禾仓石水库大坝工程加固设计

陈鹏超

摘 要：禾仓石水库属小（一）型水库。本工程的任务是根据禾仓石水库《水库大坝安全检查情况报告书》安全检查结果，对水库大坝存在问题进行除险加固，消除工程隐患，提高防洪抗灾能力，达到国家规定的安全标准，保证水库能安全运行，确保水库下游人民群众生命财产安全，充分发挥工程效益。

关键词：大坝；浸润线计算；稳定分析计算；加固措施；灌浆设计

该水库大坝坝型为均质土坝，土坝坝顶高程为66.00m；坝顶长92m，坝顶宽4m；最低河床高程43.86m，最大坝高22.14m；迎水坡坡度分别为1：2.25，1：2.5，1：2.75，背水坡坡度与上游坝坡相同，两个平台各宽1.5m。

1 大坝浸润线计算

参照《农田水利工程》中有关渗流计算的方法，对水库大坝进行渗流计算。

1.1 基本资料

土坝高度HN=22.14m；坝体为透水地基上的均质土坝，渗透系数K=0.0003cm/s，透水地基上的渗透系数K0=0.003cm/s；坝顶宽度b=4m；上游坡度2.694；下游坡度2.604；下游水深H2=0m；坝基厚度T=10m为降低大坝浸润线逸出点高程，在后坡脚处设堆石棱柱体反滤，顶宽1.5m，高5m，上游坡度为1，下游坡度为1.5，反滤料：粗砂、碎石厚度各为0.25m。

1.2 浸润线计算

本工程浸润线计算采用《水利水电工程PC-1500程序集》土坝设计软件包（K）计算（微机版），按达西定律计算堤坝渗流，确定浸润线位置。由于加固前大坝不能满足安全运作要求，且下游坝坡陡于上游坝坡，故只作正常水位工况下的坝体稳定渗流浸润线计算；加固后下游坝坡陡于上游坝坡，不作库水位在1/3坝高附近时坝体稳定渗流浸润线计算。计算成果见《土坝渗流计算书》。

2 大坝稳定分析计算

水库原有大坝为均质土坝，由于受水流冲刷及坝身填土不均匀沉降影响，坝面变形较严重，迎水坡坡率为1：2.25～1：2.75，背水坡坡率为1：2.1～1：3。现对最大坝宽进行坝坡抗滑稳定分析。稳定计算方法采用瑞典圆弧法的有效应力简化法，采用应用软件TB-6-2进行稳定系数计算（详见计算书）。

2.1 加固前

正常蓄水位稳定渗流条件下的下游坝坡：

Kmin=1.512>[k]=1.25

由计算成果可知：加固前在正常蓄水位时大坝能满足稳定要求。

库水位从设计洪水位（64.08m）降正常蓄水位（61.20m）的非稳定渗流上游坝坡：

Kmin=1.022<[k]=1.15 不能满足要求。

2.2 加固后

正常蓄水位（61.20m）穩定渗流条件下的下游坝坡：

Kmin=1.627>[k]=1.25

库水位从设计洪水位（64.08m）降正常蓄水位（61.20m）的非稳定渗流上游坝坡：

Kmin=1.219>[k]=1.15

由计算成果可知：加固后大坝坝坡稳定计算能满足各种情况时稳定要求。

3 大坝存在问题及加固措施

经现场勘查和上面的复核计算分析，得出以下问题的分析和解决的方法以及相应的加固措施：

3.1 大坝存在主要问题

3.1.1经过长期受风浪淘刷造成坝坡不平整，坝后坡受降雨水流冲刷，坡面局部变形较严重，大坝有交通要求需新建防浪墙。

3.1.2 大坝建成后运行时间较长，管理跟不上，造成原反滤体堵塞，浸润线抬高，坝体渗漏大，后坝坡出现多处漏水点，另外坝体发现蚁巢和白蚁侵害。

3.1.3 坝后坡受雨水的长期冲刷，坡面不平整，局部地方出现沟状水土流失。

3.1.4 大坝背水坡未设置坝坡排水沟，坝肩未设置排水沟。

3.2 加固措施

3.2.1 现设计结合原大坝现状对坝面进行整治，加高培厚后，迎水坡坡率为1：2.75，并在48.86m高程处设置宽为1.5m的平台，并修建前坡齿墙，齿墙高2m，顶宽0.6m，底宽1.65m；背水坡在60.33m和54.60m高程处设置马道及排水沟，总宽度为1.5m，排水沟断面尺寸宽×高为0.3×0.4m；背水坡按坡率的不同分为三级，第一级坡率1：2.25，第二级坡率为1：2.5，第三级坡率为1：2.7，坝顶宽度为4m，铺200厚泥结石作为路面。

3.2.2 坝顶宽原为4m，加固后坝宽仍采用4m。坝顶采用泥结石路面，厚200mm。

3.2.3 坝前坡用现场浇筑砼块护坡，其优点有：（1）砼护坡厚度比块石护坡厚度减小；（2）比块石护坡节省材料及投资；（3）坝坡面更为美观。

为便于施工，取砼板厚t=100mm，下面采用100mm厚砂石混合级配垫层。砼标号为C20级，砼板长×宽为4m×5m，每块板之间分缝采用四油三毡填缝，为稳定砼护坡，护坡底部需设一浆砌石齿墙，浆砌石采用M7.5号水泥砂浆砌结，齿墙高为2m，顶宽0.6m，底宽1.65m（详见护坡设计图）。

3.2.4 整平坝后坡并直播种草护坡，设置坝坡和坝肩排水沟及行人步级。现计划对后坡两肩布置排水沟，排水沟高×宽为400mm×300mm，排水沟及步级采用M7.5浆砌石砌结，1：2水泥砂浆批挡。

3.2.5 建后坝脚反滤体及其排水沟。本水库工程坝高为22.14m，设计采用棱体反滤，反滤体高为5m。根据前面的坝体浸润线计算成果，确定反滤体高度为5m，反滤体顶宽取1.5m，反滤体顶采用M7.5浆砌石压顶。反滤体后建排水沟，高×宽为400mm×300mm。（具体详见后坝脚反滤体及排水沟设计图）

3.2.6 坝体进行白蚁防治，坝面及周边地区药物诱杀白蚁共1000m2，诱杀后对巢灌浆2巢，并对坝体进行充填灌浆。具体灌浆设计布置见后面大坝灌浆设计。

3.2.7 坝体防渗采用复合土工膜（二布一膜）进行处理。

4 坝基灌浆设计

4.1 灌浆布置

大坝计划沿坝顶轴线方向布设2排灌浆孔，排距为2.0m，灌浆孔布置在坝顶轴线稍偏上游，第一排距离防浪墙外边1m，孔距为6.1m，两排钻孔呈梅花形布置，钻孔灌浆至坝基以下1.0m，主坝布置灌浆孔共30孔，孔深共计381.5m。

4.2 灌浆设计

（1）灌浆材料

灌浆材料采用粘土拌水泥混合浆，要求水泥粘土比例为1：9，浆液容重为1.3～1.6g/cm3。配制水泥粘土浆所用的粘土要求遇水以后，能迅速崩解分散，吸水膨胀，具有一定的稳定性和粘结力，选择粘土时要注意以下两点：①粘土塑性指数应为10～20；②粘粒含量30～50%；③粉粒含量40～60%，砂粒含量小于10%。

（2）造孔设计

采用XJ100-A型钻机造孔，钻孔直径为90mm，采用干法造孔或少量注水湿钻、造孔应保持铅直，偏斜率不得大于孔深的2%。

钻孔深度要求钻至坝基以下1.0m。

灌浆孔造孔顺序为：先坝中后坝肩，先坝顶轴线上游排再下游排，先深后浅的施工方法。