泰豐橡膠壩消力池底板及陡坡穩(wěn)定性分析

1橡膠壩壩區(qū)設(shè)計(jì)泰豐橡膠水庫位于大石河北支牟盤河的中上部。這是一個河道儲存項(xiàng)目。三個橡膠水庫和兩個孔水門組成。總寬度為207m，一個橡膠水庫66m，袋體設(shè)計(jì)高度4.0m，單孔排水港2.0m，門高3.0m，庫前及基底河床平均比減少0.2%。該橡膠壩的主要功能是向山東泰豐紡織集團(tuán)及其所屬熱電廠提供生產(chǎn)用水,兼起攔蓄地表徑流,涵養(yǎng)地下水的作用。該壩正常蓄水位190.0m,相應(yīng)庫容200萬m3,工程于2003年3月動工興建,2003年10月竣工蓄水,當(dāng)年蓄水未達(dá)到設(shè)計(jì)高度。橡膠壩底板建于含礫石的中粗砂地基上,基面以下屬強(qiáng)透水層,底板為長13m、厚0.9m的鋼筋混凝土,底板前后齒槽深均為1.6m,鋼筋混凝土底板下為厚度1.7m的漿砌塊石基礎(chǔ)。底板上游接長10m、厚0.5m的鋼筋混凝土鋪蓋。鋼筋混凝土鋪蓋前面為長15m、厚0.5m的粘土鋪蓋,底板下游由長8m、厚0.5m、坡比為1∶4的鋼筋混凝土陡坡與消力池相接;消力池長10m,底板厚度0.5m,尾坎高度1.0m。消力池后漿砌石海漫長25m,其剖面結(jié)構(gòu)如圖1。2儲液罐底板失穩(wěn)的原因2.1消力池底板和邊坡失穩(wěn)破壞過程泰豐橡膠壩自2003年10月竣工即開始蓄水,此時汛期已過,河道流量較小,蓄水高度一直未達(dá)到設(shè)計(jì)蓄水位。2004年6月3日,橡膠壩蓄水至設(shè)計(jì)高度4.0m時,壩頂開始溢流,流量約為60m3/s,此時部分消力池底板和陡坡發(fā)生失穩(wěn)破壞,破壞的消力池底板和陡坡位于左側(cè)一跨,共計(jì)5塊消力池底板及陡坡,每塊沿壩軸線方向長度均為10m。失穩(wěn)后現(xiàn)場情況為:消力池底板(中間3塊)上升,陡坡下滑插入消力池底板下面,兩側(cè)陡坡向中間側(cè)翻;另外,其他消力池底板亦有輕微上升現(xiàn)象,上升高度為5～20mm不等。2.2排水孔不暢或失效發(fā)現(xiàn)上述失穩(wěn)情況后,有關(guān)單位迅速采取措施,開啟左側(cè)的泄水閘,降低橡膠壩前水位,以防止消力池底板及陡坡下面遭受到?jīng)_刷破壞和滲透變形,同時防止其他部位出現(xiàn)類似情況,并組織有關(guān)單位和專家對失穩(wěn)原因進(jìn)行分析,制定了處理方案。根據(jù)有關(guān)資料,結(jié)合工程實(shí)際情況,對發(fā)生失穩(wěn)的原因作出了如下分析:(1)消力池底板所受揚(yáng)壓力過大是造成失穩(wěn)的直接原因。根據(jù)消力池底板及陡坡失穩(wěn)后的現(xiàn)場情況分析,失穩(wěn)的過程為:消力池底板破壞在先,陡坡破壞在后。消力池底板在揚(yáng)壓力(滲透壓力與浮托力之和)作用下,克服自身重力上浮,然后陡坡順坡下滑,并在下泄水流作用下向下游傾斜,兩側(cè)陡坡在中間3塊下滑后向中間側(cè)翻。由此可見,揚(yáng)壓力過大是造成消力池失穩(wěn)最直接的原因。(2)消力池底板排水孔排水不暢或失效是造成失穩(wěn)的主要原因。消力池底板下面反濾層按3級濾料設(shè)置,為中粗砂、小石子、中石子各100mm厚,總厚度300mm,排水孔為DN110的PVC排水管,共設(shè)3排,橫向間距2m,事后經(jīng)現(xiàn)場檢查,一半以上的排水孔存在排水不暢或幾乎失效的情況。經(jīng)現(xiàn)場開挖和調(diào)查分析,這種情況的產(chǎn)生主要是施工中排水管的末端未插入反濾層中,在澆筑混凝土底板時,水泥漿液固結(jié)了上層反濾料及排水管下部濾料,造成排水不暢或失效,在排水孔失效的條件下,用流網(wǎng)法計(jì)算消力池底板所受的揚(yáng)壓力(上下游水位差為5m時)是針對上述消力池底板失穩(wěn)原因的分析,提出了治本的方法是:“上游堵,下游排”。即對上游粘土鋪蓋進(jìn)一步加強(qiáng)防滲,對下游陡坡及消力池排水減壓,具體做法如下:(1)將上游粘土鋪蓋上部厚300mm的漿砌石保護(hù)層拆除,并清理好表面,在原150mm厚的細(xì)砂上鋪400g/m2的HDPE復(fù)合土工膜,土工膜前端下伸至粘土層下表面,后端與止水帶搭接好,上面澆筑混凝土壓塊將接頭封閉,最后在復(fù)合土工膜上砌筑300mm厚漿砌石防護(hù)層。(2)將失穩(wěn)破壞的消力池底板及陡坡拆除,在陡坡及消力池底面設(shè)置3級反濾,總厚度0.5m,消力池底板前端最上一層反濾層中埋設(shè)1根DN150PVC管(管壁上鉆有透水孔),沿壩軸線方向布置,管壁及兩端管口用土工布包好,沿垂直于壩軸線方向間距2m用三通引出DN110塑料管與消力池排水孔連接,然后再按原設(shè)計(jì)重新澆筑好陡坡和消力池底板。(3)其他消力池底板和陡坡的處理措施。對消力池底板上所設(shè)排水孔進(jìn)行疏通,疏通方法是:首先人工把排水管中填入的碎石掏出,然后用鋼釬插入管中,用力向下插入至反濾層,將下部固結(jié)的濾料破碎,確保其排水通暢;對陡坡的處理主要是減壓,在陡坡中部沿壩軸線方向間距2m鉆兩排直徑50mm的減壓孔,孔中插入DN40塑料排水管,排水管與鉆孔之間用膨脹水泥嵌縫,管頭用土工布包扎好,管中自下而上充填粗砂、小石子和中石子,以防止?jié)B透壓力過大,產(chǎn)生滲透變形,排水管的設(shè)置可以起到輔助減壓的效果。4反濾料及排水管(1)要重視上游鋪蓋復(fù)合土工膜前后端的處理,接縫防水要牢固可靠,這是防滲效果好壞的關(guān)鍵部位。(2)陡坡及消力池反濾料中的級配及分層一定要按設(shè)計(jì)要求嚴(yán)格控制,排水管管頭及管身必須用土工布包裹好,以防止產(chǎn)生滲透破壞。(3)陡坡上的排水管管頭必須用土工布包扎牢固,管中充填的慮料嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求級配。(4)其他消力池底板的排水孔要保證100%排水通暢,在疏通處理完畢后用注水法檢查。5設(shè)計(jì)高度及高度對失穩(wěn)的