1、浅谈白梨坪水库土石坝除险加固设计【摘要】结合白梨坪水库工程的缺陷和隐患,分析了小型水库土石坝除险加固的原则,加固设计的原理及方法,并提出了适宜该工程的除险加固设计方案。实践证明,该工程加固效果较好,有效发挥了其防洪、灌溉等综合效益。 【关键词】土石坝、水库、除险、加固 中图分类号： TV2 文献标识码： A 工程概况： 根据防洪标准 （GB50201-94）和水利水电工程等级划分及洪水标准 （SL252-2009）的规定，白梨坪水库是一座以防洪为主，兼顾水产养殖、灌溉等综合利用的小(2)型水库，工程等级为等，主要建筑物为5 级。该水库于 1958 年 10 月动工兴建，1968 年 10 月复
2、建，1970 年 5 月竣工；校核洪水位 277.18m，总库容 11.30 万 m3，最大下泄流量42.42m3/s；20 年一遇设计洪水位 276.65m，相应库容 10.35 万 m3，最大下泄流量 25.85m3/s；兴利水位 275.30m，兴利库容 6.03 万 m3，相应库容 8.05 万 m3；死水位 269.35m，死库容 2.02 万 m3。水库枢纽工程主要由大坝、溢洪道、输水洞三部分组成。大坝为均质土坝，现状坝顶高程278.60m279.30m，坝顶宽 2.63.0m 左右，土路面。溢洪道位于左岸，开敞式，底宽约 10m，长约 95m，进口高程 275.55m 左右。输水
3、洞位于大坝桩号 0+057，洞长约 35m，矩形浆砌无压涵洞，断面尺寸0.701.20m（高宽） ，输水洞进口底高程 269.35m。 工程存在问题 经现场检查，水库主要存在的问题有： 2.1 大坝 坝顶高低不平，无防浪墙及路沿石；上游坝坡不平整，高程 275.5m以下为块石护坡，干砌石护坡粒径小，松动、脱落严重；背水坡为自然杂草护坡，坡面不平整，局部凹陷隆起；河槽段 0+0230+045 坝体与坝基接触部位存在接触渗漏问题；右坝肩桩号 0+0960+126 段下游坝基土形成临空面，高程 271m 以下坝基土潮湿。无排水沟、无上坝踏步、无水位等观测设施。 2.2 溢洪道 左岸边坡及底板岩性为弱
4、风化花岗岩，岩石裂隙发育，边坡岩石破碎、松动，局部坍塌，底板上部有厚 0.61.0m 的石碴。右岸为干砌石挡墙，基础座于弱风化花岗岩上，挡墙裂缝，下游约 20m 坍塌。 2.3 输水洞 输水洞进口为斜卧管，碳化剥落严重，结构变形，有漏水现象，出口损坏。 除险加固方法的选用原则 ：土石坝虽然坝型常见, 但由于其工程情形复杂,机具、材料等条件多变,并且各项具体的除险加固方法很多都有其特定的适用范围和局限性,因此,对每一具体工程病害都应进行仔细分析。应从工程病害情况、除险加固要求(包括加固后工程应达到的各项指标、加固范围、加固进度等)、工程费用以及材料、机具来源等各方面进行综合考虑。确定土石坝加固方
5、法时,应根据工程病害的具体情况对几种加固方法进行技术、经济、施工比较,选择技术上可靠,经济上合理,且能满足施工要求的除险加固方法。 工程的除险加固设计： 4.1 坝顶工程 本次除险加固，大坝全长 134m（0-0020+132） ，坝顶高程278.80m，坝顶宽 3m。沿坝顶上、下游两侧新建路沿石。路沿石为 C20 砼矩形结构，宽 20cm，高 60cm，埋深 40cm。坝顶为厚 20cm 的泥结碎石路面，路面倾向下游 2%。 4.2 上游护坡工程 本次除险加固工程对大坝原有干砌石护坡全部拆除，坝坡整修坡比为 1:2，将大坝迎水坡整修至设计断面，迎水坡高程 270.15m 以上至坝顶278.8
6、0m 采用现浇 C20 混凝土护坡，坡比同坝坡坡比。 4.2.1 大坝迎水坡混凝土护坡厚度计算 波浪的平均波高和平均波周期采用莆田试验站公式计算 式中：hm平均波高，m； Tm平均波周期，s； W计算风速，m/s； D风区长度，m； Hm水域平均深度，m； g重力加速度，9.81m/s2。 平均波长 Lm 计算公式： 混凝土护面板计算厚度公式为： 式中：t混凝土护面板厚度，m； 系数，对整体式大块护面板取 1.0； Hp累计频率为 1%的波高，m； b沿坝坡向板长，m； c板的密度，t/m3； Lm平均波长，m。 计算 t=0.089m，根据大坝护坡设计经验，并考虑施工等因素，混凝土护坡厚度采
7、用 12cm。 4.2.2 现浇混凝土护坡型式 现浇混凝土厚 12cm，设计尺寸为 1.91.9m，四周设置 10cm 宽无砂砼填缝。砼面板每隔 8m 设伸缩缝一道，填缝材料为聚乙烯闭孔泡沫板。在护坡坡脚及两侧岸坡处设宽 0.6m，高 0.8m 的浆砌石齿墙，坡脚齿墙底高程 269.35m，浆砌石齿墙每隔 10m 设伸缩缝，填缝材料为聚乙烯闭孔泡沫板。 背水坡整修工程 5.1 下游坝坡培厚工程 经坝坡稳定计算，下游坝坡稳定安全系数不能满足规范要求。本次除险加固对下游坝坡进行培厚，在高程 267.00m 处设 3m-7.5m 宽平台，平台以上坝坡整修坡比为 1:2，植草护坡；平台以下坝坡整修坡比
8、为1:2，新建贴坡排水体。坝坡整修时应先清除坝体表面的草皮、石渣、块石，清理厚度不低于 0.3m，坝面清理干净，老土和新土拌合后，夯实第一层。然后按设计边坡回填，粘性土压实度不小于 0.96，非粘性土相对密度不小于 0.72；回填时严格控制含水率和铺筑土层厚度。 坝坡整平后，表面采用草皮护坡。草籽种类应选择低茎蔓延的爬根草。按照整理坝坡、播撒草籽和洒水养殖的工艺流程进行施工。草皮种类应选择低茎蔓延的爬根草，不得选用茎高叶疏的草种。 5.2 坝坡排水沟工程 本次除险加固工程共新建排水沟 6 条，总长 305m。其中：横向排水沟 2 条，总长 34m；纵向排水沟 1 条，长 38m；岸坡排水沟 2
9、 条，总长165m；坡脚排水沟 1 条，长 68m。排水沟均采用 Mu60M7.5 浆砌石砌筑，外用 2cm 厚 1:2 砂浆抹面。纵向排水沟采用矩形断面，底宽 40cm，深40cm；横向排水沟底宽 30cm，深 30cm；岸坡排水沟为梯形结构，底宽40cm，深 40cm 两侧坡比均为 1：0.3；浆砌块石每隔 10m 设横向伸缩缝一道，填缝材料为聚乙烯闭孔泡沫板。 5.3 贴坡排水体工程 针对河槽段存在的接触渗漏问题，采用贴坡排水体导渗方式进行加固处理。本次除险加固工程在桩号 0+0300+071 段新建贴坡排水体导渗工程，排水体顶部高程 267.00m，顶宽 3.0-7.5m，坡比 1:2
10、；贴坡排水体下设粗砂碎石混合料 30cm，上部为干砌块石厚 30cm。排水体末端设排水沟，沟底宽 40cm，高 40cm，外侧坡比为 1:0.3。 5.4 上坝踏步 为便于工程管理，在下游坝坡平台以上桩号 0+050 处新建上坝踏步一条。平台一下踏步采用 C20 砼结构，总宽 2.5m，净宽 2.0m，厚度0.12m。踏步两侧挡块高出大坝坡面 0.1m。 大坝除险加固后结构稳定及渗流计算 坝体及坝基采用防渗处理以及大坝坝坡修整以后，对原坝体的渗流的和稳定均产生影响。计算断面采用大坝 0+032，0+046 断面进行计算。按除险加固后情况建立计算模型。 计算工况： A库水位为兴利水位 275.3
11、0m，下游无水； B库水位为设计洪水位 276.65m，下游无水。 坝体及坝基渗透系数建议采用值为： A坝体 Ks=7.8410-5cm/s B风化砂 Ks=3.8510-4cm/s C坝基土 Ks=5.0110-5cm/s 典型断面渗流计算采用堤防工程设计规范GB 50286-98 附录 E.3透水堤基均质土堤渗流计算公式。 经计算，兴利水位稳定渗流浸润线出逸点高程 266.02m，下游坝坡出逸点坡降 0.38。设计洪水位稳定渗流工况浸润线出逸点高程 266.58m，出逸点坡降 0.38。两种工况下，下游坝坡及坝基靠近坡脚处出逸坡降0.42 左右，设计在贴坡排水体下设反滤层，所以认为出渗流满
12、足规范要求。 结论 通过分析该工程的隐患所在,依据规范对大坝坝坡稳定、渗透稳定行了坝体尺寸的重新设计,并采用碾压试验等方法确定各项施工填筑参数,在迎水坡工程、背水坡工程、坝顶工程施工中严格按施工填筑参数控制压实质量、铺筑厚度、材质级配等各项指标。工程加固后至今运行良好,故实践证明其所采取的除险加固措施取得了较好效果。 参考文献： 1中华人民共和国水利部 . 防洪标准 （GB50201-94） . 北京：中国计划出版社，1994 2长江水利委员会长江勘测规划设计研究院 .水利水电工程等级划分及洪水标准 （SL252-2009） .北京 . 中国水利水电出版社， 2000 3西北勘测设计研究院 . 水工混凝土结构设计规范(SL191-2008)； 4黄河水利委员会勘测规划设计研究院 . 碾压式土石坝设计规范(SL274-2001) . 北京：中国水利水电出版社，2002 5水利部天津水利水电勘测设计研究院 . 小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则(SL189-96)； 6水利部水利管理司 . 水库工程管理设计规范(SL106-96)；7中华人民共和国水利部 . 堤防工程设计规范(GB 50286-98) . 北京：中国计划出版社，1998
