排告水库“照谷社”型混合坝的除险加固方案探析

康金刚

（铜仁市水务局贵州铜仁554300）

排告水库“照谷社”型混合坝的除险加固方案探析

康金刚

（铜仁市水务局贵州铜仁554300）

本文以贵州省雷山县永乐镇排告水库“照谷社”型坝为例，对“照谷社”型坝的改造加固方案进行了探讨，采用两种计算方法进行了计算，并提出了“照谷社”型混合坝的处理建议，以期为类似案例提供借鉴。

“照谷社”型混合坝；除险加固；方案探析

1　工程概况

排告水库位于雷山县永乐镇排告村境内，地理位置东经108°11′，北纬26° 14′。距县城62.5km，距离永乐镇12km，有乡村公路到达排告村，交通较为便利。

水库枢纽工程由主拦河大坝、坝顶溢洪道、坝下放水涵洞、渠道及渠系建筑物组成。水库总库容14.7万m3（其中兴利库容10.7万m3，死库容4万m3），是一座以农业灌溉为主，兼有农村人畜饮水、水产养殖等综合效益的小（2）型水利工程，其目前设计灌溉面积850亩。

工程坝址地质情况是:坝基为坚石板岩；左岸为黄泥坡；右岸为板岩，岩层走向下游，倾向河床，倾角15度，节理较发育，库水有可能沿岩层渗漏。

原设计方案考虑该地石料丰富，因地制宜，就地取材，采用干砌与浆砌混合的砌石坝。

2　存在问题

2.1大坝安全现状

水库经现场勘测后，对大坝进行了简单设计，1980年开始蓄水。两年以后，大坝产生了不均匀沉降，溢流坝顶的裂缝逐渐扩大。1983年6月降大雨，山洪瀑发，洪水溢过坝顶，开始进入坝身，造成溢流坝面998.50m高程处产生水平断裂。

根据《水库大坝安全管理办法》、《水库大坝安全鉴定方法》有关规定。经安全复核后，鉴定为三类坝。此坝主要有以下几点结构和渗流安全稳定问题：

（1）由于坝体上游边坡过陡，在库空时，抗滑安全系数值（1.01）比规范规定值（1.15）小，坝体结构存在安全隐患；

（2）坝体上下游边坡均有一定程度的变形，由于坝体仅用上游坝坡的浆砌石和20cm的混凝土护面作为防渗体，这种型式的防渗体刚度过大，抗变形能力小，可能产生裂缝，从而导致坝体渗漏，影响大坝安全；

（3）坝体压水试验成果表明，主坝钻孔压水试验表明建基面及其以下4.0m～15m左右岩体透水率较大，均大于5Lu。可能对主坝坝体渗流性态存在安全隐患。

因此，考虑大坝的安全性，必须对大坝进行了加固处理设计。

2.2加固设计中遇到问题

此混合坝坝体迎水面为浆砌石，坝体主堆料为堆石。若不考虑上游浆砌石在结构稳定中的作用，以上游边坡1:0.4的坡比，与堆石的自然休止角相差太远，在自然状态下就已经很不稳定，在饱和及库空条件下就更不稳定。所以，上游浆砌石以及加固后的混凝土面板必须参与稳定计算。但是现有的非有限元单元法的是否能计算材料属性相差很大坝体稳定，计算出的结果是否能指导以后类似“混合坝”除险加固设计都是未知数。本文在尊重事实的现状的情况下采用两种计算方法，互为验证。

3　大坝坝体防渗和稳定除险加固设计

本次除险加固设计是根据水库大坝安全鉴定结论和建议，针对工程存在的主要问题，拟定该工程除险加固主要内容如下:

大坝混凝土防渗体，按混凝土面板堆石坝设计。大坝上游基础开挖后做趾板、浆砌石护面、混凝土防渗斜墙等。坝体上游坡为1: 0.4；下游设计坝坡1:1.42采用“8型预制砖块”进行护坡；坝顶整治并设防浪墙，坝顶宽按5.0m选定；

（2）采用帷幕灌浆防渗处理坝基、坝肩渗漏。

设计加固剖面图（见图1）。

图1　除险加固设计后的剖面图

3.1大坝计算工况

考虑到此混合坝这种坝体的特殊性，本次加固设计采用了北京理正岩土计算软件5.6版软件和ANSYS有限元分析软件两种软件进行计算。渗流计算中北京理正软件采用的是差分法，ANSYS软件采用的有限单元法；稳定计算中北京理正软件采用的是毕肖普法，ANSYS软件采用的是有限单元法，屈服公式以D-P模型的非线性。通过两种软件，不同的计算方法来互相验证，确保除险加固设计结果安全可靠。

3.2大坝渗流计算

大坝的渗流计算工况如下：

工况1:上游为正常蓄水位，坝前水位19.70m工况所形成的稳定渗流。（1）理正软件的渗流计算结果（见图2）。（2）ANSYS计算渗流计算结果（见图3）。渗流计算的结论分析：

①过计算结果可以看出，两种方法计算出的浸润线及其对应的渗流量都是较低的，可见采取的加固设计合理，防渗效果良好。

②渗流稳定由理正软件查取浸润线逸出点处的水力坡降计算值为0.12，根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274－2001）及《水利水电工程地质勘察规范》（GB 50487-2008），均小于无黏性土允许水力坡降。

③通过对比，ANSYS计算出的结果要比理正算出的略大。但跟渗流要求对比，都满足要求。说明两种计算的结果都是比较可信的。

图2　理正软件计算水头及浸润线头及浸润线（渗流量=0.22765m3/天）

图3　ANSYS计算水头及浸润线头及浸润线（渗流量=0.44805m3/天）

图4　校核洪水位下游坝坡稳定计算结果

图5　死水位下游坝坡稳定计算结果

图6　校核洪水位时大坝的位移图

图7　死水位时大坝的位移图

表1　理正计算结果

表2　Ansys计算结果

3.3大坝稳定计算

工况1:上游水位为校核洪水位坝前水位22.4m（高程1011.52m）的下游坝坡；

工况2:上游水位为死水位水位（高程991.00m）的上游坝。

（1）理正软件的计算结果

稳定计算采用的方法北京理正软件设计研究院编制的土石坝坝坡稳定分析软件，该程序可用毕肖普法算出折线滑裂面安全的系数，并找出相应于毕肖普法的最小安全系数及相应的滑裂弧位置。毕肖普法一般只用来计算均质材料的滑裂面，未能计算材料抗滑和抗剪性质相差较大的稳定计算。校核洪水位时坝坡稳定计算结果（见图4），死水位时坝坡稳定计算结果（见图5）。

（2）ANSYS软件的计算结果

采用ANSYS软件计算时，采用D-P模型用非线性有限元进行计算，利用强度储备法判定坝是否发生破坏，并用此时的强度储备作为安全系数。校核洪水位时坝坡稳定计算结果（见图6），死水位时坝坡稳定计算结果（见图7）。

稳定计算的结论分析：

结果分析：通过对比，ANSYS计算出的安全系数要比理正算出的略小，偏于安全。理正计算的最危险工况是下游边坡校核洪水位，ANSYS计算危险工况也是校核洪水位的时候，数据上一致。

3.4除险加固结果分析

（1）从渗流计算的结果来看，除险加固设计采用混凝土面板的坝体的防渗和帷幕灌浆的坝基防渗措施合理，渗流量较小满足要求。

（2）从稳定的计算结果来看，除险加固的重点应该放在下游边坡中，下游边坡最危险的条件便是在校核洪水位形成的渗流下最容易出现边坡不稳定。所以，下游边坡在除险加固设计中加入了“梅花桩”布置的排水孔，以降低浸润线。

（3）从计算软件上看，ANSYS软件计算的结果偏安全，因为其考虑的因素较多和计算的结果更为精确。但两种软件计算的结果，如：渗流量、安全系数K都符合规范要求，并且互相印证了结果，可以作为除险加固的设计依据。

（4）针对“照谷社”型混合坝且为坝身过水的坝，本文在没有改变坝身过水的前提下，采用面板堆石坝除险加固方法，从防渗和结构稳定都满足了规范要求。

4　结语

通过对此水库的除险加固设计，首先证明采用的除险加固设计是合理有效的。并且，通过两种计算方法的互相验证，可以推断出理正软件可以用于计算类似“混合坝”的设计。

结果，采用的除险加固方法，在渗流稳定和坝体稳定上都得到了保证。弥补了“照谷社”型坝的缺陷，可以进行推广和应用。陕西水利

（责任编辑：唐红云）

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