周曉磊

（中國水電基礎(chǔ)局有限公司,天津 301700）

1 項目概況

本文所研究的具體項目是一座規(guī)模較小的水庫——小壩田水庫,項目總投資5943.26 萬元。截至目前,大壩的兩個壩肩邊坡開挖、基坑開挖、重力墩、大壩右壩肩基礎(chǔ)砼及壩身C15 細(xì)石砼砌毛石和大壩防滲砼已澆筑至1517.5 m 高程,左壩肩澆筑至1517.0 m 高程,主體澆筑99.06%,輸水管道安裝1.3 km。2018年,已完成投資906.98 萬元,累計完成投資4731.1 萬元。

2 小壩田水庫工程項目分析

2.1 小壩田水庫壩體應(yīng)力計算分析

應(yīng)力分析方法采用多拱梁靜力分析,采用多拱梁分載的四向協(xié)同計算,將壩體分為9 拱23 梁,拱圈線形式為拋物線,同時還考慮了表孔溢流,在此基礎(chǔ)上,考慮了混凝土梁的荷載分布,考慮了水壓力、泥沙壓力、溫度荷載、地震荷載等因素的影響,其應(yīng)力分析結(jié)果見表1。

表1 應(yīng)力計算成果表 單位：MPa

結(jié)果顯示,該方案在不同的載荷作用下,其應(yīng)力狀況良好,壩體變形均勻、合理,符合設(shè)計要求。

2.2 壩基處理措施分析

根據(jù)材料力學(xué)原理,對墊層的應(yīng)力進(jìn)行了計算,并用下列公式計算了墊層的應(yīng)力：

式中：∑W 為計算截面上全部推力之和；∑M 為計算截面形心的力矩之和。

采用材料力學(xué)的方法,將邊坡的彎矩轉(zhuǎn)換為正、切向力,并將其轉(zhuǎn)換為正應(yīng)力和切向力。在 ADAO 的分析基礎(chǔ)上,考慮到壩體右岸1485m 以下、左岸1479m 以下的應(yīng)力,采用正常蓄水位+溫降+校正水位+溫升兩種工況,分別進(jìn)行了壩基應(yīng)力處理前后的計算,結(jié)果見表2和表3。

表2 壩基應(yīng)力正常水位工況

表3 壩基應(yīng)力校核水位工況

應(yīng)力合力計算結(jié)果見表4和表5。

表4 壩基應(yīng)力合力(處理前）

表5 壩基應(yīng)力合力(處理后）

從表4可知,在正常水位條件下,壩基壓力是2.48 MPa,超出了地基容許承載能力[σ]=1 MPa 的要求。在對大壩進(jìn)行檢測時,大壩的壓應(yīng)力達(dá)到了2.60 MPa,超出了地基容許承載能力[σ]=1 MPa 的要求。

從表5可知,在正常水位條件下,壩基壓力應(yīng)力為0.68 MPa,符合地基容許承載力[σ]=1 MPa。在校核洪水狀態(tài)下,大壩的壓力應(yīng)力為0.71 MPa,基本達(dá)到了基礎(chǔ)容許承載力[σ]=1 MPa。

結(jié)果表明：經(jīng)過加固處理后,壩肩基礎(chǔ)的應(yīng)力得到了顯著的提高,其最大應(yīng)力為0.26 MPa（水平方向,校核水位工況）,豎向最大壓力為0.71 MPa,達(dá)到了基礎(chǔ)容許承載力[σ]=1 MPa。

3 小壩田水庫項目——壩基、壩肩滲透狀況分析

通過滲漏分析表明,在不進(jìn)行治理的情況下,右壩肩滲流量為2.99 m3/d,繞壩流量19.64萬m3/a,在砂礫巖層的外緣處,水力比降為0.16,超過砂礫巖層允許的水力比降為0.1～0.12,為了避免滲流的發(fā)生,需要對右壩進(jìn)行工程截滲。經(jīng)過防滲處理,年繞壩滲流量為2.01 m3、13.21 萬m3、砂礫石層出口處的水力比降為0.08,低于砂礫巖層的水力比降為0.1～0.12,不存在滲流破壞現(xiàn)象。為進(jìn)一步了解右壩肩的滲流情況,按照天然和截滲處理后兩種情況,對大壩右壩肩的滲流情況以及右壩肩各斷面的水力坡降值進(jìn)行了計算分析,計算結(jié)果見表6、斷面的水力坡降值見表7。

表6 處理前后右壩肩各區(qū)繞壩滲流量

從表7處理前后右壩肩各區(qū)繞壩滲流量結(jié)果分析可知,在初始條件下,右壩肩部的滲流較大,0.6 m～1.5 m 厚的強滲透砂礫是最主要的滲流通道,而沿壩體的滲流則以此為中心。在表8右壩肩各斷面的水力坡降值中可以看到,在截滲后,右壩肩的水力坡降均減小。

表7 右壩肩各斷面的水力坡降值

4 小壩田水庫項目防滲處理設(shè)計變更

4.1 變更因素

4.1.1 小壩田水庫所在地連續(xù)強降雨

小壩田水庫的連續(xù)強降雨導(dǎo)致水庫水位升高到1514.80 m,距離正常水位1515.00 m 僅0.2 m。汛期巡庫人員發(fā)現(xiàn)水庫右壩肩下游明顯集中滲漏地段三處,總滲漏量約0.2 m/s,滲漏段邊坡覆蓋層局部存在垮塌現(xiàn)象。

4.1.2 該區(qū)域地質(zhì)不佳

根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查,該區(qū)段存在著裂隙、軟弱夾層等不良地質(zhì),部分巖體斷裂,在重力墩下有一條未掘尖的溶槽,貫通了重力墩的上下游,從而形成了繞壩滲漏[1-2]。事故發(fā)生后,通過勘察發(fā)現(xiàn)下游坡面上有多處開裂和變形,這表明滑坡的穩(wěn)定性已嚴(yán)重影響到下面的施工人員的人身和財產(chǎn)安全。

4.2 變更目的

為了妥善解決小壩田水庫的滲漏,保證施工安全,也為了水庫下游村寨人民的生命及財產(chǎn)安全,對小壩田水庫防滲處理方案進(jìn)行設(shè)計變更。

4.3 防滲處理方案對比選擇

以下列舉了三個防滲處理方案,并對其進(jìn)行了對比選擇。如表8所示,劈裂注漿具有設(shè)備簡單、快速施工、成本低廉等優(yōu)點,但其耐用性略差,且防滲墻的厚度偏小；但鑒于目前的壩頂寬度不足,而塑性砼防滲墻的施工需要大面積（13 m以上,需要減少2.5 m）,成本高,進(jìn)度緩慢。因此,本文提出利用裝置簡單、施工迅速、固結(jié)強度大、防滲可靠性高的高壓擺噴灌漿工藝來進(jìn)行壩體防滲加固[3]。

表8 小壩田水庫項目防滲處理方案比選

4.4 變更結(jié)果分析

在防滲設(shè)計變更方案實施后,大壩右岸設(shè)置了隔水墻,因隔水墻后無水,導(dǎo)致壩體應(yīng)力狀況發(fā)生變化,而右壩肩基巖出現(xiàn)局部斷裂,導(dǎo)致壩基參數(shù)發(fā)生變化,必須進(jìn)行安全復(fù)核?；谏鲜鰲l件,根據(jù)大壩地質(zhì)條件、氣候條件、壩基地質(zhì)和力學(xué)指標(biāo),結(jié)合不同的水位條件和不同的溫度荷載,利用有限元方法對大壩的應(yīng)力和變形特征進(jìn)行了計算和分析,并根據(jù)規(guī)范要求對壩體的等效應(yīng)力進(jìn)行校核,對加固后的大壩進(jìn)行總體穩(wěn)定性分析——壩體變形、應(yīng)力、穩(wěn)定符合設(shè)計規(guī)范。

5 結(jié)語

貴州是一個喀斯特地帶,在其水庫的建設(shè)當(dāng)中防滲措施的選取是非常重要的。在小壩田水庫右壩肩防滲治理的應(yīng)用中,要做好前期的準(zhǔn)備工作,做好壩體、壩基等部位的施工,并比較三種不同的注漿方案,最后得出較為可靠、合理的注漿方案,為水庫的除險加固工作提供依據(jù)[4]。在今后,水庫的除險加固工程仍將是其發(fā)展的重點,而防滲處理的設(shè)計更是備受關(guān)注,因此必須對工程的細(xì)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格的管理,以保證工程的質(zhì)量。