水库均质土坝除险加固防渗设计研究

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1、水库均质土坝除险加固防渗设计研究  摘要:渗漏是水库均质土坝常见的质量问题,若不进行合理的除险加固处理,则会威胁到水库大坝的质量安全。为此,本文结合工程应用实例,介绍了水利工程渗漏问题的现状,重点探讨了水库主坝防渗加固设计工作,并阐述了主坝加固后渗流分析计算过程,以供参考。关键词:水库土坝;渗漏问题;除险加固;防渗设计中图分类号:P343.3文献标识码:A文章编号:我国大多数水库大坝都是以均质土坝为主,这种坝型具有筑坝材料简单、地质条件要求低和抗震性能好等优点,在城乡水利基础设施中有所应用及推广。但是,许多均质土坝容易受到使用年限长、地质条件、人为活动和环境破坏等因素的影响,普遍存在土质混杂、

2、坝基清基不彻底、填筑压实度差等问题,导致均质土坝出现裂缝和渗漏等质量通病,若不进行合理的处理,就会影响到水库正常功能的发挥,甚至造成严重的损失。因此,水库管理人员必须重视均质土坝的除险加固防渗设计工作,制定出符合水库项目实际需要的设计方案,以确保水库的质量安全。1工程概况8某水库是一座以灌溉、供水、养殖、防洪等综合利用的小(一)型水库。水库主坝为均质土坝,坝顶长420m,坝顶宽7.0m。于1959年8月建成运行,几十年来一直带病运行,工程安全隐患严重。虽经过多次加固,仍存在安全隐患。均质土坝坝体填土压实度和渗透系数不满足规范要求,坝基岩土渗透系数不满足要求;土样试验结果表明,坝体填土压实度为8

3、8%,现场注水试验平均k值为3.68~6.01×10-4cm/s,具中等透水性;坝基强风化层渗透系数大值平均值为3.08×10-3cm/s,属中等透水性;当库水位392.0m时坝脚量水堰处渗流量达25~28L/s,大坝渗漏严重,渗流性态不安全。评定水库大坝安全类别为三类坝。2主坝防渗加固设计2.1防渗方案比较(见表1)表1主坝防渗加固方案比较表从表1可看出,方案一工程直接费投资比方案二省约28.6%。塑性混凝土防渗墙方案的最突出优点是技术安全可靠性高,防渗效果更彻底,投资较省,考虑到本工程主坝坝体填筑质量较差,渗透系数较大,下游坝坡长期存在湿润带,混凝土防渗墙方案可较为彻底解决主坝渗漏问题。其

4、缺点是施工速度较慢,施工周期较长。8高压旋喷灌浆方案的主要优点是施工速度较快。缺点是投资较大,施工质量不易控制,目前尚无较好的检查旋喷墙体下部是否连续的方法,而且无论防渗可靠性抑或使用年限均不如混凝土防渗墙。综上所述,本阶段推荐方案一,即“坝体塑性混凝土防渗墙+坝基帷幕灌浆”方案。具体布置见图1。图1典型剖面坝体塑性混凝土防渗墙+坝基帷幕灌浆布置图2.2塑性混凝土防渗墙设计塑性混凝土是指水泥用量较少,膨润土和(或)粘土掺量较大,三轴弹模不大于1000MPa的特殊混凝土。一般坍落度为18~22cm,扩散度为34~40cm,强度为2MPa左右。塑性混凝土具有抗渗性能好,变形模量低,极限应变值大,适

5、应变形能力强等特点。根据SL274-2001《碾压式土石坝设计规范》的要求,防渗墙深入基岩0.5~1.0m,坝基岩层风化较强部位根据实际情况可适当加深。2.2.1防渗墙厚度计算防渗墙厚度按常规经验公式计算:式中d——防渗墙厚度,m;h——墙体最大作用水头;[J]——墙体允许渗透比降,考虑施工和混凝土老化等因素取[J]=60~80。8经计算,混凝土防渗墙墙体最大作用水头约为64.5m,取[J]=60~80,墙厚计算值为0.806~1.08m,考虑到本坝较长,坝高变化较大,为此取河床坝段墙厚0.8m(坝高超过30m时),其余墙厚0.6m(坝高在30m以下时)。2.2.2防渗墙的使用年限分析土石坝混

6、凝土防渗墙承受的渗透比降较大,其使用的耐久性主要受渗流溶蚀作用控制。混凝土防渗墙使用年限可按下面经验公式计算:式中L——渗径,即墙厚,m。L=0.6~0.8m;J——通过墙的渗流水力坡降;k——墙的渗透系数,m/a;k=0.0315m/a(1.0×10-7cm/s);c——混凝土单位水泥用量,kg/m3。取c=242kg/m3;a——使混凝土强度降低50%时渗过混凝土的水体积,以每kg水泥为单位,m3/kg。一般情况a=1.5~1.8,取a=1.6。通过计算,校核工况防渗墙的渗流水力坡降为J=34.586,混凝土防渗墙使用年限T=213~284年。根据GB50199-94《水利水电工程结构可靠

7、度设计统一标准》,3级壅水建筑物结构的设计基准期应采用50年,可见大坝采用0.6~0.8m厚的混凝土防渗墙能满足50年设计基准期的要求。塑性混凝土配合比设计本次设计采用塑性混凝土作为墙体材料。塑性混凝土防渗墙的设计指标为:弹性模量600~900MPa,28d抗压强度大于或等于2.3MPa,渗透系数小于(1~9)×10-8cm/s。82.2.3塑性混凝土施工大坝坝体采用0.6~0.8cm厚塑性混凝土

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