干砌石重力坝病险分析与加固设计

陈隆弟

(三明市水利水电工程有限公司，福建三明365000)

干砌石重力坝病险分析与加固设计

陈隆弟

(三明市水利水电工程有限公司，福建三明365000)

水库经过多年运行后，大坝存在水库防洪标准低、坝体抗滑稳定不满足要求、坝体渗漏等问题，工程不能正常运行，形成病险水库，亟待除险加固。笔者就尤溪县龙上水库干砌石重力坝作为例子分析其病险原因，提出除险加固设计方案。

龙上水库;干砌石重力坝;病险分析;加固设计

1 龙上水库大坝概况

尤溪县龙上水库位于尤溪县新阳镇龙上村上游，所在流域为闽江流域尤溪支流青印溪上游的小支流上，是一座以灌溉为主，结合发电、养殖等利用的小型水库。水库枢纽主要由大坝、溢洪道、输水涵洞等主要建筑物组成。

大坝为干砌石重力坝，坝顶高程为915.7 m，最大坝高18.1 m，坝顶长度61.6 m，坝顶宽2.0 m;大坝迎水面防渗墙为直立面，采用厚1.0 m的75#浆砌条石，100#水泥砂浆勾缝;下游坝坡在高程904.4 m设一宽1.6 m的平台，平台以下坝坡为1:1.5，平台以上坝坡为1:1.3;大坝坝基采用混凝土截水槽作为防渗型式。

龙上水库大坝坝型结构比较特别，介于堆石坝与浆砌石坝之间，属于砌体结构。大坝采用当地盛产的花岗岩石，错缝、搭接砌成干砌体后，整体性较好，其结构性能已不再属于颗粒体结构的土石坝范畴，它更趋于断面为整体结构的浆砌石重力坝型的范畴，即坝的稳定受整体抗滑控制。它又不同于浆砌石坝，即使干砌石坝施工质量很好，但仍然是分块、错缝、叠砌的砌体结构。

2 病险成因分析

龙上水库大坝经多年运行后，已暴露出诸多隐患，主要存在水库防洪标准低、大坝抗滑稳定不能满足要求及大坝存在渗漏等问题，工程不能正常运行，形成病险水库。查阅龙上水库历史资料、运行记录、咨询相关技术人员及现场勘测，对工程进行深入分析，其产生病险的原因可归纳为以下几点:

2.1 历史原因

水库兴建当时大坝由当地村民自行组织力量建设，缺少勘测设计资料，专业技术力量薄弱，致使工程投入使用后留下许多隐患。

2.2 设计方面原因

1)水库设计防洪标准低:小型水库一般建于小流域山区地带，缺少水文等实测基础资料，早期工程设计只能采用附近短历时的水文站或雨量站作为参证站，计算出的结果有较大的出入。

2)大坝结构不合理:龙上水库大坝在上游设置一道1.0 m厚的浆砌条石作为防渗体。经过几十年的运行后，坝体与防渗体由于不同沉陷而产生裂缝，其受力结构已发生变化，防渗体及整个坝体已不能满足强度、稳定要求。

3)坝基处理不到位:龙上水库大坝两岸及河床基础均座落于中等透水性的强风化岩石上，坝基节理发育，透水性较大，坝基只用一道1.0 m深的混凝土截水槽作为防渗型式，达不到基础防渗要求。

2.3 施工方面原因

大坝上游防渗墙设计采用75#砂浆砌条石，100#砂浆勾缝，而实际砂浆标号没有完全达到设计要求，根据现场检查，上游面已出现两道横向裂缝，原勾缝砂浆部分脱落，形成渗漏通道。干砌石坝体采用附近的花岗岩为材料，实测坝体岩石平均容重r岩石为26.5 kN/m3，而干砌体的容重 r干砌石为17.75 kN/m3，坝体的空隙率达33%以上，因此可认为大坝总体施工质量没有达到设计要求。

3 加固设计

针对工程存在的危及水库安全运行的问题及险情隐患，对龙上水库采取切实可行的改造及加固措施，排除隐患，解决病险问题，以最终实现水库安全运行，发挥水库的各项效益，龙上水库大坝主要从以下几个方面进行分析加固。

3.1 提高水库防洪能力

龙上水库至今无实测水文资料，但其附近的管前雨量站从1956年至今有较长的实测降水量系列资料，可作为参证站。龙上水库溢洪道原设计宽度为8.6 m，通过调洪演算，大坝顶高程不能满足防洪要求。提高水库防洪能力常用方法有加高大坝或加大泄洪设施规模降低洪水位。经技术经济比选确定方案为:加宽溢洪道宽度2.4 m至11.0 m，把宽顶堰改为实用堰以提高流量系数，并在坝顶增设0.5 m高防浪墙，改造后大坝即能满足防洪要求，又不降低大坝结构稳定要求，确保水库效益最大化。

3.2 坝体稳定加固

为增加坝体抗滑稳定性，工程中采取的措施主要有增加坝体重量、利用水重、设置防渗板或阻滑板等措施。其中增加坝体重量可以采用加大坝体单位容重或增加坝体断面尺寸:增加坝体容重可采用灌浆方式在坝体灌注水泥砂浆，也可采用高流态水泥浆或自密实混凝土利用自重注入原坝体以增加坝体容重;增加坝体断面尺寸可在坝体的上下边坡或顶部加大断面［1］。

龙上水库大坝上游防渗体是工程最薄弱的环节，在空库情况下，其可能向上游倾覆，造成塌坝。大坝加固方案可在大坝上游面设置一道上游坡度为1∶0.2厚度为0.3～3.9 m的C20混凝土面板方案，加大坝体断面，即保证防渗体结构稳定，又提高坝体抗滑稳定性，还能起到坝体防渗效果。

3.3 防渗加固

龙上水库大坝坝体渗漏加固，可接合坝体抗滑稳定加固方案进行处理。混凝土面板抗渗等级为W6。大坝基础防渗处理可采用常规的帷幕灌浆措施，在防渗墙基础设置一道帷幕灌浆，灌浆孔深入基础不透水层。灌浆后可以减少坝基渗流量、降低扬压力、改善坝基岩体力学，提高防渗效果。龙上水库大坝加固后的断面见图1。

图1 加固后的大坝断面图

4 大坝加固后抗滑稳定复核

龙上水库大坝属于重力坝范畴，本次抗滑稳定分析参照《砌石坝设计规范》的抗剪强度公式进行复核，根据坝体的组成分成3部分进行计算，公式为:

式中:K为抗滑稳定安全系数;∑W1，∑W2，∑W3混凝土荷载、浆砌石荷载、干砌石荷载对滑动面的法向分力值;∑P对滑动面切向分力值;f1、f2、f3为混凝土、浆砌石、干砌石分别与基岩接触面的抗剪摩擦系数。根据地质勘测资料的物理力学指标及相关工程建议值，分别取f1=0.58、f2=0.55、f3=0.45。

分别对大坝基础897.55 m高程和平台904.40 m高程两个代表滑动面进行复核。经计算，在897.55 m高程滑动面，基本组合工况K正常=1.38，K设计=1.24，特殊组合工况K校核=1.20;在904.40 m高程滑动面，基本组合工况 K正常=1.83，K设计=1.65，特殊组合工况K校核=1.57，满足设计要求。计算结果与加固前对比，大坝抗滑稳定系数明显增大，说明本次除险加固方案是合理的。

［1］付彦.病险浆砌石重力坝加固设计［J］.黑龙江水利科技，2011，39(03):92-93.

TV641

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1007-7596(2014)06-0151-02

2014-04-23

陈隆弟(1972-)，男，福建尤溪人，工程师，主要从事水利水电工程施工、工程设计等工作。