水库除险加固大坝加固设计分析与探讨_建筑设计论文发表

分类：建筑设计论文发表 时间：2011-08-11 09:00 关注：(1)

水库除险加固大坝加固设计分析与探讨

陈慧景

摘要:当前水库的利用在我国农业发展中取得了重要的作用，当水库出现问题时将会给水资源的利用分配带来很大的困难。2011年中央1号文件更是强调了水利工程的重要性。作为设计人员，深刻体会到了工程设计的重要性，因此，对水利工程设计的探讨应得到大家的重视。本文针对水库除险加固工程设计中的大坝加固存在的问题进行深入分析，并结合大坝地质条件方面的情况进行渗流及坝坡抗滑稳定的计算，这样才能保证水库的各方面使用性能得到正常的发挥。

关键词:水库险加固；大坝稳定；渗流计算

虽然当前中国在大坝处理方面积极开展了安全鉴定，并根据得到的问题采取了相关的处理措施。但是到目前虽然对病险水库的安全鉴定及加固取得了一定的成效，但是在很多方面还存在着一定的缺陷，这就需要改进技术，采取科学的设计方案来做好大坝的处理方式，这样才能对以后的大坝的安全鉴定、加固以及设计、施工和管理积累宝贵的经验。本文根据实际的水库大坝作为研究对象，通过计算探究后对别的土坝的渗流及稳定安全规划做出了合理的方案。

一、详细地工程情况

本次研究的水库坝址上方集雨面积115km2，河道长在21.9km，河道的平均比降在11.3‰。其主要作用是用来防洪、灌溉、供水等方面，并且在养殖业及发电方面也有着相当的作用。大坝主要是粘土制成的土石坝，坝的高度在26.1m，坝顶高为260.23 m，顶宽为5.2 m。总库容为1331×103m3，灌溉面积1200 hm2，电站装机250 kW，年发电量为32.4×104kW•h。

二、主坝加固前渗流情况与出现的问题

均质土坝是主坝之前采取的设计方法，在坝体填筑的高度达到9.0m时，考虑到防渗土料受到限制而转化成使用粘土心墙坝。将主坝右岸一些部位设置到砂卵石层上，清基的处理不够完全，运行多年后有可能会出现渗漏问题：在开挖左坝基时发现了大量承压水的形成；右坝头0十208断面测压管的情况显示了高库水位的状况时，管水位上升的速度不断加快；在下游坝脚集渗沟中观察到渗水中带有黄色粘土颗粒沉淀及出现了异常物质。且上坝体填筑质量十分落后，在施工过程中出现的很多裂缝，形状为横形，宽度最大在20cm，发现坝体心墙共形成裂缝40多条，这是造成渗水穿透的重要因素。

在加固前期需要根据实际情况来制定相应的测量计划，这样才能保证达到相关的标准，根据洪水复核及洪水调节的计算结果得出，设计水位123.87m，校核洪水位126.41m，这跟之前的设计结果相比显著上升。针对这些情况，对主坝进行详细勘察，并且在计算后得出坝体的相关参数，并根据相关的计算结果对大坝的安全作出判断，为处理方案的制定带来依据。

三、水库坝址地质条件

水库大坝主要是粘土斜墙坝，坝高26.1m。水库使用时间较长，但在使用期间曾经出现过很多渗漏现象。从坝址区的地层结构、岩性特征与分布规律进行研究分析后得出坝址区地层主要构成部分包括了：透水层、弱透水层、基本不透水层等。

1、透水层：通常包括坝下游分布的砂、砾、卵石层，坝脚砂砾料混合体，不会给大坝渗漏带来影响。

2、弱透水层：壤土筑坝时只进行拖拉机碾压，施工期间由于各方面原因出现了施工质量问题。填筑壤土密实程度达不到标准。

3、基岩透水情况：坝址与两坝都属于白云质灰岩，由于地表岩石风化而造成不同的裂隙，具有很好的连通性，能够在水库溢洪道、两坝端、输水洞部位形构成合理的透水地带。当出现相关的渗漏问题时采取了一些的处理方式，且计算了渗流及稳定性。

四、渗流计算及研究分析

1.主坝的渗透特征

(l)构成主坝心墙的材料十分复杂，分层数量大。底部高达9.0m，属于耕植土与砾质粘土混杂，土中腐植质含量。上部30m主要有沙砾石、碎石、砂质粘上等，其最大粒径在14om以上，很难进行碾压密实。

(2)主坝填土质量不过关导致裂缝。经过观察得出出现了很多样柱断裂，这表示土体有裂缝的形成。参照坝体土料的物理力学标准判断在使用期限达到30年后与原设计的使用性能相比，很多样本将会散失原设计中的性能。

(3)钻孔揭露心墙底部右岸厚度达(0.1～0.87)m，粒径(10～15mm)的砂卵石层，左岸则有(0.1～3.5)m厚的疏散、复杂、磨圆度较低的碎砾石类土，该两层土的渗透系数在(152～2.6)×10-3。坝基表层基岩属于中等透水带，这就建立了沿坝基的渗透通道。从计算结果中看出，在坝体87m与(97～105)m出现了个不同的渗漏带，这说明坝身出现了不同程度的渗漏问题。

2．本次坝体渗流计算的相关情况

（1）找出坝体浸润线及下游出逸点的部位；（2）找出坝体及坝基的渗流量；（3）找出坝坡出逸段与下游坝基表面的出逸比降；（4）计算出库水位降落时上游坝坡内的浸润线部位。并利用计算结果来找出相应的渗透变化，主要针对：管涌，流土等问题进行研究。

3.计算方法及计算参数

参照设计中的相关断面图得出水库的大坝土料主要是由粘土斜墙、壤土、砂砾料等成分构成了混合坝壳，背水坡脚设置了贴坡排水体，根据有限透水地基中的混合土坝的相关参数实施渗流计算。根据本次研究的结果得出了渗透系数在1.298×10-5cm/s，壤土的渗透系数为1.489×10-5cm/s，砂砾料的渗透系数在1.957×10-4cm/s。

4.计算断面的选择

 

计算断面选择的是图1中大坝最大坝高断面，这断面主要涉及到了坝址的所有地质情况，能够获得准确的试验结果集数据，这就能很好地划定以该断面作为代表性断面进行计算。

5.渗透流量计算

采用《水利水电规划设计总院》编制的《碾压式土石坝设计手册》（下册），按混合式土石坝计算公式，计算成果见表1：

 

五、稳定计算

主坝迎水坡在长时间的使用中,由于受到外界因素的影响导致了浆砌石开裂,砂浆脱落；素混凝土板厚度只剩下5 cm,出现大量的开裂及缝隙。在对其稳定计算是参照水利工程的相关标准进行，使用不计条块间作用力的瑞典圆弧法来找出坝坡抗滑稳定安全系数。在计算边坡稳定时根据实际情况进行，计算简图如图2所示。

 

 

六、结语

根据以上分析计算情况得出，对于水库大坝没有采取相应的检查和处理措施时，就会对整个坝体的使用性能造成威胁。这就需要根据实际情况采取相应的措施进行处理，以避免出现更多的渗透情况。

参考文献

[1]张有天.有自由面的渗流问题分析的初值流量法[J]．水利学报，1998(8)：l8-26．

[2]钱家欢，殷宗泽.土工原理与计算[M].中国水利水电出版社,1996．

[3]中华人民共和国水利部．碾压式土石坝设计规范[M].中国水利水电出版社，2002,4.