长壕水库浆砌石重力拱坝加固设计浅析

陆立泉

长壕水库浆砌石重力拱坝加固设计浅析

陆立泉

（广西玉林水利电力勘测设计研究院，广西玉林537000）

以广西兴业长壕水库除险加固工程为实例，针对水库浆砌石重力拱坝存在渗漏问题，在对其加固防渗设计分析。通过坝面防渗方案优选确定采用钢筋砼面板防渗，并对大坝裂缝进行处理和坝顶加固。

浆砌石重力拱坝；渗漏；灌浆；砼面板方案设计

1 工程概况

长壕水库位于广西兴业马骝江二级支流的长壕江上游，是一座以灌溉为主，兼顾供水的小（1）型水库，2000年8月建成并投入运行，水库控制集雨面积为2.13 km2，总库容170万m3。该工程等别属Ⅳ等，永久性水工建筑物级别主要建筑物为4级，次要建筑物为5级，采用50年一遇洪水设计，500年一遇洪水校核。水库正常蓄水位168.50 m，死水位148.90 m，设计洪水位169.15 m，校核洪水位169.34 m。枢纽建筑物主要包括浆砌石重力拱坝1座，输水涵管一座，放空涵管1座。

2 工程地质

库区出露地层有第四系坡残积层（Qedl）和泥盆系郁江组（D1y）岩性为黄褐、灰黄色泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、细砂岩、黄绿色、灰绿色泥岩夹泥质灰岩及打石坡侵入体（T2Dp）：岩性为中细粒斑状黑云二长花岗岩，斑晶为微斜微纹长石。

工程区下伏基岩为泥盆系郁江组（D1y）和打石坡单元（T2Dp）岩性为：细砂岩、泥质粉砂岩、泥质灰岩及二长花岗岩，岩层产状为25°/SE∠25°，工程区内未发现大的断裂构造形迹。

坝肩为弱风化郁江组第三段细砂岩，厚约5 m～17.9 m，裂隙较发育，岩性呈碎块状。坝基为弱风化郁江组第二段泥质粉砂岩及第三段泥质灰岩与粉砂岩互层，厚3.5 m～6.5 m。弱风化岩体平均吕荣值为12.0 Lu，为中等透水性。微风化岩体平均吕荣值为3.1 Lu，为弱透水性。

3 大坝现状及存在的病险问题

浆砌石重力拱坝为定圆心，变半径的浆砌石单曲拱坝，坝顶弧长101.1 m，坝顶中心角为76.010，外半径为58.09 m，坝顶厚2.5 m，坝底厚11.30 m，最大坝高30.2 m，厚高比为0.37，弧高比为3.35。坝顶路面有间隔不等的13条横向裂缝，最大缝宽约5 mm，其中一条裂缝从坝顶路面延伸至157.50 m高程。当水位高于157.50 m高程时，下游坝坡有一股水流喷射出来，同时还有多处渗漏点，渗水带出大量的钙质，形成了多条白色砂浆钙化条。根据现场测量，库水位160.50 m时，下游坝坡的多处渗水和射水的渗漏量总和达到7.0 L/s。

大坝渗漏严重，已经影响了大坝的正常运行，被鉴定为“三类坝”。

4 大坝加固方案设计

本次大坝加固设计内容主要有：坝顶高程复核；坝顶裂缝分析和加固；坝体和坝基防渗分析和加固；坝体裂缝分析和处理；坝体应力和稳定分析。

4.1 坝顶高程复核

该水库多年平均最大风速为W=15 m/s。该坝属4级建筑物，正常运用条件下采用多年平均最大风速的1.5倍，即22.5 m/s，非常运用条件下采用多年平均最大风速，即15 m/s。根据水库的吹程确定方法，直接在水库万分之一地形图上量得。大坝有效吹程为500 m。

坝顶高程与水库正常蓄水位的高差、设计洪水位或与校核洪水位的高差△h，按下式计算：

式中：△h为坝顶与水库正常蓄水位、设计洪水位或校核洪水位的高差，（m）；2h2为浪高（m）；Vf为计算风速，m/s；Df为风区长度，km；g为重力加速度；h0为波浪中心线至水库正常蓄水位、设计洪水位或校核洪水位的高差（m），按下式计算：

表1 坝顶高程计算成果表单位：m

式中H1为坝前水深，m；2LL为平均波长，m；hc为安全超高，可查利用《砌石坝设计规范》（SL25－2006）表9.1.1读取[1]。

计算结果见表1。

从计算成果得知，在设计洪水位、校核洪水位等工况下坝顶高程均满足设计要求，不需要加高。

4.2 坝顶加固

拆除坝顶防浪墙和栏杆，新建上游防浪墙和下游栏杆。新建防浪墙，板厚0.25 m，高1.15 m，采用C20砼现浇。新建栏杆高1.15 m，柱为0.2m×0.2 m，柱间距为2 m，采用C20砼浇筑。坝顶路面拆除重建，铺设C25砼路面厚0.25 m。

4.3 坝基防渗

根据工程地质可知，坝基和坝肩属于中等透水，需要进行防渗帷幕。帷幕灌浆孔深入坝基不透水层微风化岩层3 m左右，局部微风化岩层比较深，孔深按照0.7倍水头控制，单排布孔，孔距为2.0 m。帷幕灌浆孔位置与坝基应力情况有关，一般布置在压应力区，并尽可能靠近上游坝面。本次加固于拱座上新建C20砼灌浆平台压重块，平台宽2.0 m，高2.0 m，平台长度根据坝脚坡度和布孔要求确定。平台混凝土抗渗等级要求达到S6。两岸帷幕原则上是延伸至正常水位与相对隔水层相交处[2]，由于隔水层比较深与正常水位线相交处比较远，本次加固防渗帷幕左岸延伸入岸坡20 m，右岸延伸入岸坡25 m，延伸方向与坝肩段一致，保持帷幕连续性。

坝基防渗帷幕灌浆采用纯水泥浆，水泥标号为425。坝基防渗帷幕灌浆前库水位尽可能降至最低水位，减少水压力对灌浆的影响。灌浆施工应遵循帷幕灌浆施工工艺，严格把控灌浆质量。

4.4 坝面防渗

坝面防渗，本次推荐一个传统坝面防渗方案即砼面板防渗方案I和另一个新技术方案即由中国水利水电科学研究院结构材料所推广的喷涂聚脲弹性体技术方案II。

方案I：先把坝体迎水面凿毛并冲刷干净，然后再浇筑一层厚0.3 m的C20钢筋砼面板做防渗层，要求砼抗渗等级为S6。接触面采用锚筋连接，锚筋呈梅花型布置，锚筋直径16 mm，锚筋长1.1 m，面板挂φ10@200钢筋网。

方案II：先把坝体迎水面凿毛并冲刷干净后，然后喷2 cm厚聚合物砂浆，最后喷涂1.6 mm厚聚脲弹性体材料[3]。

通过投资概算得出，其中方案I费用213.16万元，另外方案II费用275.23万元。

两个方案都有优缺点，可以相提并论。其中方案I优点：工程投资比较少，节约工程费用；施工技术成熟，施工机械设备比较简单，有技术保证；工程施工经验丰富，工程质量容易掌控。而方案I缺点：砼防渗面板施工工期比较长。另外方案II优点：工程施工期比较短，可以尽早修复水库功能和效益。而方案II缺点：工程投资比较大；施工技术属于行业新技术，喷涂施工需要引进专用的聚脲喷涂设备及其配套设备，不容易施工；目前利用做拱坝防渗的施工经验比较少，质量保证比较难。为了更直观分析方案的优劣，进行列表分析，见表2。

表2 方案比较

本项目施工总工期8个月，跨越一个枯水期，关键施工点是大坝坝基帷幕灌浆和灌浆平台压重块施工。而大坝砼防渗面板工程量少，工期不长，对整个工程施工进度影响不大。该水库设计月供水量为8万m3，供水单价为0.21元/m3，设计供水月收入为1.68万元。由此可见，缩短工期提早供水意义不大。

经过对比分析方案的施工技术、施工经验、施工工期及其工程投资等特点，从而推荐该浆砌石重力拱坝的坝面防渗采用钢筋砼面板防渗方案即方案I。

4.5 坝体裂缝处理

该拱坝裂缝均为横向裂缝，且未贯穿坝体，均为表层裂缝，坝顶路面拆除重建即可。而从坝顶路面延伸至157.50 m高程的裂缝，需要进行灌浆处理。由于裂缝宽度不大，不需要开挖处理，可采用压力灌浆处理，但是需要适当控制灌浆压力，避免造成灌浆压力过大导致坝体变形和压力过小达不到设计效果。浆液采用纯水泥浆，灌浆时应遵循由稀到稠的原则，以保证质量。

4.6 应力及稳定分析

本次加固没有改变拱坝的结构，经计算在基本荷载组合和特殊荷载组合条件下，坝体最大压应力、拉应力分别小于浆砌石容许压应力、拉应力，坝体压应力、拉应力均满足规范要求。坝肩稳定分析采用刚体极限平衡法，坝肩岩体的整体抗滑稳定安全系数大于规范的最小值，坝肩岩体稳定。重力墩按整体抗滑进行稳定分析，重力墩的整体抗滑稳定安全系数大于规范的最小值，重力墩稳定。本次加固方案，满足了拱坝应力和稳定要求，方案可行。

5 结语

本工程的浆砌石重力拱坝，通过坝面钢筋砼板防渗、坝基帷幕灌浆防渗、坝体裂缝处理以及坝顶路面拆除重建等加固措施，有效的减少坝体渗漏，同时也消除大坝安全隐患。该水库浆砌石重力拱坝加固设计方案通过了自治区水利厅审批，目前已经实施，取得了良好的设计效果。

[1]SL25-2006，贵州水利厅·砌石坝设计规范[S]·水利水电出版社，2006

[2]祁庆和·水工建筑物[M]·北京：水利水电出版社，1997

[3]黄微波·喷涂聚脲弹性体技术[M]·北京：化学工业出版社，2005

TV697.3

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1673-9000（2017）02-0049-02

2016-12-15

陆立泉（1979-），男，广西贵港人，工程师，主要从事水利水电工程施工设计。