灌浆孔伸至基岩，对坝基进行帷幕灌浆处理，同时沿着这一方向在两坝肩进行灌浆，使坝体、坝基、坝肩形成一道完善的防渗体系;设计帷幕灌浆伸入左坝肩15.0m，伸入右坝肩21.0m。帷幕伸入相对不透水层(本工程按3Lu线控制)以下5m。

3加固后坝体抗滑稳定及坝体应力计算

1)计算荷载:选取与加固前同样的断面及同样的荷载组合，为便于比较，特征断面与加固前一致，考虑大坝加固进行了局部补强灌浆，块体间密实度得到提高，溢流坝面已重浇钢筋混凝土结构，综合考虑加固后浆砌块石容重采用20.8KN/m3计算。本次大坝加固后的坝体抗滑稳定及坝体应力计算，分别考虑了计入扬压力和不计扬压力两种情况，帷幕灌浆扬压力折减系数采用0.5。稳定及应力分析成果见表2及表3。2)计算结果分析:由表2及表3可以看出，加固后大坝稳定及应力等各项指标均能满足规范要求。

4溢流坝段加固处理措施

根据溢流堰存在的问题，对于溢流面主要考虑混凝土修补、补强加固和重浇一层钢筋混凝土方案，即采取对溢流堰顶及下游堰面混凝土先凿除30cm厚，再重浇C30抗冲磨钢筋混凝土，从根本上提高溢流堰表面整体强度和抗冲刷能力，解决溢流坝的泄水安全问题。重浇的溢流堰面和挑流鼻坎，新老混凝土结合部分进行混凝土凿毛和高压水冲洗处理，并采用锚筋连接，锚筋间距1.0m，锚筋直径φ22，锚入堰体长度1.5m，锚筋与表层钢筋网焊牢。新浇的堰面曲线与原堰面曲线一致。

5结语

文章针对返步桥水库浆砌石重力坝现状存在的具体问题，选取了合适的加固设计方案。坝体防渗采用迎水坡增设混凝土防渗面板的方案，对坝基、坝肩采取帷幕灌浆防渗措施，对溢流堰顶及下游堰面混凝土先凿除30cm，再重浇C30抗冲磨钢筋混凝土的措施，目前返步桥水库加固工程已完工并通过验收，至今运行良好，证明所采取的加固设计方案合理。

参考文献:

［1］王建平.青山水库大坝加固设计［J］.黑龙江水利科技，2018，10(46):69－70.

［2］邓娟玲.杜河水库除险加固设计［J］.山西水土保持科技，2016(12):66－78.

［3］刘彬彬.山心塘水库除险加固工程主坝加固设计方案［J］.黑龙江水利科技，2014，11(42):102－104.

［4］周建斌，柳见和.临海市双坑水库大坝加固设计及施工［J］.浙江水利科技，2006，11(06):55－56.

［5］付彦.病险浆砌石重力坝加固设计［J］.黑龙江水利科技，2011，39(03):21－24.

作者：罗海波 单位：永丰县佐龙乡便民服务中心工作