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L水库大坝除险加固设计目录TOC\o"1-2"\h\z\u1L水库工程概况 21.1基本情况 21.2水文资料 21.3工程地质与工程质量 31.4工程除险加固必要性 61.5工程规模和任务 62L水库除险加固复核 72.1坝顶高程复核 72.2渗流及渗渗透稳定复核 103.3坝坡稳定性复核计算 164L大坝除险加固设计 214.1防渗加固设计 214.3白蚁防治【白龟山水库大坝白蚁防治对策及初步成效】 27

1L水库工程概况1.1基本情况L水库座落于汉江水系,坝址以上控制流域面积16.8km2,多年平均径流量1487.4m3,水库总库容1173万m3,设计灌溉面积1.735万亩,是一座以灌溉为主,兼顾防洪、养殖等综合利用的中型水利枢纽工程。水库于1958年动工兴建,于1959年3月建成受益,原为小型水库,后经1970年、1973年二次扩建成现状规模。投入运行后已为当地工农业生产发挥了一定的经济效益和社会效益,但因历史原因和投资限制,工程质量较差,运行中暴露出不少影响水库安全的严重隐患。虽经加固处理,至今仍不能正常运行,多年来水库一直控制运行,成为该省的重点病险中型水库之一。1.2水文资料1.2.1流域概况1.2.1.1自然地理L水库座落于汉江水系,坝址以上控制流域面为16.8km2,多年平均径流量1487.4m3,水库的总库容1173万m3,设计灌溉面积1.735万亩,是一座以灌溉为主,兼顾防洪、养殖等综合利用的中型水利枢纽工程。1.2.1.2气象水文本流域属亚热带季风气候区,四季分明。冬季盛行西北风,干冷;夏季盛行东南或西南风,温而暖。春、秋季较短,夏、冬季略长。多年平均气温17.2℃,多年平均最大风速12.0m/s,流域内多年平均降雨量为1550.5mm,最大降雨量为2058.1mm,最小降雨量为1002.8mm,降雨量年季变化较大,年内分配也不均匀。1.2.2设计洪水1.2.2.1设计洪水标准及原则L水库为中型水利工程,大坝为土坝,按规范规定,其设计洪水标准为五十年一遇(P=2%),校核洪水标准为千年一遇(P=0.1%)表1.1洪水标准建筑物名称洪水标准大坝、溢洪道、输水涵管溢洪道消能防冲施工导流建筑物设计洪水标准50年一遇(P=2%)30年一遇(P=3.33%)5年一遇(P=20%)校核洪水标准1000年一遇(P=0.1%)//风速和风区长度:表1.2风速、风区长度坝名项目主坝洪水频率p(%)0.12水库静水位(m)161160.2风区长度(km)11计算风速(m/s)12.016.01.2.2.3设计洪水坝址流域特征值:流域面积F=16.8km2,主河长度L=4.6km,坡降J=0.046。表1.3水位情况表正常蓄水位159.4m相应库容987.5万m3设计洪水位160.2m相应库容1069.3万m3校核洪水位161m相应库容1117万m3死水位139m相应库容81.5万m31.3工程地质与工程质量1.3.1区域地质概况枢纽区地貌为构造剥蚀,侵蚀中低山岩溶地貌。坝址左岸山顶高程280m左右,山体坡度较缓,坡角20°~30°;右岸山势较平缓。大坝下游地形较窄,地势较高。枢纽区出露的地层主要有第四系覆盖层和二迭系地层,从区域地质图上可以看出,在测区内无较大断裂。根据国家建设部2015年颁布的《中国地震动参数区划图》,本区设计地震基本加速度值小于0.05g,该区域稳定。区内水文地质条件较为复杂,区内岩层的透水性因受岩性、构造、岩溶发育程度的制约,表现了极大的不均一性,可溶岩地层由于岩溶的不均一性又导致了透水的不均一。L水库库区由于地形岩性、构造上的不均一,构成了岩溶洼地成库的诸多有利条件;但由于岩溶强烈发育,溶蚀管道的网络化和系统化,又导致水库严重漏水的不利因素。水库库周多为20~25°左右的缓坡,表层为残坡积粘土覆盖层,土层较密实,下伏基岩为石灰岩及少量紫色页岩,粉砂岩,局部地段基岩裸露,库周稳定条件较好。大坝右岸地势较平缓,表层为残坡积粘土覆盖层,土层较密实,下伏基岩为石灰岩,不存在近坝库岸稳定问题。大坝左岸(溢洪道以上)山体坡角为30~35°,局部坡角达50°,表层为残坡积粘土覆盖层,土层稍密实,下伏基岩为薄层灰岩夹页岩,倾向为顺坡向,倾角30°,与山体地形坡度基本一致,不利于左岸山体稳定。目前在大坝左岸溢洪道山坡存在一面积较大的滑坡体,大坝右岸存在库岸稳定问题。库区内植被条件较好,局部地表冲刷较剧,总体来看水库固体迳流较少,水库淤积问题不大。枢纽区出露的地层主要有第四系覆盖层,二迭系地层。第四系覆盖层包括残坡积粘土、洞穴堆积物。二迭系包括二叠长兴阶和二叠系龙潭阶。覆盖层在整个坝址范围内广泛分布,岩性为红黄色粘土,局部夹灰岩碎块、碎屑等,土层结构较密实,粘结性中等至较好,呈可塑~硬塑状态。该层分布较广泛,厚度0-14m左右。表1.3物理力学指标平均值指标平均值指标平均值天然含水率(%)24.72塑限(%)26.9湿密度(g/cm3)1.9塑性指数(%)22.0干密度(g/cm3)1.52压缩模量(Mpa)9.26比重2.71压缩系数(Mpa-1)0.23孔隙比0.75凝聚力(Kpa)22饱和度(%)89.26内摩擦角(度)23.8液限(%)48.9渗透系数(cm/s)3.56×1.3.2坝体概况L水库大坝为均质土坝,坝顶高程165.40m,坝顶长145.5m,顶宽6.0m,最大坝高35.4m(本次勘探最大坝高为32.00m),上游坝坡分别在142.2,152.0,155.0m处设置三级马道,各级马道宽度分别为2.5m、4.0m和4.0m。坝坡自坝顶依次为1:2.7,1:4.0,1:3.0,1:3.4。下游坝坡在158.6m处设置为一级马道,坝坡为1:2.1左右。大坝迎水坡及背水坡均为块石护坡。经钻孔取芯检查,坝体填土成份主要为残坡积粘土,黄红色及黄色,由灰岩风化残积形成,夹有少量碎石,碎石粒径一般为1~4cm,局部大于10cm。土层结构较松散,粘结性中,呈可塑状态,土料来源于大坝左右岸山坡及库周残坡积粘土层和风化层。大坝填土室内定名为多含砾低液限粘土。表1.4坝体填土物理力学指标实验结果统计表数值指标建议值天然含水量(%)27.7湿容重(g/cm3)1.75干容重(g/cm3)1.42比重2.71孔隙比0.88液限(%)43.1塑限(%)20.8塑性指数23.2压缩模量(Mpa)5.56压缩系数(Mpa-1)0.39凝聚力Kpa18内磨擦角(度)18.6贯入击数(击)8渗透系数(cm/s)5.34×表1.5防渗心墙土物理力学指标数值指标建议值天然含水量(%)29.48湿容重(g/cm3)1.82干容重(g/cm3)1.41比重2.72孔隙比0.86液限(%)54.2塑限(%)23.9塑性指数30.1压缩模量(Mpa)4.48压缩系数(Mpa-1)0.46凝聚力Kpa18内磨擦角(度)18.3渗透系数(cm/s)5.11×贯入击数(击)8在棱体部位挖一探坑检查棱体质量,据现场观察,在棱体内未见有反滤料,仅见块石及碎石,仅为一块石堆体。可见棱体质量较差,难以起到反滤作用。据现场检查大坝内外坡均为块石护坡,块石岩质为石灰岩,弱风化,仅局部为强风化,块石质量较好。但块石下无砂砾石垫层。1.4工程除险加固必要性坝体填土主要为残坡积粘土,土层结构很松散,含有少量风化碎石,室内检测压缩系数较大,碾压不密实且不均匀。坝体填土渗透系数较大,为中等透水层,不满足规范要求。冲抓钻套井心墙土质为较均匀的粘土,所建部分起到了一定作用,但心墙土的渗透系数仍偏大,不满足《碾压式土石坝设计规范》(SL274-2020)中4.6.1的第一条。所以本次设计不考虑冲抓钻套井心墙作用,由于心墙土质为较均匀的粘土按照均质土坝考虑。大坝反滤棱体施工质量差,无分级反滤料,难以起到反滤作用。大坝坝体内有多处白蚁分群孔。水库大坝存在的主要问题:①大坝坝顶防浪墙未设伸缩缝,出现多处裂缝;坝体有多处沉陷塌洞。②大坝坝体、坝基渗漏严重。③上游块石护坡底部无垫层、塌陷变形、零乱不堪。④下游坝坡为干砌块石护坡,凹凸不平,无坝面排水设施、底部无垫层。⑤大坝排水棱体,未设反滤料。渗水带出粘土,淤堵严重。⑦大坝除水位及雨量观测设施外,无其它任何观测设施。⑧坝体存在白蚁危害。综上所诉,根据“水库大坝安全鉴定办法”第六条大坝安全分类标准,L水库属三类坝。工程建设任务是通过对水库进行除险加固,使其正常发挥效益,安全运行。(三类坝:实际抗御洪水标准低于部颁水利枢纽工程除险加固近期非常运用洪水标准,或者工程存在较严重安全隐患,不能按设计正常运行的大坝。)1.5工程规模和任务1.5.1工程等级及建筑级别L水库为中型水利工程,大坝为土坝,正常蓄水位159.4m,水库总库容1173万m3,按照《防洪标准》(BG50201-2014)表11.3.1及《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2017)确定永久性主要建筑物为3级,永久性次要建筑物为4级。1.5.2设计洪水标准其设计洪水标准为五十年一遇(P=2%),校核洪水标准为千年一遇(P=0.1%)见表1.6表1.6枢纽建筑物洪水标准表建筑物名称洪水标准大坝、溢洪道、输水涵管溢洪道消能防冲施工导流建筑物设计洪水标准50年一遇(P=2%)30年一遇(P=3.33%)5年一遇(P=20%)校核洪水标准1000年一遇(P=0.1%)//2L水库除险加固复核2.1坝顶高程复核2.1.1基本资料L水库为中型水利工程,大坝为土坝,正常蓄水位159.4m,水库总库容1173万m3,按照《防洪标准》(BG50201-2014)表11.3.1及《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2017)确定永久性主要建筑物为3级,永久性次要建筑物为4级。2.1.1.1建筑物设计洪水标准其设计洪水标准为五十年一遇(P=2%),校核洪水标准为千年一遇(P=0.1%)见表2-1。表2-1枢纽建筑物洪水标准表建筑物名称洪水标准大坝、溢洪道、输水涵管溢洪道消能防冲施工导流建筑物设计洪水标准50年一遇(P=2%)30年一遇(P=3.33%)5年一遇(P=20%)校核洪水标准1000年一遇(P=0.1%)//2.1.1.2风速和风区长度该水库风速和风区长度数据均采用《L水库工程地质勘察报告》中所提供的数据,分为设计洪水位和校核洪水位两种情况对坝顶高程进行复核,具体数据见表2-2。表2-2风速和风区长度情况坝名项目主坝洪水频率p(%)0.12水库静水位(m)161160.2风区长度(km)11计算风速(m/s)12.016.02.1.1.3地震烈度根据国家建设部2015年颁布的《中国地震动参数区划图》(GB18306-2015),本区设计地震基本加速度值小于0.05g,区域稳定。可以不进行抗震计算。2.1.2坝顶超高计算2.1.2.1计算公式选择坝顶超高公式选取为:y=R+e+A(3-1)式中:y为坝顶超高,m;R为最大波浪在坝坡上的爬高,m;e为中最大风浪壅水面高度,m;A为安全加高,本工程属于=3\*ROMANIII等工程根据《碾压式土石坝设计规范》(SL274-2020)表5.3.1得安全加高,设计情况A=0.7m,校核情况A=0.4m(山区、丘陵)。2.1.2.2风浪要素计算根据工程基本资料判断该地区属于山区所以选择莆田公式对波浪平均和浪高和平均周期进行计算:ghmW2=0.3tanh[0.7(Tm=4.438ℎm0.5Lm=gTm式中:g为重力加速度,g=9.81s/m2ℎw为计算风速,m/s;Tm为平均波周期HLD为风区长度,m;H为坝迎水面前水深,m。2.1.2.3波浪爬高计算波浪爬高按下式计算:Rm=K∆K式中:RmK∆为斜坡的糙率渗透系数,根据护面类型确定,均质土坝的迎水坡及背坡均为石护坡,取0.75Kw为经验系数,由风速W坝前水深H和重力加速度确定(计算WgH小于1),查《碾压式土石坝设计规范》(SL274-2020)表A.1.12-2取1。m为单坡的坡度系数,m=cotα,α为斜坡的坡角,此处m取1.43。hm为平均波高;Lm为平均波长,m2.1.2.3风壅水面高度计算计算公式为;e=KfW2D式中:e为计算点处的风壅水面高度,m;Kf为综合摩阻系数,Kfβ为计算风向与坝轴线法的夹角,季盛行西北风,夏季盛行东南或西南风。此处取β=0°;w计算风速,m/s;D为风区长度,km。2.1.2.4坝顶超高计算计算公式各参数取值依据规范规定已给出,最终两种洪水位计算各项指标如下表2-3。表2-3坝顶高程计算成果表坝名项目主坝洪水频率p(%)0.12水库静水位(m)161160.2风区长度(km)11计算风速(m/s)12.016.0波浪爬高R(m)0.00060.0016风壅水高e(m)8.52×10-71.56×10-6安全加高(m)0.40.7坝顶设计高程(m)161.40160.90实际坝顶高程(m)162.00高程等于水库静水位与坝顶超高之和,按以下运用条件计算取最大值:设计洪水位加正常运用条件的坝顶超高;核洪水位加非常运用条件的坝顶超高;由上表可以得出取坝高为161.40m。L水库大坝实际坝顶高程为162.40m,由此可知大坝高程满足要求。2.2渗流及渗渗透稳定复核2.2.1土石坝渗流原因L水库大坝坝体填土主要为残坡积粘土,土层结构松散,夹有少量风化碎石,室内压缩系数较大,碾压不密实且不均匀。颗粒间存在大量孔洞,在水库蓄水后,在水压力作用下水流就会沿着坝身内部、坝基土体、两岸地基中的空隙向下游渗漏,渗漏严重将会带走越来越多的小颗粒土体,导致渗漏不断变大,水质变得混浊,最后坝体或坝基产生了管涌、流土或接触冲刷等渗透破坏,这种影响水库蓄水兴利的渗流则为异常渗流。若在大坝任何部位的土体都不会产生渗透破坏,则为正常的渗流,在规范许可范围内,表现为稳定的渗流状态,一般不会对大坝安全造成较大影响。其渗流量一般较小,水质清澈透明,不含大量土体颗粒。土石坝渗漏按渗漏部位分,可以分成以下几个类型:一是坝体渗漏:(1)浸润线从坝坡逸出;(2)下游坝面出现集中渗漏;(3)防渗的渗漏;(4)坝体裂缝渗漏;二是坝后地面渗漏:土石坝坡、坝后地面出现砂沸、泉涌、管涌或沼泽化的渗漏现象,其成因与地层的构造以及未能采取有效控制措施有关。2.2.2渗流计算任务土石坝通过控制坝身和地基的渗流,防止土体因受渗流作用而发生危险的冲蚀、滑坡等破坏,以及因渗漏损失过大而使工程效益降低,给周围环境造成影响且不可逆。渗流计算的任务就在于求的渗流场内的渗流量、水头、压力、坡降等水力要素,以供在土石坝设计以及在以后的运行管理中,进行渗透稳定分析,选择合理的防渗、排渗设计方案或加固补强方案,有效地控制渗流。2.2.3基本资料2.2.3.1坝身尺寸说明由于L水库大坝为均质土坝,坝顶高程165.40m,坝顶长145.5m,顶宽6.0m,最大坝高35.4m(本次勘探最大坝高为32.00m),上游坝坡分别在142.2,152.0,155.0m处设置为三级马道,各级马道宽度分别为2.5m、4.0m和4.0m。坝坡自坝顶依次为1:2.7,1:4.0,1:3.0,1:3.4。下游坝坡在158.6m处设置为一级马道,坝坡为1:2.1左右。大坝迎水坡及背水坡均为块石护坡。坝体的断面如图3-1图2-1坝体横断面示意图2.2.3.2工程现状质量检查与评价(1)坝基工程地质覆盖层在整个坝址范围内广泛分布,岩性为红黄色粘土,局部夹灰岩碎块、碎屑等,土层结构较密实,粘结性中等至较好,呈可塑~硬塑状态。该层分布较广泛,厚度0-14m左右。覆盖层的物理力学指标平均值见下表4-4表2-4物理力学指标平均值指标平均值指标平均值天然含水率(%)24.72塑限(%)26.9湿密度(g/cm3)1.9塑性指数(%)22.0干密度(g/cm3)1.52压缩模量(Mpa)9.26比重2.71压缩系数(Mpa-1)0.23孔隙比0.75凝聚力(Kpa)22饱和度(%)89.26内摩擦角(度)23.8液限(%)48.9渗透系数(cm/s)3.56×按《碾压式土石坝设计规范》(SL274-2020)中的公式计算求取安全比降,公式(4-1)。Jn−x>(Gs−1)(1−n1式中:Jn−xGsn1Kt为安全系数,取1.5~2.0,本次取1.8计算得到渗透比降大于0.54。(2)坝体填土质量经钻孔取芯检查,坝体填土成份主要为残坡积粘土,黄红色及黄色,由灰岩风化残积形成,夹有少量碎石,碎石粒径一般为1~4cm,局部大于10cm。土层结构较松散,粘结性中,呈可塑状态,土料来源于大坝左右岸山坡及库周残坡积粘土层和风化层。大坝填土室内定名为多含砾低液限粘土。根据所给内容得到得物理力学指标实验结果统计表,其统计结果见表3-5表2-5坝体填土物理力学指标实验结果统计表数值指标建议值天然含水量(%)27.7湿容重(g/cm3)1.75干容重(g/cm3)1.42比重2.71孔隙比0.88液限(%)43.1塑限(%)20.8塑性指数23.2压缩模量(Mpa)5.56压缩系数(Mpa-1)0.39凝聚力Kpa18内磨擦角(度)18.6贯入击数(击)8渗透系数(cm/s)5.34×按《碾压式土石坝设计规范》(SL274-2020)中的公式计算求取安全比降,公式(4-2)。Jn−x>(Gs−1)(1−式中:Jn−xGsn1Kt为安全系数,取1.5~2.0,本次取1.6计算得到渗透比降大于0.57。(3)防渗心墙质量防渗心墙物理学指标,已由工程资料给出,其结果见表2-6表2-6防渗心墙土物理力学指标数值指标建议值天然含水量(%)29.48湿容重(g/cm3)1.82干容重(g/cm3)1.41比重2.72孔隙比0.86液限(%)54.2塑限(%)23.9塑性指数30.1压缩模量(Mpa)4.48压缩系数(Mpa-1)0.46凝聚力Kpa18内磨擦角(度)18.3渗透系数(cm/s)5.11×贯入击数(击)8(4)反滤棱体质量检查在棱体部位挖一探坑检查棱体质量,据现场观察,在棱体内未见有反滤料,仅见块石及碎石,仅为一块石堆体。可见棱体质量较差,难以起到反滤作用。据现场检查大坝内外坡均为块石护坡,块石岩质为石灰岩,弱风化,仅局部为强风化,块石质量较好。但块石下无砂砾石垫层。综上可知坝体质量评价为:1)坝体填土主要为残坡积粘土,土层结构松散,夹有少量风化碎石,室内压缩系数较大,碾压不密实且不均匀。2)坝体填土渗透系数较大,为中等透水层。3)冲抓钻套井心墙土质为较均匀的粘土,所建部分起到了一定作用。但心墙土的渗透系数仍偏大。4)大坝反滤棱体施工质量差,无分级反滤料,难以起到反滤作用。4.2.3.3大坝渗透分区及渗透指标的确定坝体填土成份主要为残坡积粘土,黄红色及黄色,由灰岩风化残积形成,夹有少量碎石,碎石粒径一般为1~4cm,局部大于10cm。土层结构较松散,粘结性中,呈可塑状态,土料来源于大坝左右岸山坡及库周残坡积粘土层和风化层。大坝填土室内定名为多含砾低液限粘土。坝体填土渗透系数较大,为中等透水层。覆盖层在整个坝址范围内广泛分布,岩性为红黄色粘土,局部夹灰岩碎块、碎屑等,土层结构较密实,粘结性中等至较好,呈可塑~硬塑状态。该层分布较广泛,厚度0-14m左右。在棱体部位挖一探坑检查棱体质量,据现场观察,在棱体内未见有反滤料,仅见块石及碎石,仅为一块石堆体。可见棱体质量较差,难以起到反滤作用。,基本失效。3.2.4计算过程渗流及渗透稳定计算采用GeoStudio软件实现,计算中分两种工况复核计算:校核洪水位和设计洪水位。具体步骤:(1)先新建GEO-Studdio件,命名、选择SEEP模块、设置页面尺寸及比例等;(2)建立尺寸模型(建立区域模块、材料定义及绘制、边界条件定义及绘制);(3)坐标轴及水位等绘制,流量截面绘制及定义;(4)分析计算;(5)结果提取见下。下图为上游校核水位(161m)下游无水,坝体浸润线及下游溢出点位置坝体及坝基流网图:图3-2校核水位时流网图浸润线为图中蓝色虚线,下游溢出点高程130米,单宽流量q为8.69×10-7米3/秒坝体与坝基表面渗透比降可由“各点渗流比降曲线计算曲线图”中查得。从输出结果的可以看出校核水位下的地基最大(0.45)比降小于0.57,坝坡比降最大(0.77)大于0.54,不满足设计要求。下图为上游设计水位(160.2m),下游无水。坝体浸润线及下由溢出点位置,坝体及坝基流网图:图3-3设计水位时流网图浸润线为图中蓝色虚线,下游溢出点高程130米,单宽流量q为9.47×10-7米3/秒坝体与坝基表面渗透比降可由“各点渗流比降曲线计算曲线图”中查得。从输出结果的可以看出设计水位下的地基最大(0.44)比降小于0.57,坝坡比降最大(0.75)大于0.54,不符合设计要求。

3.3坝坡稳定性复核计算3.3.1计算方法选取根据《碾压式土石坝设计规范》(SL274-2020)第8.3.12、8.3.14条坝坡抗滑稳定计算刚体极限平衡法。计算方法可采用计及条块间作用力的简化毕肖普法(SimplifiedBishop)、摩根斯顿一普赖斯(Morgenstern-Price)等方法。稳定计算方法按附录D的规定执行。对于均质坝可采用复核按照简化毕肖普法(SimplifiedBishop)计算。图3-4简化毕肖普法圆弧滑动条分法示意图3.3.2坝坡稳定判断依据根据《碾压式土石坝设计规范》(SL274-2020)第8.3.15条采用计及条块作用力方法时,坝坡抗滑稳定安全系数不应小于表3-7规定数值。运用条件坝的级别1级2级3级4级正常运行条件1.501.351.301.25非正常运行条件=1\*ROMANI1.301.251.201.15非正常运行条件=2\*ROMANII1.201.151.151.10表3-7坝坡抗滑稳定安全系数该土坝的级别为3级,正常运行条件下安全系数大于1.3,非正常运行条件=1\*ROMANI下取1.2,非正常运行条件=2\*ROMANII为地震情况下,本次不考虑。3.3.3计算过程抗滑稳定计计算采用GeoStudio软件实现,校核两种工况下,上、下游坝坡稳定:(1)设计洪水位或正常蓄水位至死水位,下游相应水位,属于正常水位;(2)校核洪水位,下游相应水位,属于非正常运用条件=1\*ROMANI;(3)校核洪水位至库空,下游相应水位,属于非正常运用条件=1\*ROMANI。具体步骤:(1)在渗流复核计算的SEEP模块上建立瞬态模型、设置时间步;(2)选取毕肖普法模型、设置区域土料各数值、边界条件;(3)分析计算;(4)结果提取。3.3.4具体参数选择3.3.2.1断面选择根据所给资料断面图如下图3-5,该断面满足抗滑稳定分析安全要求,则认为整个坝体均满足安全要求。图3-5大坝断面示意图3.3.2.2断面各区域土料物理力学指标表3-7大坝各区土料物理力学指标部位内摩擦角凝聚力重度饱和重度(°)(kPa)(kN/m3)(kN/m3)坝体填土18.61817.218.5坝基23.82218.619.23.3.2.3浸润线浸润线采用渗流计算时所得的坝体浸润线的近似折线。4.3.2.4计算工况渗流期:上游设计洪水位(160.2m),下游相应水位(无水),运行条件属于正常水位;下游坝坡稳定情况:图3-6上游水位160.2米,大坝下游坝坡最不稳定示意图计算最小安全系数为1.66>1.30,符合规范安全要求。上游校核洪水位(161m),下游相应水位,运行条件属于非正常运用条件=1\*ROMANI;下游坝坡稳定情况:图3-7上游水位161米,下游无水。大坝下游坝坡最不稳定示意图计算最小安全系数为1.57>1.30,符合规范安全要求。水位变动期:(1)校核洪水位至库空,下游相应水位,运行条件属于非正常运用条件=1\*ROMANI。本次计算为校核洪水位至库空五天线性泄水,上游坝坡:图3-8校核水位至库空-大坝上游坝坡最不稳定示意图计算最小安全系数为1.75>1.30,符合规范安全要求。(2)校核水位至死水位,下游相应水位,运行条件属于非正常运用条件=1\*ROMANI。本次计算为校核洪水位至死水位五天线性泄水,上游坝坡:图3-9校核水位至死水位。大坝下游坝坡最不稳定示意图计算最小安全系数为1.61>1.30,符合规范安全要求。3.3.2.5结论由计算结果可以看出此次复核计算所选的工况安全系数均大于规范中所规定的最小安全系数,所以可知L水库大坝坝坡稳定满足要求。4L大坝除险加固设计在大坝复核计算的基础上,对坝体上游块石护坡翻修、坝基防渗处理、大坝白蚁防治等方面进行除险加固设计。4.1防渗加固设计4.1.1处理方法介绍混凝土防渗墙技术是利用专门的造槽机械营造槽孔,并在槽孔内注满泥浆,以防孔壁坍塌,最后用导管在注满泥浆的槽孔内浇注混凝土并置换出泥浆,筑成墙体。此处理方法属于垂直防渗措施,其优点可以适应各种不同资料的坝体和复杂的地基水文和工程地质条件。如处理坝体、坝基整体防渗,可从坝顶建造防渗墙直达基岩,墙的两端与岸坡防渗设施或岸边基岩相连接,墙的底部可嵌入新鲜岩层或弱风化基岩内一定深度。如处理坝基防渗,其防渗墙上部应与坝体的防渗体相连接,并达到一定的深度。在处理中只要严格控制质量,就可以达到彻底截断渗透水流的目的。这是病险水库防渗加固常用的一项措施。塑性混凝土防渗墙的产生为使防渗墙具有更好的变形性能,采用塑性混凝土防渗墙是一种有效途径。塑性混凝土原材料与普通混凝土原材料的最大差别是胶凝材料组成不同,塑性混凝土的胶凝材料除水泥外还有膨润土、粘土等。塑性混凝土的弹性模量可以通过改变材料的配合比进行调整。根据周围土层应力~应变曲线,选择最适宜的塑性混凝土配合比,从而有效降低防渗墙在荷载作用下的应力~应变关系,减少墙体裂缝,提高防渗墙的安全性。同时,由于墙体材料中水泥用量减少,有效的减少了工程投资。灌浆是通过打入被灌地层的套管,用高压将制备的浆液注射入砂卵石孔隙或基岩的裂隙和溶洞中,堵塞孔隙、裂隙或溶洞,降低原地层的透水性,截断强透水的渗流通道,以达到防渗之目的。这也是一种垂直防渗方法。帷幕灌浆设计内容:(1)确定从坝体与基岩接触面,向地基纵深方向的幕体延伸深度。(2)确定帷幕在坝基内的具体位置及幕体厚度,也就是确定灌浆扩散半径、孔距、排数和排距等参数。在确定帷幕纵深延伸深度时,应从防渗要求,施工区的工程地质和水文地质条件出发,通过渗流计算或软件模拟确定。在确定幕体厚度时,应考虑幕体所承受的水头及幕体容许的水力坡度,来达到幕体在设计水头作用下的渗流稳定。施工措施4.1.2大坝防渗处理高压喷射灌浆防渗技术,砼防渗墙技术、劈裂灌浆技术、充填灌浆技术、土工膜防渗技术和深层次水泥搅拌桩技术等。根据基本资料,现状坝体填土成份主要为残坡积粘土,黄红色及黄色,由灰岩风化残积形成,夹有少量碎石,碎石粒径一般为1~4cm,局部大于10cm。土层结构较松散,粘结性中,呈可塑状态,土料来源于大坝左右岸山坡及库周残坡积粘土层和风化层。大坝填土室内定名为多含砾低液限粘土。4.1.2方案的选择根据复核计算分析,本次加固设计对大坝坝、坝基进行以下方案比较:方案Ⅰ:高压摆喷灌浆防渗墙结合帷幕灌浆方案;方案Ⅱ:塑性混凝土防渗墙结合帷幕灌浆方案。方案Ⅰ:对坝体填土及坝基覆盖层防渗均采用二管高压摆喷灌浆防渗墙处理,处理范围为桩号0+000~0+210,全长210m,防渗板墙轴线离坝轴线上游2.0m,采取单排布置,孔距1.5m,造孔140孔,有效厚度0.11~0.25m。其墙顶高程161.0m(校核水位以上0.5m),墙底伸入覆盖层2m,其中伸入覆盖层部分采取旋喷,旋喷固结体作为坝基帷幕灌浆的压顶板。方案Ⅱ:混凝土防渗墙按槽段分序施工,槽段划分为=1\*GB3①、=2\*GB3②序槽段,每个槽段设主孔和副孔。槽段开挖长度5m间隔5m全长210m。施工时先施工=1\*GB3①序槽段,后施工=2\*GB3②序槽段;同一槽段先施工主孔,后施工副孔。造孔成槽过程中,采用泥浆循环出渣,砂石泵清孔换浆;清孔换浆结束后进行防渗墙混凝土浇筑。坝基帷幕灌浆在坝体塑性混凝土防渗墙施工后进行,防渗墙混凝土浇筑时预埋钢管以使坝体防渗墙和坝基灌浆帷幕墙轴线一致,最大限度地提高防渗效果,同时方便坝基帷幕灌浆造孔。防渗帷幕双排高压旋喷。综合考虑两种方案最终确定第Ⅱ种方案对大坝进行除险加固处理。具体的对比见下。方案优点缺点方案Ⅰ施工简单、速度快、固体强度大、便于操作投资较高、施工质量不易控制方案Ⅱ技术安全可靠性高、防渗效果更彻底、投资较省施工期速度慢、施工周期较长4.1.3方案说明4.1.3.1防渗帷幕要求防渗帷幕应符合的要求有:减少坝基和绕坝渗漏 ,防止其对坝基及两岸边坡稳定产生不利影响;在帷幕和坝基排水的共同作用下 ,使帷幕后坝基面渗透压力降至允许值之内;防止在软弱夹层、断层破碎带、岩石裂隙充填物以及抗水性能差的岩体中产生管涌;具有可靠的连续性和足够的耐久性。4.1.3.2帷幕位置的确定在土石坝中存在着坝体渗漏引起的作用在坝体或心墙内的孔隙水压力,同时还存在由地基渗漏引起的作用在地基内的扬压力,当帷幕设计在坝后部,阻险断了排水条件,如不能够采取措施 ,将水顺利排出,当扬压力高出坝体内的压力时,这时地基内的部分渗流窜入坝,不但会使坝体浸润线升高,严重时会使坝体受到冲刷破坏,所以,如果对帷幕的防渗标准要求较高,幕体的设计就应愈往上游布置。帷幕的底部应伸入相对不透水层不小于 5m,若相对不透水层较深,则应根据渗流分析,并结合类似工程研究确定。帷幕体的渗透系数要求在10-4~10-6cm/s以下,覆盖层渗透系数为3.56×10-4cm/s,将帷幕修建在防渗墙底部即可。4.1.3灌浆帷幕工程覆盖层最大达14m,帷幕灌浆根据具体情况采用双排高喷旋喷射帷幕灌浆与防渗墙底部相连。根据相关工程实例的成功经验。设计参数。由柱状直径为1.5m;孔距为1.0m,排距为0.75m,有效厚度约为2m。对于帷幕的深度的确定,采用水头经验公式:S=αH+C(4-3)式中:S为帷幕灌浆深度,m;α为系数,实践中取0.33-1.0,此次计算中取0.4;H为承受水头或坝高,m,此处取坝高为32m;C为依地质条件而定的系数,通常取8-25m,此处取10m。计算得到帷幕深度为22.8m。4.1.3.4防渗墙厚度的选择混凝土防渗墙厚度的选择,需要考虑①防渗水头要求、抗渗耐久性、墙体应力与强度;②施工机械条件。防渗墙耐久性与水力梯度有关。目前,渗流稳定决定于水力梯度,而水力梯度又随抗渗标号的提高而增强。一般根据最大水头和允许水力梯度,确定防渗墙的厚度。防渗墙厚度可按下式计算:δ=H/JP(4JP=Jmax式中:H为防渗墙的工作水头(此用校核水头),m;JP为防渗墙的允许水力梯度(塑性混凝土50~60Jmax为防渗墙破坏时的最大水力梯度(塑性混凝土取300K为安全系数。计算得防渗墙厚度在0.51~0.62m之间,本次取0.55m。4.1.4防渗处理后渗流计算4.1.4.1参数的确定按照方案的说明对坝体与坝基的防渗设施进行改进。计算时取较高水位(校核水位161.0m)的情况进行复核计算。塑性混凝土防渗墙的渗透系数一般在10-6~10-8cm/s,此处取塑性混凝土防渗墙的渗透系数为5×10-7cm/s。目前一般的帷幕灌浆材料大都采用普通的硅酸盐水泥。最近几年为了取得更好的灌浆效果,国内开始发展了细度更高的用于灌浆的水泥材料。但从现有的工程报道和相关的试验报告一般能达到10-5~10-6cm/s,少部分能达到小于10-7cm/s。再细的得水泥仍是有粒径的。本次计算取帷幕渗透系数5×10-6cm/s。4.1.4.2具体计算计算采用GEO软件实现,取校核水位的工况,各参数在之前已给出,计算结果见下。图4.1防渗加固后,校核水位下,大坝渗流浸润线为图中蓝色虚线,下游溢出点高程130米,单宽流量q为3.47×10-6米3/秒坝体与坝基表面渗透比降可由“各点渗流比降曲线计算曲线图”中查得。从输出结果的可以看出设计水位下的地基最大(0.21)比降小于0.57,坝坡比降最大(0.32)小于0.54,符合设计要求。4.2上游块石护坡设计上、下游坝坡基本维持现有的坝坡不变。由于结构的需要一般土石坝护坡到坝顶。设计为:上游坝坡从坝顶到死水位采用块石护坡,139m高程(死水位)以下进行抛石护坡。4.2.1干砌石护坡石坝护坡是坝体的重要组成部分。它的作用主要是保护坝体免受风浪以及暴雨的冲刷等机械性外力的破坏,保护大坝安全。砌石护坡在最大局部波浪压力作用下所需换算球形直径和质量、平均粒径、平均质量和厚度可按公式4-4~公式4-7计算:D=0.85D50=1.018KQ=0.85Q50=0.525ρ当Lmt=1.67KtD当Lmt=1.82KtD式中:D为块石的换算球形直径,m;Q为块石的质量,t;D50Q50为块石的平均质量,tt为护坡厚度,m;Kt为系

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