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反帝水庫主壩除險加固工程效果評估分析討論

文檔作者：付子剛1 岳鈞2 賀穎慶1 文檔來源： 1．淮安市水利勘測設(shè)計研究院有限公司 2．南京市第二基礎(chǔ)工程公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年03月03日
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第53卷第9期甘肅水利水電技術(shù)V01．53．No．9
2017年9月GANsU wAT豫髓s0I瓜c醛A舳HYD購P0w腿TEc脒OLoGY Sep．，2017
·設(shè)計與研究·
反帝水庫主壩除險加固工程效果評估分析討論
付子剛1，岳鈞2，賀穎慶1
(1．淮安市水利勘測設(shè)計研究院有限公司，江蘇淮安223001；
2．南京市第二基礎(chǔ)工程公司，江蘇南京211800)
摘要：針對反帝水庫主壩存在的安全隱患問題，提出了兩種防滲加固方案，經(jīng)對比分析其優(yōu)缺點，最終選用了低彈?；?
凝土防滲墻的加固方案，并基于應(yīng)用“水工結(jié)構(gòu)有限元分析系統(tǒng)Aut0B明kv3．92”程序與“邊坡穩(wěn)定分析系統(tǒng)S10Dev2．1”
程序?qū)庸毯笾鲏伍_展了滲流、穩(wěn)定分析復核計算。計算結(jié)果表明：加固之后主壩不會產(chǎn)生滲透破壞，主壩結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，
能滿足大壩壩坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)要求?？蔀橥愅潦瘔畏罎B墻工程研究提供參考。
關(guān)鍵詞：反帝水庫；主壩除險加固；防滲加固方案；數(shù)值分析；滲流穩(wěn)定計算
中圖分類號：：rI'v698．2弓文獻標志碼：B 文章編號：2095．0144(2017)09—0029—04
1 前言
土石壩安全隱患問題一直以來都是壩工界關(guān)注
的重點【11，安全隱患問題主要包括服役過程中的滲
流和穩(wěn)定問題團，土石壩防滲墻的修補及大壩的加
高培厚是土石壩補強加固的重要手段剛，為此國內(nèi)
外相關(guān)學者進行了大量研究，取得了不少成果鯽。
然而，由于水利工程的獨特性，不同的水庫工程具有
不同的地形條件、結(jié)構(gòu)形式、壩體填筑材料等，計算
所采用的本構(gòu)模型也不盡相同，由于反帝水庫主壩
存在安全隱患的問題，屬于三類壩。鑒于此，在前人
研究的基礎(chǔ)之上，開展了反帝水庫大壩工程的除險
加固，提出了選用低彈模混凝土防滲墻的加固方案，
并對該土石壩主壩加固效果開展?jié)B流、穩(wěn)定分析研
究，討論除險加固的工程效果。
2大壩工程概況及存在問題
2．1 工程概況
反帝水庫位于浙江省義烏市蘇溪鎮(zhèn)。屬小(一)型
水庫，永久性主要水工建筑物級別為4級。主壩壩型
為黏土心墻壩，壩高31．88 m，壩頂高程181．40 m，壩
頂長103．00 m，壩頂寬4．00 m。大壩上下游均采用塊
石護坡，上、下游壩坡分四級：一級坡比分別為：l：
2．27，1：2．25，二級坡比分別為：l：2．43，1：2．16，三
級坡比分別為：1：2．59，1：2．24，四級坡比分別為：
1：3．07；1：1．5，排水體采用棱體排水。
2．2水庫主壩存在的問題
目前水庫主壩存在的問題有：①主壩最低壩頂
高程(181．4 m)低于設(shè)計所需壩頂高程(181．5 m)，防
洪能力不足。②反帝水庫主壩壩頂附近雜草叢生，
上、下游護坡局部有掏空、移位，塊石間隙較大，大壩
中部高程(167．O m)附近存在較明顯水流聲音，推測
可能已產(chǎn)生滲漏通道滲流量較大。另據(jù)地質(zhì)勘察報
告：主壩心墻土室內(nèi)水平滲透系數(shù)大部分(92．3％)不
能滿足后≤1×10巧cIIl，s的現(xiàn)行規(guī)范要求，現(xiàn)場注水
試驗滲透系數(shù)全部(100％)不能滿足后≤1×10-5
cIIl，s的現(xiàn)行規(guī)范要求；部分(42．9％)土樣的心墻土壓
實度不能滿足SL 274—2001《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)
范》的要求。主壩壩體與基巖接觸段滲透系數(shù)五=
(1．5—6。7)×10。5 cm／s，屬弱透水性，不能滿足現(xiàn)行土
石壩防滲要求。③無大壩沉降、位移觀測設(shè)施和測壓
管，管理房狹小。④無上壩道路通至壩頂。
3安全技術(shù)認定結(jié)論
根據(jù)反帝水庫大壩安全技術(shù)認定報告論證會，
其認定結(jié)論匯總?cè)缦拢捍髩畏篮槟芰υu價c級；主
壩滲流穩(wěn)定安全及主壩結(jié)構(gòu)穩(wěn)定安全均評價為c
級；水庫運行管理狀況評價為一般。確定本水庫工程
大壩為三類壩，即反帝水庫為危險水庫。
4主壩兩種加固方案比選
根據(jù)反帝大壩存在的安全隱患及大壩安全技術(shù)
收稿日期：2017加8—12
作者簡介：付子剛(1984一)，男，河北承德人，工程師，學士，主要從事水利工程設(shè)計，E—mail：fh—zig鋤g@sina．com。
·29·
萬方數(shù)據(jù)
2017年第9期甘肅水利水電技術(shù)第53卷
認定結(jié)論，提出了兩種防滲加固方案。兩種加固方
案優(yōu)缺點對比見表1所列。
(1)方案一：低彈模混凝土防滲墻
施工前先挖除壩體上部土體(高程1 79．50 m以
上)，再開展低彈?；炷练罎B墻的施工。防滲墻軸
線布置于壩軸線上游側(cè)0．50 m，造孔鉆進采用反循
環(huán)回轉(zhuǎn)式鉆或沖擊鉆。使防滲墻穿過壩體嵌入強風
化基巖中，與左右兩岸設(shè)置的混凝土岸墻形成封閉
的防滲系統(tǒng)?；炷练罎B墻的混凝土抗?jié)B標號為
s8，防滲墻厚度為0．8 m，為增加混凝土的混凝土澆
筑采用導管法，在槽孔中充滿泥漿的情況下澆筑。
(2)方案二：套井加心墻
該方案采用下部雙排沖抓套井回填，上部黏土心
墻方案。壩體開挖至高程165．60 m，以此為工作面進
行沖抓套井回填。設(shè)計套井排數(shù)為2排，孔徑1．1 m，
孔距為0．75 m，排距O．75 m。套井軸線布置在新壩軸
線上游0．50 m位置。套井施工完成后，進行上部黏
土心墻填筑。套井施工完成后，開挖坎槽回填黏土
心墻，確保套井與心墻形成整體防滲。
表1兩種加固方案優(yōu)缺點對比
特點方案一方案二
優(yōu)點①防滲效果好；②黏土需①防滲效果較好；②施工
求量小，相對的減少了開技術(shù)成熟，工藝簡單；③
挖對生態(tài)環(huán)境的破壞；③上部壩體土料重新回填
施工時，庫內(nèi)水可不放壓實，壩體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性增
空，減少空庫運行時間，強；④投資較低
縮短不能供水時間；④施
工受天氣影響不大，施工
期較短；⑤混凝土防滲墻
所需材料充足
缺點①施工工藝較復雜；②防①套井深，施工及質(zhì)量控
滲墻不均勻受力及相應(yīng)制難度大；②壩體開挖方
的變形能力較差；③防滲量大；③套井與心墻交界
墻厚度較??；④投資較高處容易形成滲漏通道；④
對黏土需求量大，且對黏
土質(zhì)量要求高，運距遠，材
料成本高；⑤施工受天氣
影響大，施工期較長；⑥施
工過程中需空庫運行
從防滲效果、施工工藝、施工質(zhì)量控制、工程量
及工程投資等方面對反帝水庫大壩進行了綜合對比
·30·
分析，得出方案一的性價比與可行性程度更高，即選
用低彈模混凝土防滲墻方案。
5大壩滲漏隱患處理
依據(jù)目前存在的安全隱患問題，最終確定主壩
需加固的主要內(nèi)容為：①設(shè)計對大壩加高壩頂處理；
②設(shè)計對主壩進行碎石充填并護坡，進行低彈模混
凝土防滲墻處理；③設(shè)計新建大壩沉降、位移觀測設(shè)
施、測壓管，重建水位觀測設(shè)施、遙測裝置及配套管
理房等；④新建上壩道路直通壩頂。
根據(jù)所述加固內(nèi)容，應(yīng)用“水工結(jié)構(gòu)有限元分析
系統(tǒng)AutoBaIlkv3．92”程序與“邊坡穩(wěn)定分析系統(tǒng)
sl叩ev2．1”程序，分別進行主壩壩體滲流與穩(wěn)定計算。
5．1 大壩滲流計算
(1)計算參數(shù)
大壩洪水水位及壩體填筑材料水平與垂直滲透
系數(shù)見表2、表3所列。
表2大壩洪水水位
表3壩體填筑材料水平與垂直滲透系數(shù)
(2)滲流計算工況
工況I：正常運行條件下上游正常水位，下游無
水的滲流穩(wěn)定期。
工況Ⅱ：正常運行條件下上游設(shè)計水位，下游無
水的滲流穩(wěn)定期。
工況Ⅲ：正常運行條件下上游水位正常降落(正常
水位正常降至l，3壩高)，下游無水的滲流非穩(wěn)定期。
萬方數(shù)據(jù)
第9期付子剛。等：反帝水庫主壩除險加固工程效果評估分析討論第53卷
工況Ⅳ：非常運行條件下上游校核水位，下游無
水的滲流穩(wěn)定期。
工況V：非常運行條件下上游水位驟降(從校核
水位降至死水位)，下游無水滲流非穩(wěn)定期。
(3)容許滲透坡降
根據(jù)南京水科研究院的研究結(jié)果：以粒徑在2
mm以下者為細粒，其質(zhì)量分數(shù)Pg>35％時，易產(chǎn)生
流土；Pg<25％時，易產(chǎn)生管涌；25％<35％，可>35％、則該水庫大壩滲透
變形形式為流土。其臨界水力坡降為：
．7丟1．17×(G廣1)×(1一n) (1) 式中：．7卜臨界水力坡降；
Gf一土粒比重，計算中為2。67；
n——孔隙率，計算取值為0．41。
經(jīng)計算得臨界水力坡降為：1．16。
其容許水力滲透坡降為：
嘲礎(chǔ)(2) 式中：昏咄全系數(shù)，黏性土取值l。5，非黏性土取
值2～2．5；計算取值為2。
經(jīng)計算得容許水力滲透坡降【．，B】為：O．58。
(4)滲流計算結(jié)果
滲流程序計算結(jié)果見表4所列。
由大壩滲流計算結(jié)果表明，除險加固之后大壩
不會產(chǎn)生滲透破壞。
表4滲流程序計算結(jié)果
5．2結(jié)構(gòu)穩(wěn)定分析
根據(jù)規(guī)范規(guī)定，其壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)評價
指標為瑞典圓弧法正常運行條件不小于1．15，非常
運行條件不小于1．05；簡化畢肖普法正常運行條件
不小于1．25，非常運行條件不小于1．15。
根據(jù)GB 18306—2001《中國地震動參數(shù)區(qū)劃
圖》，反帝水庫大壩工程區(qū)域內(nèi)地震峰值加速度小于
O．05 g，抗震設(shè)防烈度小于VI度，地震動反應(yīng)譜特征
同期為0．35 s。按照相關(guān)規(guī)定，該工程的建筑物可不
進行抗震安全復核。
反帝水庫根據(jù)大壩現(xiàn)狀及地質(zhì)報告資料，大壩
穩(wěn)定計算選用的有關(guān)參數(shù)見表5所列。
(1)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定計算方法
壩坡抗滑穩(wěn)定計算采用剛體極限平衡法。
表5壩體填筑料物理性質(zhì)指標
一一蒜蒜燃
·31·
萬方數(shù)據(jù)
2017年第9期甘肅水利水電技術(shù)第53卷
(2)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定計算工況
①正常運行晴況：
工況I：上游正常蓄水位、下游相應(yīng)最低水位
時，下游壩坡穩(wěn)定計算；工況Ⅱ：上游設(shè)計洪水位、下
游相應(yīng)最低水位時，下游壩坡穩(wěn)定計算；工況Ⅲ：上
游水位正常降落時上游壩坡穩(wěn)定計算。
②非常運行情況：
工況Ⅳ：校核洪水位下穩(wěn)定滲流時，下游壩坡穩(wěn)
定計算；工況V：校核水位非常降落時，上游壩坡穩(wěn)
定計算。
(3)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定計算結(jié)果
經(jīng)過計算，其穩(wěn)定計算結(jié)果見表6所列。
表6主壩穩(wěn)定計算結(jié)果
大蜒隱角杓事結(jié)果(表6)可知，除險咖固之后恕19鏨吉
構(gòu)穩(wěn)定均能滿足大壩壩坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)要求。
6結(jié)論
(1)從防滲效果、施工工藝、施工質(zhì)量控制、工
程量及工程投資等方面對反帝水庫大壩進行了綜合
對比分析，得出方案一的性價比與可行性程度更高，
即選用低彈?；炷练罎B墻方案。
(2)大壩加固后主壩不會產(chǎn)生滲透破壞，大壩結(jié)
構(gòu)穩(wěn)定，能滿足大壩壩坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)要求。
參考文獻：
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”●?·●?·●?·●?·●?·●?·●?·●?·●?·●?·●?·●?-●?·●?-●?·●?·●?●?·●?●?·●?●?
(上接第28頁)根據(jù)提出的方法計算危巖穩(wěn)定性
系數(shù)比傳統(tǒng)方法偏小5％。8％，減小了相關(guān)影響因
子的重疊性，具有實際意義。
(3)基于模糊聚類和主成分分析方法建立的線
性回歸方程考慮了對危巖穩(wěn)定性影響因素之問的相
關(guān)性，符合實際。
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