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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．淮安市水利勘測設計研究院有限公司 2．南京市第二基礎工程公司		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．淮安市水利勘測設計研究院有限公司，江蘇淮安223001；
2．南京市第二基礎工程公司，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，最終選用了低彈模混
凝土防滲墻的加固方案，并基于應用“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。可為同類土石壩防滲墻工程研究提供參考。
關鍵詞：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安全技術認定結(jié)論
根據(jù)反帝水庫大壩安全技術認定報告論證會，
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
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)，再開展低彈模混凝土防滲墻的施工。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，與左右兩岸設置的混凝土岸墻形成封閉
的防滲系統(tǒng)。混凝土防滲墻的混凝土抗?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
墻厚度較薄；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設計對大壩加高壩頂處理；
②設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設計新建大壩沉降、位移觀測設
施、測壓管，重建水位觀測設施、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(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，抗震設防烈度小于VI度，地震動反應譜特征
同期為0．35 s。按照相關規(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、下游相應最低水位
時，下游壩坡穩(wěn)定計算；工況Ⅱ：上游設計洪水位、下
游相應最低水位時，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，
即選用低彈模混凝土防滲墻方案。
(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
關性，符合實際。
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