广东省大中型病险水库除险加固的一些常用方法

陈仲策

【摘 要】介绍了广东省近年来大中型病险水库挡水、泄洪和输水建筑物存在的主要问题和加固方法,对类似工程加固设计有借鉴意义. 【期刊名称】《广东水利水电》 【年(卷),期】2010(000)004 【总页数】3页(P52-53,69) 【关键词】病险水库;加固;方法 【作 者】陈仲策

【作者单位】广东省水利水电技术中心,广东,广州,510635 【正文语种】中 文 【中图分类】TV697.3 引言

2003年以来,广东省对近 200宗大中型病险水库进行了除险加固,其中 120多宗已加固完成,余下的 70多宗拟在 2011年汛前完成除险加固。本文对水库除险加固中所采取的主要加固措施做简要的小结,可供类似工程加固设计参考。 1 水库主要建筑物存在的问题

广东省的水库基本建成于 20世纪 50～70年代,挡水大坝超过 90%为土坝,坝高在 15～50m之间,少量为浆砌石重力坝或拱坝。土坝存在的主要安全问题是:①坝顶

高程不足,坝顶宽度没有满足规范要求,部分坝坡偏陡、抗滑稳定安全系数不满足规范要求;②坝体填筑土料不均匀,局部坝体夹有砂层,采用水中抛土填筑的土坝则存在分层现象,土坝普遍存在坝体压实性差、干容重偏小、渗透系数偏大、坝后坡出现散浸、牛皮胀等现象;③迎水坡干砌石或浆砌石护坡沉陷、破损;④下游坝脚没有排水体,或排水体淤堵严重;⑤下游坝脚有鱼塘或低洼地;⑥坝基渗漏,建基面和岸坡清理不彻底、存在接触渗漏。浆砌石坝存在主要问题是坝体渗漏,砌筑砂浆被渗漏水离析带走,坝基和坝肩绕坝渗漏。

水库泄洪建筑物绝大部分为开敞式溢洪道,少量为泄水隧洞或涵管。溢洪道存在的主要问题是:①泄流能力不足;②闸室控制段不均匀沉降,边墙倾斜,结构出现裂缝;③陡坡段边墙倾斜、开裂,底板破损、有裂缝;④消力池深度、长度不足,局部冲刷损毁;⑤闸室控制段基底渗漏;⑥下游排洪通道淤堵。

输水建筑物大部分为坝肩或坝下涵管,少量为隧洞。输水涵管存在的主要问题是:①涵管内径偏小,过流能力不足;②管身结构强度不够,局部开裂、破损;③涵管外周存在接触渗漏;④进水口闸室破损、开裂。 2 水库主要建筑物的加固措施 2.1 挡水建筑物加固

对坝顶高程和宽度不足的土坝,考虑到施工的方便,绝大部分是培厚背水坡,培厚部分的顶部水平宽度不宜小于 2.0m,培厚土料的渗透系数应略大于原坝体,少数土坝长度较短,坝体疏松、渗透系数大于 1×10-4 cm/s,则采用渗透系数不大于1×10-5 cm/s的粘性土料培厚上游坡,底端设防渗防渗齿槽,形成防渗斜墙。对于坝顶高程不足且欠高小于 1.2m的土坝,主要是在坝顶设高度为 1.0～1.2m钢筋混凝土防浪墙,但对于沿海地区的土坝,虽然坝顶高程已经满足要求,但考虑到台风频繁的特点,为保障台风期间管理人员上坝顶巡查的安全,一般也设置防浪墙。坝顶采用 25～30cm厚的泥结石或6～8cm厚的沥青混凝土等柔性结构路面以便于发现坝顶塌坑、

裂缝等安全隐患,不适合采用刚性混凝土路面。

对于土坝的渗流控制,并不需要做到滴水不漏,实际上也不可能做到,只要满足 2条原则就可以了:一是坝体、坝基渗流稳定是安全的;二是渗漏水量不影响水库的正常使用功能。因此根据广东地区的地质特点,结合多年来土坝防渗加固的经验和成果,对于坝体疏松、渗透系数偏大的土坝,绝大部分采用坝体劈裂灌浆进行防渗,一般做法是河床坝段沿坝顶单排布孔,孔距为3.0～5.0m,孔底进入坝基残积土层2.0～3.0m,对于高度低于8.0m的两侧坝肩,由于注浆压力上不去,难以劈裂,不易形成连续的泥墙,因此采用充填灌浆,沿坝顶梅花状布 2～3排孔,孔距为1.0～2.0m。虽然也有设计单位提出用充填灌浆代替劈裂灌浆防渗,其实充填灌浆并不是土坝的防渗措施,它主要用于填充坝体局部裂隙和洞穴;劈裂灌浆的注浆压力高,它有个先充填后劈裂的过程,其防渗效果要好于充填灌浆。2种灌浆的设计参数都要通过现场试验才能最终确定。有 10多座水库土坝坝体含砂量较高,渗透系数在10-3 cm/s量级,采用坝体中部设塑性混凝土防渗墙方案,墙体厚为60～80cm。考虑到土工膜防渗在国内尚处于初始阶段,没有形成成熟的设计施工技术体系,根据国内一些研究资料,迎水坡土工膜防渗可能会出现水库水位骤降坝体孔隙水难以及时排出致土坝迎水坡滑动、上游护坡滑动等问题,因此在广东省近年加固的 200多宗大中型病险水库中,仅有 1座水库土坝采用土工膜防渗且土坝的高度小于 30.0m。背水坡出现散浸、牛皮胀的位置,需设深约2.0m的“Y”形反滤排水沟,将坝体渗水顺畅引向下游。对土坝下游坝脚排水棱体进行检查翻修,加大排水棱体横断面,在棱体顶面与坝坡接触位置设排水沟,防止雨水冲刷坝坡土料堵塞排水棱体,对于高度较小、坝底高程接近正常蓄水位的土坝,下游坝脚采用贴坡式干砌石排水体。下游坝脚在 100.0m范围内的鱼塘和低洼地要进行回填,回填料采用透水性略大于下卧土层的砂性土料。 土坝迎水坡护坡的加固型式主要根据现状护坡情况和广东省的特点进行选择,现状护坡一般为浆砌石或干砌石,存在风化破损、塌坑、凹凸不平等问题,若现有砌石护

坡完整性较好,则对现有砌石进行翻修整平、灌砂充填密实,在其上增设 10～15cm厚的现浇混凝土护坡,若现有砌石护坡损毁严重,一般拆除抛填于迎水坡脚作为反压平台,新浇筑15～20cm厚混凝土护坡,护坡的设计厚度需根据风浪计算确定。土坝背水坡均采用草皮护坡。

坝基存在中等至强透水砂层土坝,采用高压摆喷或旋喷连续墙进行坝基防渗,摆喷灌浆的孔距为 1.5～2.0m,旋喷桩的直径一般为 0.6～1.0m,套孔为 20～30cm,孔底进入相对隔水层深为 3.0m。对于中等至强透水的岩石坝基,则采用帷幕灌浆进行坝基防渗,孔距为1.5～3.0m。

广东省约有 10多座为浆砌石坝的中型水库要进行除险加固,存在的主要问题是坝体和坝基渗漏,所采用的加固方案基本是在迎水坡重新浇筑 0.6～1.0m厚的钢筋混凝土防渗面板,在面板底部对坝基进行帷幕灌浆,帷幕灌浆延伸至两岸 10～30m,防渗面板设计的关键是锚筋布置和分缝止水。 2.2 泄洪建筑物加固

广东省大中型水库的洪建筑物绝大部分为开敞式溢洪道,针对闸室控制段沉降、开裂、破损等问题,采取的加固措施主要是拆除旧闸室,新建闸室控制段,一般采用开敞式,除非下游有控制泄流量的要求,通常不设胸墙,以增加溢洪道的超泄能力,结构型式采用闸墩分缝整体式结构,溢流堰基本采用宽顶堰,闸顶设交通桥。闸室两侧设 1～3道刺墙,闸室基底存在砂层等透水地基时,采用混凝土地下连续墙或高喷灌浆连续墙。工作闸门基本采用平面钢闸门,启闭机选用卷扬机。泄洪建筑物启闭设备要配置柴油发电机等备用电源,以确保万无一失。

溢洪道泄槽段一般存在开裂、破损等问题,采取的加固措施是在底板及边墙增设 20～30cm厚的钢筋混凝土护面,需要设置足够数量的锚筋,泄槽段的排水系统需要检查、翻修和更新。

消力池的加固措施是对池长度不够的接长消力池,原消力池结构开裂、冲毁等,一般

拆除重建,若损毁不严重则增设钢筋混凝土护面,修补海漫段,增设抛石防冲槽,若为挑流消能,一般在挑流鼻坎末端、冲刷坑上游边沿增设 1道钢筋混凝土挡墙,以防止冲刷坑向上游扩展影响鼻坎稳定,鼻坎两侧设一定长度的锁墙,以避免冲刷坑回流淘刷两侧土体。 2.3 输水建筑物加固

广东省大中型水库的输水建筑物主要为岸坡或坝下埋管,对原涵管过水能力不满足要求的,采取的处理措施主要有 2种:一是原涵管埋设深度不大(如小于15m),采取挖除旧涵管,在原址重建新涵管,这样做的优点是避免了封堵旧涵管时易留下安全隐患;二是原涵管埋设深度较大,采取在岸坡新建涵管,根据新管线的地质条件选择顶管施工或隧洞开挖施工,对旧涵管进行封堵,通常在进口设不短于 15m的现浇混凝土堵头,若管径较大可进人施工,则管身段先填石块或混凝土预制块,然后回填灌浆,若无法进人则直接进行回填灌浆,同时涵管外周要布设 2～3排孔进行充填灌浆。 原涵管过流能力满足要求,但管身结构强度不足、接缝渗漏的,通常进行内套钢管加固,钢管壁厚为 10～15mm,选用厚度根据受力计算和运行要求确定,钢管与原涵管之间进行回填灌浆,原涵管外周进行充填灌浆。涵管进口段一般重建钢筋混凝土框架式进水塔,闸门采用平面钢闸门,启闭设备根据启闭力要求选用卷扬机或手电两用螺杆式启闭机。 3 结语

病险水库存在的安全问题各不相同,加固的方法多种多样,上述总结的是广东省近年所采用的一些主要方法,在已加固完成投入运行的水库中,效果显著,但每宗水库都有其自身的特点,需根据水库存在的问题、地质地形条件、运行要求等,参照已有的工程经验确定加固措施。 参考文献:

【相关文献】

[1] 牛运光.土坝安全与加固[M].北京:中国水利水电出版社,1998.