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里橫電站大壩安全鑒定及加固處理

文檔作者：危承康文檔來源：江西省撫州市水電勘測設計院		點擊數：	更新時間： 2021年11月13日
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2014年第12期
(第42卷)
黑龍江水利科技
Heilongjiang Science and Technology of Water Conservancy
No．12．2O14
(Total No．42)
文章編號：1007—7596(2014)12—0108—03
里橫電站大壩安全鑒定及加固處理
危承康
(江西省撫州市水電勘測設計院，江西撫州344000)
摘要：近年來，各地山區興建了許多小型水電站，撫州市小水電蓬勃發展，但因許多電站由外
商以及私企開發，沒有正規設計與施工，為四無電站，以致大多電站建成后出現諸多隱患，給防
洪工作帶來很大壓力。文章主要介紹里橫電站建成運行后，工程存在的主要問題，鑒定大壩安
全性，闡述大壩除險加固采取的處理措施。通過對大壩安全進行重新復核，確定對大壩進行壩
頂加高，新建WES型實用堰，兩壩肩下游進行混凝土回填及固結灌漿處理。加固處理后工程
運行正常，工程效益得以正常發揮。
關鍵詞：混凝土拱壩；應力分析；拱座穩定；重力墩；溢流堰；固結灌漿
中圖分類號：TV698．23；TV697．3 文獻標識碼：B
1 工程概況
里橫電站位于江西省黎川縣德勝關境內的里橫
村張家陂，距縣城約20 km，距德勝關政府所在
地1．8 km。
大壩座落于撫河流域黎灘河支流里橫水上，壩
址以上集雨面積8．99 km ，設計發電裝機容量
160 kW，是一座以發電為主的小(2)型水電工程。
電站于2003年10月興建，2004年2月建成并投入
運行。
樞紐工程主要建筑物有：混凝土拱壩、壩內放水
管、輸水發電隧洞、發電廠房。
拱壩體型基本參數為：拱壩為C15混凝土埋石
壩，壩頂高程245．47 in，壩基高程229．27 m，最大壩
高16．2 nl，壩底寬2．95 nl，厚高比0．182。壩頂弧長
44．61 In，壩頂弦長38．55 in，河谷寬高比2．38 ，壩頂
寬1．15 in，兩岸壩頂下游側設有50 cm高混凝土
擋水。
頂拱外半徑24．175 in，頂拱最大中心角
105．736。，底拱中心角18．34。，采用定圓心單曲拱。
溢流壩段位于拱中心處，為壩身表孔開敞式泄流，溢
流凈寬19．3 in，堰頂高程245．47 nl。
壩內放水管位于大壩右側壩體內，內襯鋼管，管
徑50 cm，管中心高程233．0 in，管后設一只Z584T一
50閘閥控制。
輸水發電隧洞位于大壩左側山體內，隧洞全長
265 m，縱坡1：500，進口閘式底板高程為235．0 m。
洞身為城門洞型，尺寸為1．4×1．8 m，隧洞出口接壓
力鋼管，鋼管伸人隧洞，與隧洞段用混凝土封堵，鋼
管內徑50 cm。
廠房布置于里橫水左岸河漫灘上，距大壩約
300 In，采用地面引水式廠房。廠房為單層現澆混凝
土框架結構，平面尺寸為6 m ×9 m，電站裝
機160 kW。
2 工程存在問題
水庫自建成以后，工程已出現多處隱患，若不及
時處理，將危及建筑物安全，給水庫下游造成嚴重
損失¨j。
工程存在的主要問題有：
1)溢洪道泄流能力不夠，以至汛期壩頂過水，水
流直接沖擊壩肩，兩壩肩山體已形成沖溝，局部壩腳
懸空。
2)未設消能設施，水流沖擊壩腳，影響大壩
安全。
3)大壩基巖裂隙發育，施工時未進行灌漿處理，
[收稿日期]2014—07—27
[作者簡介]危承康(1977一)，男，江西撫州人，工程師。
． - - - — — 108 ----——
危承康：里橫電站大壩安全鑒定及加固處理 第12期
下游有大量黃泥析出 。 重、泥沙壓力 。
4)兩壩肩基礎差，施工時未達可利用基巖面，存
在少量松動塊石 。
2005年6月壩頂過水1 m多，沖刷兩壩肩，嚴重
影響大壩安全，時刻危協下游人民生命財產安全，對
電站大壩進行除險加固迫在眉睫。
3 工程加固前安全復核
工程加固前安全復核內容包括3項：大壩抗洪
能力復核、大壩應力復核和大壩拱座穩定分析計算。
3．1 大壩抗洪能力復核
根據國家頒布的《防洪標準》(GB50201~ 4)規
定，并結合工程實際情況，按2O a一遇設計，按100 a
一遇洪水校核大壩的安全性；現狀設計洪水位(P=
5％)為247．44 m，現狀校核洪水位(P =1％)
為247．98 m。
大壩需要的壩頂超高，按下式計算：
△h=h^+h +h (1)
風浪要素h 及h 按下式計算：
： 0．0076~一 ( )了1 (2)
y0 r 0
： 0．331 一舌( )去 (3)
V0 y0
：
： 孥 ct·h (4) 凡： ——了一 — — L斗 L
m m
計算中采用吹程0．6 km，多年平均年最大風速
9．6 tn／s，正常運用條件風速采用多年平均年最大風
速的1．5倍，非常運用條件風速采用多年平均最大
風速。 ‘
經計算所需最大壩頂高程為248．60 m，實際壩
頂高程僅245．97 m，遠低于計算所需壩頂高程，洪水
直接過壩，沖擊兩壩肩，嚴重影響大壩安全 。
3．2 大壩應力復核
壩體應力、變形計算采用北京勘測設計院提供
的拱壩通用程序GADA~8進行分析計算。計算對
壩體拱梁網絡的劃分，采用10層水平拱，水平河谷
一側加1根梁。
溫度荷載形成方式按規范方法。庫底平均溫度
按8 o【=計。荷載組合分為基本組合和特殊組合二類。
1)基本組合包括3種類型：①正常蓄水位及相
應尾水位和設計正常溫降、自重、泥沙壓力；②正常
蓄水位及相應尾水位和設計正常溫升、自重、泥沙壓
力；③設計洪水位及相應尾水位和設計正常溫升、自
2)特殊組合：校核洪水位及相應尾水位和設計
正常溫升、自重、泥沙壓力 。
經計算，壩體出現的最大壓應力為
21．24 kg／cm ，最大拉應力為13．72 kg／cm 。均在規
范規定的范圍內，符合要求。
3．3 大壩拱座穩定分析計算
拱壩壩基巖性主要為細質砂巖，兩岸壩基基巖
開挖較淺，基巖中主要發育兩組節理，其中大致平行
河流方向的節理最發育，垂直河向的節理也有。
節理等結構面互相切割，造成壩肩巖體完整性
較差。右壩肩巖層傾后河床，壩肩基巖中有多組節
理分布，其中以平行河流向的節理為主，部分垂直坡
向的節理裂隙分布，尤其微張開的裂隙對岸坡穩定
不利 一’J。深部微一新基巖中的節理等結構面大都
呈閉合狀，沒有發現控制巖體整體穩定的軟弱結
構面。
整個壩基巖完整性較差，穩定分析時采用剛體
極限平衡法中的空間矢量代數法進行計算，分析中
假定壩肩滑移體為四面體，由前裂面P 、側裂面P：、
底滑面P3及臨空面P 構成。
計算出滑移體各結構面面積，四面體重量及滲
透壓力。拱端作用力由拱壩應力分析結果求得，并
計算穩定安全系數。
選取滑動四面體采用沿頂拱拱端上游面切向取
為前裂面，前裂面傾角為9O。，側裂面通過頂拱拱端
上游點的鉛直面，夾角取值為0。，5。，10。，15。等，以
求出安全系數最小值，底滑面為水平面，各取拱圈
高程。
各層拱圈計算時，側裂面及底滑面摩擦系數f=
0．60，按剪摩公式計算時，側裂面及底滑面的摩擦系
數和凝聚力取．尸：0．75，C 0．3 MPa。
經計算，純摩公式計算的最小安全系數為0．97，
剪摩公式計算的最小安全系數為3．50，接近規范允
許值，拱座穩定處于臨界狀態，拱座穩定存在安全
隱患 。I9 。
4 除險加固設計
除險加固設計內容有以下5項：工程等級、標準
及總體布置、大壩壩頂加高處理、大壩兩壩肩新建重
力墩、溢流壩段改造和兩壩肩下游側沖溝處理。
4．1 工程等級、標準及總體布置
里橫電站為小(2)型水電工程，大壩為混凝土拱
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(第42卷)
黑龍江水利科技
Heilongjiang Science and Technology of Water Conservancy
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壩。根據《水利水電工程等級劃分及洪水標準》
(SI252-2000)的規定：本工程等別為V等；水工建
筑物級別：永久性主要建筑物為5級，永久性次要建
筑物為5級，臨時建筑物為5級。永久性主要建筑
物設計洪水標準采用20年一遇，校核洪水標準為
100 a一遇；永久性次要建筑物設計洪水標準采用3O
年一遇，校核洪水標準為200 a一遇；臨時陛建筑物洪
水標準采用5 a一遇。根據現場安全檢查與分析上述
工程現狀復核成果，本次加固設計對大壩進行加固
處理。確定的主要加固設計項目有：大壩壩頂加高
處理；大壩兩壩肩新建重力墩；溢流壩段改造；兩壩
肩下游側沖溝處理。
4．2 大壩壩頂加高處理
由于大壩防洪要求不滿足要求，大壩壩頂過水，
本加固設計對兩邊非溢流壩段進行加高處理，加高
壩沿頂拱圈弧線布置，采用C15混凝土澆筑，寬
1．15 m，高2．13 m，加高后壩頂高程247．60 In。
壩頂上游邊設置60 cm高C15混凝土防浪墻，墻
厚25 cm，下游邊設置欄桿，欄桿采用O8管鋼。澆筑
新壩體前，應對新老壩體間的接合面進行鑿毛并
沖洗。
4．3 大壩兩壩肩新建重力墩
本次大壩加高后，大兩側岸坡新建C15混凝土
重力墩，重力墩沿頂拱拱圈切線方向布置，其中左側
墩長3．5 m，右側墩長3．6 m。
重力墩頂與壩頂齊高，并設置防浪墻，墩頂寬
1．15 m，上游面鉛直，下游面為1：0．4斜坡。重力墩
基礎應開挖至可利用基巖，并對基巖進行固結灌漿
處理。
4．4 溢流壩段改造
原溢流壩溢流堰為折線型實用堰，泄流能力小，
且下游出口為跌流，水流直接沖擊壩腳，影響大壩安
全，固本次設計對溢流壩段進行改造。
改造后溢流堰堰面為WES堰型，堰頂高程為
245．47 m，堰頂高現狀壩頂上游邊，溢流段平面收縮
角為49．77。，中心線與拱中心線重合，溢流凈
寬21 in，
下游出口凈寬18．73 m。下游出口設置挑流鼻
坎，挑角15。，兩邊設置邊墩，為C20鋼筋混凝土
結構。
一1 l0 —
4．5 兩壩肩下游側沖溝處理
由于壩頂過水，兩壩肩下游側已被沖毀，并形式
沖溝，局部壩基懸空，固本次設計對兩壩肩下游沖溝
采用C15混凝土回填處理，并對壩基進行固結灌漿
處理。
回填混凝土表面使與現狀山體表面齊平，回填
混凝土與基巖接處面設置錨筋，錨筋伸人基巖≥
1．5 In，間距為2 nl。固結灌漿孔在混凝土澆筑前預
埋，孔深I>3 In，間距1．5 1TI，平行壩軸線布2排，在混
凝土澆筑到一定厚度后進行灌漿。
灌漿材料為水泥砂漿，灌漿壓力應根據實驗確
定，一般應t>0．3 MPa。
5 結語
除險加固后，兩壩肩通過混凝土回填與固結灌
漿，基巖整體提高，解決了拱座穩定隱患問題。
采用WES堰型進行改建溢洪道增大泄流能力，
且兩側加高非溢流壩壩頂，洪水泄入原河床部位，兩
壩肩壩腳不再受到水流沖刷。
工程目前運行正常，解除了對下游人民生命財
產威脅，使電站正常發揮其效益。
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