32大壩加固設(shè)計計算過程的案例綜述目錄TOC\o"1-3"\h\u4636大壩加固設(shè)計計算過程的案例綜述 112391.1大壩基本情況 1184341.2壩體結(jié)構(gòu)加固 1293401.3大壩防滲加固設(shè)計 210024．3．1方案比選 252174．3．2大壩防滲加固設(shè)計 3283611.4滲流計算 3290224．4．1防滲加固前滲流計算 3216704．4．2防滲加固后滲流計算 6185351.5壩坡穩(wěn)定計算 91.1大壩基本情況根據(jù)地質(zhì)勘察成果，該水庫大壩壩體填筑密實(shí)度較差，填筑壓實(shí)度為0.92，填筑質(zhì)量不滿足《小型水利水電工程碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》（SL189-2013）要求。心墻土料滲透系數(shù)不滿足規(guī)范要求，壩基巖體風(fēng)化、破碎嚴(yán)重，壩體及壩基滲漏嚴(yán)重。壩頂為混凝土路面，路面較為平整；但壩頂防浪墻開裂、破損嚴(yán)重；大壩上游面為干砌石護(hù)坡，坡面不平整、塊石風(fēng)化破損嚴(yán)重；大壩下游面為草皮護(hù)坡，坡面較不平整，存在塌陷，壩面有過壩渠，過壩渠混凝土開裂，存在滲漏；反濾壩松動和垮塌。1.2壩體結(jié)構(gòu)加固現(xiàn)階段壩頂路面寬為3.8m，不滿足《小型水利水電工程碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》（SL189-2013）要求，所以選擇培土加寬至1.0m，并在路面下游端修建混凝土擋土墻。擋土墻寬0.2m，高0.9m，使用C20混凝土。防浪墻開裂、破損嚴(yán)重，使用水泥砂漿修補(bǔ)加固，破損嚴(yán)重部分拆除并重建。上游塊石護(hù)坡部分破損嚴(yán)重，重新鋪設(shè)塊石護(hù)坡，處理范圍根據(jù)護(hù)坡實(shí)際情況確定，根據(jù)《小型水利水電工程碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》（SL189-2013）A2.2，使用式1.1、1.2、1.3，計算得護(hù)坡厚24cm，采用30cm。Q50=ρQmax=3~4t=1.10Qmaxρρk為石塊密度，取2.5t/m3；k為系數(shù)，取1.37；下游護(hù)坡存在塌陷，將塌陷土回填并進(jìn)行夯實(shí)處理。在水庫兩岸修建岸坡排水溝、反濾壩下修建截流溝。過壩渠可起到縱向排水溝的作用。過壩渠破損、滲漏嚴(yán)重。按原設(shè)計截面重建，采用梯形斷面，頂寬3.7m，底寬0.8m，兩邊坡度取1：1.30。頂部高程為149.30m。渠道使用C20混凝土，厚0.20m，底部鋪設(shè)0.10m厚的C10混凝土墊層。反濾壩垮塌，垮塌部分拆除作為修補(bǔ)材料，按設(shè)計尺寸修建。反濾壩尺寸：頂部寬2m，高3.27m，內(nèi)坡坡度1：0.5，外坡坡度1：2。整體布置及細(xì)部結(jié)構(gòu)見附圖。1.3大壩防滲加固設(shè)計4．3．1方案比選常見的防滲加固措施主要有帷幕灌漿、高壓噴射灌漿、劈裂灌漿、混凝土防滲墻、土工膜防滲技術(shù)等。針對硯瓦石水庫大壩現(xiàn)有的防滲問題，參照相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)，水庫大壩防滲加固采用以下兩個方案進(jìn)行比較。方案一：帷幕灌漿+混凝土防滲墻大壩心墻滲透系數(shù)高，采用混凝土防滲墻。壩基采用帷幕灌漿的工程措施。帷幕灌漿：將加壓漿液注入壩基或壩體內(nèi)部，填充內(nèi)部的空隙和裂隙，同時也可以對土層的組成和結(jié)構(gòu)等進(jìn)行改質(zhì)，在漿液的膠結(jié)作用下，形成連續(xù)的防滲帷幕，起到防滲作用?；炷练罎B墻：利用專用的造槽機(jī)械設(shè)備造孔，往孔內(nèi)注滿泥漿防止孔壁坍塌，最后用導(dǎo)管在孔中澆注混凝土并置換出泥漿，凝固后形成墻體，起到防滲的作用。方案二：帷幕灌漿+高壓噴射灌漿大壩心墻滲透系數(shù)高，采用高壓噴射灌漿。壩基采用帷幕灌漿的工程措施。高壓噴射灌漿：使用鉆探機(jī)造孔，然后把帶有噴頭的灌漿管下放到指定位置，之后高壓噴射漿液或水，高速漿液沖擊破壞土壤，土粒從土體上剝落，一部分冒出地面，其余部分與漿液混合攪拌，形成凝結(jié)體，起到防滲作用。大壩心墻滲透系數(shù)過大，高壓噴射灌漿效果相對混凝土防滲墻較低，最終確定使用方案一：帷幕灌漿+混凝土防滲墻。4．3．2大壩防滲加固設(shè)計（1）帷幕灌漿設(shè)計帷幕灌漿采用單排，以壩軸線為帷幕線，鉆孔孔距3.0m，以高程128.5m為起始，進(jìn)深5m，灌漿壓力0.2MPa，滲透系數(shù)5.0*10-5cm/s。（2）混凝土防滲墻設(shè)計混凝土防滲墻采用鋸槽法造孔，機(jī)械采用輪式鏈斗式開槽機(jī)。以壩軸線為防滲墻軸線，防滲墻高從心墻頂至高程128.5m處，約25m。根據(jù)本工程對于滲透比降等要求，結(jié)合施工經(jīng)驗(yàn)，混凝土防滲墻厚采用0.3m?；炷量?jié)B標(biāo)號S2，強(qiáng)度標(biāo)號C10，水灰比0.65，滲透系數(shù)1.96*10-8cm/s，允許水力坡降133。1.4滲流計算4．4．1防滲加固前滲流計算（1）計算方法滲流分析采用二維有限元分析法（2）計算剖面大壩滲流計算剖面選取壩高最大的剖面，計算中水庫上游水位取安全鑒定復(fù)核值，下游按無水考慮，水位取下游壩基高程，根據(jù)測繪資料取為131.11m。本次計算分析，大壩的斷面滲透分區(qū)是以地勘報告為基礎(chǔ)，并結(jié)合原設(shè)計資料而確定。壩體可分為三個滲透區(qū)，壩基為三個滲透分區(qū)，分區(qū)詳見圖1.1。圖1.1大壩滲流計算模型圖其中，A為壩體心墻填土、B為上、下游壩體代料、C為下游排水體，D為強(qiáng)風(fēng)化層、E為弱風(fēng)化巖體、F為壩基覆蓋層。（3）計算參數(shù)滲流穩(wěn)定計算參數(shù)根據(jù)地勘室內(nèi)土工試驗(yàn)及現(xiàn)場試驗(yàn)成果綜合確定，各個材料區(qū)的滲透系數(shù)取值見表1.1。表1.1大壩滲流計算材料參數(shù)表（4）計算工況根據(jù)《小型水利水電工程碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》（SL189-2013）規(guī)定，土壩計算應(yīng)考慮水庫運(yùn)行中出現(xiàn)的不利條件，需要計算下列水位組合情況：正常運(yùn)用情況正常蓄水位149.40m，相應(yīng)下游無水高程為131.11m；設(shè)計洪水位151.43m，相應(yīng)下游無水高程為131.11m；②非常運(yùn)用情況校核洪水位152.97m，相應(yīng)下游無水高程131.11m；水位降落期考慮的情況為：計算期內(nèi)無降雨，水庫來水量最小，隧洞閘門全開放水，水庫由正常蓄水位149.40m下降至死水位140.60m，計算中考慮下游水位保持不變，為131.11m，水位降落過程見表1.2。表1.2非穩(wěn)定滲流期水位降落過程（149.40m~140.60m）（5）計算成果及分析通過對硯瓦石水庫大壩滲流模型計算，得出該計算斷面在正常蓄水位、設(shè)計洪水位等情況下的壩體浸潤線位置和最大滲透比降及單寬滲流量，主要結(jié)果見表1.3，相應(yīng)的壩體浸潤線及等勢線圖見圖1.2～圖1.5。表1.3大壩滲流計算成果表圖1.2正常蓄水位大壩滲流場示意圖圖1.3設(shè)計洪水位大壩滲流場示意圖圖1.4校核洪水位大壩滲流場示意圖圖1.5水位降落（149.40m降至140.60m）大壩滲流場示意圖根據(jù)心墻粘性土的顆分試驗(yàn)，其滲透變形類型為“流土型”，壩體心墻土層滲透變形允許水力比降為1.0；代料滲透破壞類型為“管涌型”，其允許水力比降為J允許＝0.25～0.30。大壩滲流場分析結(jié)果顯示：①大壩滲流浸潤線示意圖顯示浸潤線靠近壩體上部，出溢點(diǎn)位置較高，不利于壩坡穩(wěn)定。壩體逸出滲透比降大于允許滲透比降，存在發(fā)生滲透破壞的可能。②大壩單寬滲流量0.65～1.22m3/d.m，滲漏量較大。4．4．2防滲加固后滲流計算（1）計算方法滲流分析采用二維有限元分析法（2）計算剖面大壩滲流計算剖面選取壩高最大的剖面，計算中水庫上游水位取調(diào)洪方案計算值，下游按無水考慮，水位取下游壩基高程，根據(jù)測繪資料取為131.11m。大壩防滲加固后，壩體可分為四個滲透區(qū)，壩基為四個滲透分區(qū)，見圖1.6。圖1.6大壩滲流計算模型圖其中，A為壩體心墻填土、B上游壩體代料和下游壩體代料、C區(qū)為下游排水體，D為強(qiáng)風(fēng)化層、E為弱風(fēng)化巖體、F為壩基覆蓋層。G為混凝土防滲墻，H為防滲帷幕。（3）計算參數(shù)滲流穩(wěn)定計算參數(shù)根據(jù)地勘室內(nèi)土工試驗(yàn)及現(xiàn)場試驗(yàn)成果綜合確定，各個材料區(qū)的滲透系數(shù)取值見表1.4。表1.4大壩滲流計算材料參數(shù)表（4）計算工況根據(jù)《小型水利水電工程碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》（SL189-2013）規(guī)定，土壩計算應(yīng)考慮水庫運(yùn)行中出現(xiàn)的不利條件，需要計算下列水位組合情況：①正常運(yùn)用情況正常蓄水位149.40m，相應(yīng)下游無水高程131.11m；設(shè)計洪水位151.58m，相應(yīng)下游無水高程131.11m；②非常運(yùn)用情況校核洪水位153.18m，相應(yīng)下游無水高程131.11m；水位降落期考慮的情況為：計算期內(nèi)無降雨，水庫來水量最小，隧洞閘門全開放水，水庫由正常蓄水位149.40m下降至死水位140.60m，計算中下游水位保持不變，為131.11m，水位降落過程見表1.2。（5）計算成果及分析通過對硯瓦石水庫大壩滲流模型計算，得出該計算斷面在正常蓄水位、設(shè)計洪水位等情況下的壩體浸潤線位置和最大滲透比降及單寬滲流量，主要結(jié)果見表1.5，相應(yīng)的壩體浸潤線及等勢線圖見圖1.7～圖1.10。表1.5大壩滲流計算成果表計算工況上游水位

（m）下游水位

（m）最大滲透比降下游壩坡逸出比降單寬滲流量m3/d.m心墻代料混凝土防滲墻防滲帷幕壩基正常運(yùn)用正常蓄水位149.40131.110.270.1535.7312.300.570.051.03設(shè)計洪水位151.58131.110.330.1939.4213.280.620.061.32非常運(yùn)用校核洪水位153.18131.110.300.2240.5313.740.650.071.59水位降落正常蓄水位149.40—死水位140.60131.110.200.1227.598.850.390.051.03圖1.7正常蓄水位大壩滲流場示意圖圖1.8設(shè)計洪水位大壩滲流場示意圖圖1.9校核洪水位大壩滲流場示意圖圖1.10水位降落（149.40m降至140.60m）大壩滲流場示意圖混凝土防滲墻允許水力坡降133。大壩滲流場分析結(jié)果顯示：大壩浸潤線出溢點(diǎn)較低，各部分滲透比降都小于允許滲透比降，單寬滲流量最大為1.59m3/d.m，滲流量較小。綜上所述，大壩經(jīng)防滲加固后滲透情況得到顯著改善，滿足要求。1.5壩坡穩(wěn)定計算(1)計算工況根據(jù)《小型水利水電工程碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》（SL189-2013）的要求，復(fù)核計算各種工況的壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。計算工況有：正常水位、設(shè)計洪水位、水位降落和校核洪水位。各工況水位見表1.7。(2)穩(wěn)定計算方法根據(jù)《小型水利水電工程碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》（SL189-2013），土石壩穩(wěn)定分析采用計及土體條間作用力的剛體極限平衡法（簡化Bishop法）。(3)穩(wěn)定安全系數(shù)硯瓦石水庫主要建筑物大壩、溢洪道為4級建筑物，根據(jù)《小型水利水電工程碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》（SL189-2013）的規(guī)定，壩坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)（簡化Bishop法）：正常運(yùn)用條件為1.25；非常運(yùn)用條件I為1.15。(4)計算剖面及參數(shù)穩(wěn)定計算分析剖面取壩高最大剖面，見圖1.6。壩體及壩基土層力學(xué)指標(biāo)取地質(zhì)勘探成果。大壩抗滑穩(wěn)定計算采用的各種材料力學(xué)參數(shù)見表1.6。表1.6大壩穩(wěn)定計算采用的力學(xué)指標(biāo)(5)大壩計算成果及分析計算的大壩上、下游壩坡各工況最小安全系數(shù)見表1.9，滑弧位置分別見圖1.11～圖1.14。表1.7大壩壩坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)計算成果表計算工況上游水位（m）下游水位（m）安全系數(shù)上游壩坡下游壩坡正常正常蓄水位149.40131.11/1.712設(shè)計洪水位151.58131.11/1.644非常校核洪水位153.18131.11/1.579正常蓄水位降至死水位149.