大壩加固設計論文2篇

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第一篇

1.大壩加固設計方案分析

當前大壩存在以下問題：大壩防洪能力不能滿足現行規范要求；大壩溢洪道下游無消能設施；壩體左壩段局部反濾層存在滲透變形，粘土斜墻發生坍塌現象；放水隧洞進口鑄鐵閘門啟閉機已運行多年，老化且腐蝕嚴重，不能正常運作。濟下水庫防洪能力按現行規范要求設計洪水標準采用50年一遇，校核洪水標準500年一遇。實測大壩壩頂高程、防浪墻頂部均不能滿足規范要求，側槽溢洪道下游無消能設施，沖刷嚴重。大壩斷面抗滑穩定安全系數在各工況下能滿足規范要求，但大壩上游面外觀不平整，大壩結構穩定評定為B級。水庫大壩滲流量較小，其滲流比降略大于容許滲流比降，反濾層出現滲透變形。現場發現集中滲漏現象，大壩穩定評價為C級。

（1）經研究分析表明，本工程壩體總體穩定性較好，下游壩坡干砌石護坡穩定性好，未出現變形，壩體堆填壓實達到設計容重，反濾層設置符合要求。原壩體部分施工質量良好，能滿足壩體抗滑要求。

（2）壩體防滲斜墻局部滲透性及填筑壓實度不能滿足規范要求。壩基主要為弱風化凝灰巖，巖石堅硬致密，節理裂隙不發育，巖體完整性好，穩定性好，能滿足滲流、抗滑要求。本次勘測揭露壩體地層有：①層塊石護坡、②層粉質粘土（斜墻）、③層沙礫（反濾層）、④層堆石及⑤層弱風化凝灰巖（壩基）。經過本次勘測，查明壩體填土材料的組成及分布，重點查明了粘土斜墻防滲體的分布、物理力學性質及其滲透性，為指導今后該水庫的壩體防滲設計提供設計參數。

（3）大壩高程不滿足規范要求。壩高復核見表1所示。2007年測得大壩壩頂高程288.1m，小于校核洪水位290.96m。防浪墻頂部高程為289.65m，計算防浪墻墻頂高程290.96m。并且根據當地水利員反映，在2006年遭受臺風泰利襲擊時，大水漫壩頂最大達到60cm，故現狀大壩高程不滿足規范要求。

針對本水庫壩體存在的病害問題，提出除險加固處理措施：

（1）壩體迎水坡面護坡塊石風化嚴重，建議在壩體加固階段對護坡塊石進行更換，或采用鋼筋混凝土板或瀝青混凝土護坡。

（2）根據本次勘測表明，壩體防滲斜墻局部滲透性及填筑壓實度不能滿足規范要求，建議對壩體的②層粉質粘土（防滲斜墻）進行灌漿加固處理，或采用復合土工膜防滲加固，灌漿加固及采用復合土工膜防滲加固的施工應嚴格按照水利水電的有關施工規范進行，并在施工完成后按照有關要求的灌漿加固效果進行檢測。根據大壩實際情況，擬定下列八種加固方案，方案一加高大壩壩頂高程，滿足泄洪要求，保證大壩安全。但加高壩頂高程可能會造成水庫上游村莊淹沒，造成人民群眾生命財產受到威脅，且政策處理困難。方案二考慮大壩右岸山體巖石裸露，穩定，適宜開鑿新的溢洪道條件，采取壩體右肩新開溢洪道。但考慮到左壩肩已開溢洪道，再對右壩肩實施開挖易造成大壩失穩。方案三大壩右岸公路邊埡口處新開溢洪道，設置自控翻板閘門，孔口B=10m，閘門選擇6×10m，溢洪道全長251.3m,進口段及控制段共長37m,泄水槽長130.3m，出水渠長84m，采取面流消能，消力池長32m，高1.8m。但考慮到公路段開挖泄水槽，影響交通，且會影響到附近的住戶，泄水消能渠占用耕地面積，政策處理困難，費用大。方案四利用自控閘門的性能，不改變水庫正常蓄水位，在老溢洪道堰體上開鑿門槽，設置自控翻板閘門。沿溢洪道軸線布置6扇3×6m閘門，于閘門前布置3道移動式攔污柵欄。其施工難度在于側槽及泄水槽石方爆破，施工時必須做好必要的防震及支護措施，以確保爆破震動在大壩規范允許范圍內。因此自控閘門運用的不成熟，以及后續管理技術、物力、人力上的難度很大。方案五在壩體側槽左肩山體開鑿正槽至15m，并整理側槽堰頂，擴大流量系數至0.45；拆除壩體左肩部分，重建溢流壩段設置5×5m閘門作為非常溢洪道使用。整理后自由溢流堰頂前沿全長50m，其中側槽段35m，正槽段15m。非常用溢洪道5×5m。流量系數均為0.45。但小范圍山體爆破，做好保護，不能影響壩體穩定。溢流堰的整理達到需求的流量系數，施工精度要求高，非常用溢洪道導水墻與粘土銜接段防滲處理難度高。方案六完全拆除側槽并拆除左肩壩體約15m，平行壩軸線方向新建溢流堰，設置3扇6×3.5m閘門，閘底高程283.4m，閘頂高程286.9m。但該方案投資過大，管理難度大，洪水期調控難度大。方案七左肩山體開鑿正槽前沿至23m，降低正常蓄水位至286.1m，并整理堰頂，擴大流量系數至0.407。但該方案由于大范圍的山體爆破對壩體的穩定安全可能造成不可預知的隱患，所以爆破施工技術難度很大。方案八溢流堰左肩正槽段拓寬至15m，使側槽溢流前沿總長達到53m，并降低側槽溢流堰堰頂高程至285.9m。整理堰頂，擴大流量系數，達到0.502。該方案需要對溢流堰的整理，小范圍爆破的保護。綜合各個加固方案的優缺點分析比較，最終選取加固方案八。

2.加固設計實施

2.1工程布置及結構型式

加固后壩頂總長65.0m，壩頂高程288.1m，頂寬3m。壩頂上游側設置L型防浪墻，采用C15砼現澆，墻身厚30cm，高1.3m，墻頂高程289.4m。拆除原壩頂砼路面及下游漿砌塊石防浪墻，重新澆注C15砼路面層，路面標高288.1m，寬2.6m。壩體為土石混合壩，主要由上游壩坡砼預制塊及砼護坡、大壩砌石部分、堆石部分、防滲斜墻以及反濾層、埋砌塊石組成。擬加固部分為壩坡及護坡、下游壩坡堆石體、防滲斜墻部分等。由于風浪沖刷上游壩坡經常發生滲漏、坍陷等情況，本次將上游壩坡干砌石拆除，鋪筑10cm厚預制塊砼護坡，增強抗沖刷能力。上游壩坡以馬道為界，上段坡比1：2，下段坡比1：2.5。砌石部分為堅硬新鮮的花崗巖砌筑，塊石長度0.8~1.2m，塊石短邊不小于40cm，每塊重量300公斤左右。堆石部分每塊石料重量100公斤左右，孔隙率35%，設計容重1.65t/m3。設計下游壩坡放緩至1：1.3。防滲斜墻部分擬挖除原有防滲體大約3m厚，查明防滲體運行狀況，然后針對滲漏點進行局部開挖、回填、夯實至開挖線。然后再填筑防滲斜墻恢復至大壩設計斷面。其構成為：灰黃色、褐黃色，局部灰色，飽和，可塑，局部為軟塑，中壓縮性，采用當地庫區內粘壤土填筑，礫石含量為5~25%，粒徑一般小于2cm，土層滲透系數3.95×10-7~2.55×10-4cm/s。反濾層共設三層，第一層用粗砂，第二層用2~5cm的卵石，第三層用5~7cm的卵石，底部厚度1.0m，頂部厚度0.6m。

2.2泄水建筑物加固方案

對于泄水建筑物的加固主要采用以下三個方面措施：降低正常蓄水位至285.9m；修整溢洪道將流量系數提高到0.502；溢洪道正槽段向左側山體開挖，增加溢洪道溢流前沿寬度至53m；

3.結語

針對水庫大壩存在的病害問題，對其采取除險加固措施，可以有效地改善水庫大壩運營情況。文章通過結合某水庫大壩病害情況，該壩體防滲斜墻局部滲透性及填筑壓實度不能滿足規范要求，同時大壩高程不滿足規范要求。對其溢流堰左肩正槽段拓寬至15m，使側槽溢流前沿總長達到53m，并降低側槽溢流堰堰頂高程至285.9m。整理堰頂，擴大流量系數，達到0.502。系統地探討該加固方案的具體設計實施，為同類工程提供參考借鑒。

作者:楊國華單位:浙江省景寧畬族自治縣水利電力勘測設計所

第二篇

1大壩加固設計

1.1壩頂超高復核

張王水庫為4級土石壩，在非常運用情況下，波浪爬高的計算風速采用與大壩垂直的多年平均年最大風速，即10．0m/s，在正常運用情況下，計算風速采用與大壩垂直的多年平均年最大風速的1．5倍，即15．0m/s。設計波浪爬高值采用累計頻率為5％的爬高值；設計安全加高值取0．5m，校核安全加高值0．3m。張王水庫設計洪水位高于正常蓄水位，故正常運用工況采用設計洪水位作為計算靜水位。工程抗震烈度Ⅶ度，則非常運用工況為校核洪水位工況和正常蓄水位遇地震工況。經計算，設計壩頂高程602.00m，不需設防浪墻。

1.2大壩加固設計

根據工程地質勘察報告和大壩安全鑒定結論，結合工程現狀，確定大壩加固設計內容包括：壩體加固，對左壩段樁號B0＋000—B0＋030段壩頂以下10m厚的壩體采取開挖回填碾壓加固；大壩壩頂鋪設砂礫石路面；大壩上游壩坡面整修，設干砌石護坡；大壩下游壩坡面整修加固，鋪設草皮護坡，完善排水系統；排水棱體改造。

1.2．1壩體加固

根據《運城市萬榮縣張王水庫除險加固工程初步設計階段工程地質勘察報告》，大壩壩體現已形成左壩段B0＋000—B0＋030段約30m長的陷坑段，表現為串珠狀，陷坑局部直徑達1．5m，深4．0m左右。壩體土稍密—密實狀態，屬高—中等壓縮性土。壩體土干密度1．65～1．34g/cm3，平均值1．47g/cm3。大壩安全鑒定綜合評價壩體填筑質量較差。設計對左壩段樁號B0＋000—B0＋030段壩頂以下10m厚的壩體開挖后再分層回填碾壓土，分層厚度不大于250mm，壓實度不低于97％。

1.2．2壩頂結構

壩頂現狀無防浪墻，路面為素土路面，凹凸不平，損壞嚴重。根據洪水調節計算和壩頂超高復核計算結果，結合壩頂路面改造，設計壩頂高程602．00m，不需設防浪墻。壩頂設砂石路面，路面寬6．0m，路面橫坡2％，坡向下游側。壩頂下游側設30cm×30cm的素混凝土排水溝，并與下游壩坡橫向排水溝相通。

1.2．3大壩上游壩坡

現狀大壩上游壩坡1∶2．5，為干砌石護坡，損壞嚴重。設計對大壩上游壩坡面整修，整修后壩坡為1∶2．5，設干砌石護坡。1.2．4大壩下游壩坡現狀大壩下游壩坡為1∶2，1∶2．5，草皮護坡損壞嚴重。高程591.00m處有一馬道，寬1．5m，高程585．30m有約30m寬的平臺，下游壩腳處設堆石排水棱體。本次設計擬對下游壩坡面整修，根據大壩滲流穩定計算結果，將壩坡整修為1∶2，1∶4．0，1∶1.5，在高程594．00m處設一條馬道，寬1．5m，在高程585．70m處為一平臺，寬14．8m。為防止雨水漫流沖刷下游坡面，設草皮護坡，厚度10cm。在下游壩坡中部設一道橫向排水溝和左右岸坡截水溝；在下游壩坡2條馬道和排水棱體頂平臺的內側均設置縱向排水溝，共3道；在排水棱體下游坡腳處設1道縱向截水溝。排水溝采用素混凝土結構，壁厚300mm，斷面300mm×300mm。截水溝采用素混凝土結構，斷面型式為梯形，底寬300mm，深400mm，兩邊坡均為1∶1。考慮到大壩巡查及交通方便，設計在大壩下游壩坡的中部橫向排水溝右側設置1道寬1．0m的漿砌石人行臺階。

1.3排水棱體改造

大壩下游壩坡腳的堆石排水棱體損壞嚴重，內部砂卵石結構緊密，顆粒碎小，排水不暢。本次改造擬將其翻修，提高大壩壩體下游坡腳處的排水能力，保障大壩安全。設計在大壩下游坡腳578．30m高程以下設堆石排水棱體，排水棱體高1.6～5．1m，頂寬1．5m，堆石體內邊坡為1∶1．0，外邊坡為1∶1．5。排水棱體與壩體填土及壩基覆蓋層間均設1．0m厚的反濾層和0．4m厚的過渡層，防止壩體土逸出進而發生滲透破壞。

1.4大壩加固后的滲流及滲透穩定計算分析

根據《碾壓式土石壩設計規范》，滲流計算應包括以下兩種工況：上游正常蓄水位597．00m與下游相應的最低水位575．90m（工況一）；上游壩高1/3水位589．50m與下游相應的水位575．90m（工況二）。滲流計算采用北京理正巖土軟件中《滲流計算分析計算》相關公式，計算方法采用有限元法。計算斷面選擇大壩主河槽處的最大斷面（樁號B0＋070）。

1.5大壩加固后的壩坡穩定計算分析

根據《碾壓式土石壩設計規范》，綜合工程實際情況，壩坡穩定計算應包括以下三種工況：正常蓄水位（597．00m）時的下游壩坡穩定；正常蓄水位（597．00m）遇地震時的下游壩坡穩定；壩高1/3水位（589．50m）時的上游壩坡穩定。大壩壩坡穩定計算采用北京理正巖土軟件中《穩定計算分析軟件》，計算方法為考慮各條塊側面間作用力的簡化畢肖普法。計算斷面選擇大壩主河槽處的最大斷面（樁號B0＋070）。張王水庫大壩為4級建筑物，依據《碾壓式土石壩設計規范》，正常運用條件下壩坡穩定安全系數最小為1．25。在各計算工況下，大壩的壩坡穩定最小安全系數均大于壩坡穩定允許最小安全系數，壩坡穩定。大壩自建成運行50多年來，壩體垂直變形與水平變形趨于穩定。因此，該計算結果分析比較合理。

2結語

工程建成后，張王水庫防洪能力將明顯提高，抗洪能力可滿足300年一遇校核洪水標準，保護了下游村民財產安全及西范四級站水利設施和公路等基礎設施，具有顯著的社會效益和防洪效益。

作者:王紅霞單位:山西省水利水電勘測設計研究院