（溫州市水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院，浙江 溫州 325000）

龍?zhí)犊铀畮?kù)砌石拱壩除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)

羅兆鵬，袁 慧

（溫州市水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院，浙江 溫州 325000）

洞頭縣龍?zhí)犊铀畮?kù)為雙曲砌石拱壩, 2013年認(rèn)定為三類壩，存在的主要問題為大壩拉應(yīng)力超過規(guī)范標(biāo)準(zhǔn),壩體多處出現(xiàn)裂縫，滲漏較大。加固設(shè)計(jì)采用在迎水面壩基以上17.50 m范圍內(nèi)增設(shè)0.50 ～ 2.00 m厚混凝土防滲面板；對(duì)壩體裂縫進(jìn)行灌漿，堵塞滲流通道和縫隙，加固補(bǔ)強(qiáng)壩體和提高防滲性能。除險(xiǎn)加固后，消除了大壩多年的隱患，確保了水庫(kù)的安全運(yùn)行。

砌石拱壩；加固設(shè)計(jì)；防滲面板；灌漿設(shè)計(jì)

1 工程概況

龍?zhí)犊铀畮?kù)位于洞頭縣北岙街道，水庫(kù)集雨面積1.00 km2，總庫(kù)容48.00萬(wàn)m3，屬?。?）型水庫(kù)。大壩為砌石雙曲拱壩，由非溢流壩段和溢流壩段組成，壩頂高程76.50 m，最大壩高27.50 m，壩頂長(zhǎng)度142.20 m，壩頂寬2.00 m，壩底寬7.00 m；溢流堰頂高程75.00 m，堰頂凈寬14.00 m。正常蓄水位75.00 m，設(shè)計(jì)（P = 0.33%）洪水位75.73 m，校核（P = 0.50%）洪水位75.90 m，最大下泄流量23.70 m3/s。水庫(kù)主要功能為供水，并兼顧防洪。

2013年水庫(kù)認(rèn)定為三類壩，即病險(xiǎn)水庫(kù)，存在的主要問題為：大壩拉應(yīng)力超過規(guī)范標(biāo)準(zhǔn),壩體多處出現(xiàn)裂縫，滲漏較大，無法正常運(yùn)行，需要進(jìn)行除險(xiǎn)加固。除險(xiǎn)加固的主要內(nèi)容有：①在迎水面增設(shè)混凝土防滲面板，加厚壩體，改善壩體應(yīng)力條件；②對(duì)壩體裂縫進(jìn)行防滲處理，減少壩體滲漏。

2 加固設(shè)計(jì)方案

2.1 防滲面板方案比選

根據(jù)安全認(rèn)定成果，壩體最大拉應(yīng)力1.85 MPa，不滿足規(guī)范要求，擬采取加厚壩體的加固方案以改善壩體應(yīng)力。以規(guī)范應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試算[1]，分別擬定上游面壩底加厚1.50，2.00，2.50，3.00 m，頂部均加厚0.50 m，拱冠梁上游面按三次方曲線漸變，計(jì)算壩體最大拉應(yīng)力。壩基加固厚度應(yīng)力試算見表1。

表1 壩基加固厚度應(yīng)力試算表

試算成果顯示，壩基加厚厚度在2.00 m以內(nèi)時(shí)，隨著厚度的增加，最大拉應(yīng)力逐漸減?。划?dāng)加厚超過2.00 m時(shí)，隨著厚度的增加，最大拉應(yīng)力降低變化不大。如表1所示，壩基加厚1.50 m時(shí)，最大拉應(yīng)力不滿足規(guī)范要求；加厚2.50 m時(shí)，對(duì)于壩體最大拉應(yīng)力的降低影響不大，且加厚方量較大，投資大。最終確定壩加厚2.00 m。

在確定上游面加厚范圍時(shí)，以規(guī)范應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試算，擬定了全壩面、壩基以上20.00 m范圍、10.00 m范圍加厚3個(gè)方案。面板加固范圍應(yīng)力試算見表2。

表2 面板加固范圍應(yīng)力試算表

試算成果顯示，隨著加固高度的增加，最大拉應(yīng)力逐漸減??；但當(dāng)加固高度超過20.00 m時(shí)，隨著高度的增加，最大拉應(yīng)力降低變化不明顯?，F(xiàn)狀壩體拉應(yīng)力主要出現(xiàn)在壩體上游面壩踵部位，上部應(yīng)力較小，上部加厚對(duì)壩體最大拉應(yīng)力的降低影響不大。如表1所示，壩基以上10.00 m范圍進(jìn)行加厚時(shí)，壩體最大拉應(yīng)力不滿足規(guī)范要求；全壩面加厚時(shí)，加厚的方量較大，越往高處加厚，施工難度越大，所需排架工程量也相應(yīng)增加，投資越大。因此，壩基以上20.00 m范圍加厚時(shí)，可以滿足要求。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行試算和優(yōu)化，最終選定在迎水面壩基以上17.50 m范圍內(nèi)增設(shè)0.50 ～ 2.00 m厚混凝土防滲面板，壩體拱冠梁上游面曲線為y = 0.004 Z3+ 0.002 9 Z2+ 0.001 1 Z + 0.035。其中，Z為壩高（m），y為拱冠梁上游面與壩底凸點(diǎn)的水平距離（m）。

2.2 防滲面板設(shè)計(jì)

防滲面板采用C20W6F50鋼筋混凝土現(xiàn)澆。面板底部與基巖采用φ20@1.50 m錨筋連接，梅花型布置。為利于面板與原壩面結(jié)合，在澆筑之前，對(duì)砌石縫已開裂但尚未脫落的砂漿予以鑿除，原壩面上的風(fēng)化層及污物、淤泥和其它附著物用高壓水進(jìn)行徹底清除，表面空洞的地方，用砂漿進(jìn)行填充。同時(shí)采用砂漿錨桿連接，直徑φ20，間距2.50 m，梅花型布置，錨桿伸入原壩體1.00 m。錨孔采用風(fēng)鉆鉆孔，略向下傾斜3° ～ 5°，便于注入砂漿。

為提高面板混凝土的抗裂性能，在混凝土表面設(shè)φ8鋼筋網(wǎng)，間距200 mm，方格布置，同時(shí)在混凝土中摻加適量的聚丙烯纖維，摻量為0.7 ～ 0.9 kg/m3。防滲面板每隔22.0 m設(shè)1道后澆帶，后澆帶寬1.00 m，共設(shè)4道。后澆帶與先澆混凝土止水采用遇水膨脹止水帶，后澆部分采用C25膨脹混凝土。

由于貼面混凝土受到老壩體的約束，易產(chǎn)生約束裂縫。設(shè)計(jì)采用了3種對(duì)策處理：①施工時(shí)防滲面板設(shè)后澆帶；②混凝土防滲面板迎水面布置φ8@200鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)與壩體采用錨筋相連；③混凝土中摻加聚丙烯纖維。從而有效地控制面板表面裂縫的開展，提高了混凝土的耐久性、抗?jié)B性、抗裂性和韌性。

2.3 壩體灌漿設(shè)計(jì)

根據(jù)安全認(rèn)定的結(jié)果，大壩施工質(zhì)量較差，取芯不完整，吃漿不飽滿，砌縫寬，壩體內(nèi)砂漿流失嚴(yán)重，并存在蜂窩現(xiàn)象，砌石之間存在滲漏通道。設(shè)計(jì)采用在低溫季節(jié)對(duì)壩體水平裂縫進(jìn)行灌漿，堵塞滲流通道和縫隙，加固補(bǔ)強(qiáng)壩體和提高防滲性能，進(jìn)一步提高壩體的承載能力和完整性。壩體灌漿共布設(shè)2排，分布于上游面和下游面。布孔采用沿縫斜孔（角度40°）交叉布置，孔深3.00 m，穿過水平縫1/3深度處，裂縫密集部位孔深5.00 m，孔距加密布置。灌漿壓力為0.3 MPa，分3序施工，采用全孔1次灌漿法，通過灌漿，解決了壩體內(nèi)部由于不密實(shí)而導(dǎo)致的滲漏安全隱患。

2.4 裂縫和滲漏點(diǎn)處理方案

面板以上裂縫及壩后滲漏部位的處理則通過開槽，沿裂縫鑿成“V”形槽，寬度約15 cm，深約8 cm，清除槽內(nèi)松動(dòng)的混凝土碎屑及粉塵，騎縫鉆孔，孔距視裂縫寬度取0.50 ～ 1.00 m，預(yù)埋灌漿管往縫內(nèi)灌注LW水溶性聚氨酯，槽內(nèi)填充HK - 8505聚氨酯彈性密封膠。大壩加固剖面見圖1。

圖1 大壩加固剖面圖

2.5 加固后應(yīng)力分析

應(yīng)力計(jì)算采用拱梁分載法，運(yùn)用拱壩體型優(yōu)化設(shè)計(jì)程序“ADAO”進(jìn)行計(jì)算[2]，加固后體型參數(shù)見表3。

根據(jù)規(guī)范并結(jié)合工程實(shí)際情況，壩體結(jié)構(gòu)應(yīng)力計(jì)算考慮6 種工況（見表4）， 經(jīng)過加固后，6種工況下的壩體結(jié)構(gòu)應(yīng)力均滿足規(guī)范要求。

表3 加固后大壩體形參數(shù)表

表4 壩體結(jié)構(gòu)應(yīng)力計(jì)算工況表

3 加固效果分析

工程于2014年3月開工，2014年12月完工，2015年11月竣工驗(yàn)收。經(jīng)過2015年汛期考驗(yàn)，工程運(yùn)行正常，上游面板未發(fā)現(xiàn)裂縫，充分肯定了貼面混凝土面板防裂措施是有效的。高水位運(yùn)行時(shí)，壩后無滲漏，原滲漏點(diǎn)均未出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象，工程初期運(yùn)行正常，達(dá)到了除險(xiǎn)加固的目的，充分發(fā)揮了水庫(kù)應(yīng)有的功能。工程建成后其社會(huì)效益顯著，為洞頭區(qū)人民生活用水提供了保障，對(duì)洞頭區(qū)經(jīng)濟(jì)建設(shè)具有重要意義。

4 結(jié) 論

（1）建于20世紀(jì)六七十年代的漿砌石小型拱壩，由于施工技術(shù)薄弱，砌筑質(zhì)量控制不好，導(dǎo)致壩內(nèi)不密實(shí)，存在滲漏通道，易造成壩體嚴(yán)重漏水，對(duì)大壩安全運(yùn)行帶來嚴(yán)重隱患。在除險(xiǎn)加固工程實(shí)踐中，針對(duì)這類壩型出現(xiàn)的問題，可采用壩體灌漿結(jié)合壩面裂縫化學(xué)灌漿處理，充填壩內(nèi)孔隙，堵塞滲流通道，達(dá)到加固補(bǔ)強(qiáng)壩體，提高防滲大壩能力。

（2）對(duì)于壩體單薄，壩面不平整，存在拉應(yīng)力超標(biāo)的情況?？刹捎迷趬误w迎水面增設(shè)防滲面板，通過多次試算，確定增設(shè)面板的最優(yōu)厚度和高度，既可解決了壩體應(yīng)力超標(biāo)，又節(jié)省投資；結(jié)合灌漿措施又能補(bǔ)強(qiáng)壩體，進(jìn)一步提高壩體的承載能力和完整性。該方案工藝簡(jiǎn)單，而且防滲效果可靠，耐久性長(zhǎng)。

[1] 鄭建青，朱友聰.白水際水庫(kù)砌石拱壩的除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)[J].浙江水利科技，2010(增刊)：20 - 22.

[2] 李玉起，王明，姜宇.大嶺山水庫(kù)漿砌石拱壩除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)[J].人民珠江，2013(5)：37 - 39.

[3] 中華人民共和國(guó)水利部.SL 282 — 2003混凝土拱壩設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)水利水電出版社，2003.

[4] 中華人民共和國(guó)水利部.SL 25 — 2006砌石壩設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)水利水電出版社，2006.

（責(zé)任編輯 姚小槐）

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2016-12-25

羅兆鵬(1989 - )，男，助理工程師，大學(xué)本科，從事水工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。