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1、石林黑龙潭水库黑龙潭水库除险加固工程中的综合技术措施(全波)【关键词】:p :除险加固,综合技术措施,石林黑龙潭水库黑龙潭水库位于珠江流域南盘江水系巴江河东支头,距石林县城东部4km,水库正常高水位比县城高44m,为县城头上“一盆水”,位置十分重要。水库始建于1966年,几经扩建现最大坝高33.7m,总库容2434万m3,兴利库容2300万m3,系路南盆地以灌溉为主,兼供水、发电和防洪的综合水利枢纽工程。控制径流面积177km2,其中地表径流2km2,黑龙潭泉水地下径流175km2,多年平均产水量9870万m3。水库枢纽由大坝、输水涵洞、溢洪道三部分组成,另配套有环抱路南盆地的东干渠和西干渠,
2、控制灌溉巴江河沿岸水田六万亩,水浇地四万亩,并可向县城和石林风景区及附近农村供生产、生活及工业用水1000万m3/年,它对石林县工农业生产的发展发挥了极其重要的作用。1992年3月8日,水库管理人员在做例行巡查时发现坝顶开裂,经现场地面调查、钻孔揭露,险情主要有以下几点:(1)主坝左端坝顶及上游发生坝体开裂并沉陷变形,经现场测量,最大裂隙口宽达10cm,勘探深度大于9m,裂隙两侧不均匀沉降差达16cm,坝顶下游侧裂隙沿左右两侧向下游呈弧线展开,长度达15m。同期后坝坡两道戗台同断面处最大沉降值达2045cm,坝脚倒滤体项最大下沉27.8cm,水平向外位移73.7cm,地表已出现滑坡前舌和后壁表
3、明坝体静力失效,已经出现滑坡前兆蠕动变形险情;(2)大坝下游坡面出现大量渗水点,经现场统计总数达173处之多,主要分布在大坝下游坡各处;(3)进一步勘察发现大坝坝基为第四系松散沉积层,系含有机质高中液限粘土及粉细砂层的多土层地基,贯穿大坝上、下游,形成承压渗漏通道,致使坝脚处老沟出现大的沙沸和管涌点7处,勘探时粉细砂层钻孔起钻时出现孔口涌水喷砂现象,封堵困难;(4)主坝左岸坝肩结合部坝体开裂,长70余m,勘探揭露裂隙从上游贯通下游,与库水直接发生水力联系,库水顺裂隙外流,造成坝面漏水。险情出现的主要原因为:(1)坝基为厚达17.6m的软弱土层,因受坝体荷载后产生剪切破坏,形成不均匀沉降变形,致
4、使坝坡周边拉裂;(2)坝体局部填筑质量差,松散堆积,岸坡陡峻突变,造成坝体产生不均匀沉降变形;(3)坝基存在贯通上、下游的承压水流,在坝基形成潜蚀破坏后发展为集中渗流通道,产生管涌和砂沸现象,同时降低坝基强度和承载力,加剧坝基及坝体不均匀沉降发生,导致下游坝坡发生蠕动变形,坝体失稳;(4)筑坝土料主要为粉质粘土,局部为有机质肥粘土、白胶泥等,粘粒含量达4060%,具有“天干一把刀,遇水一包槽”的特点,施工质量难以控制,压实度低,加之此坝为多次扩建加坝填筑,各次压实方法不同,填筑质量存在明显差异,形成坝身填筑质量不均、坝体内浸润线过高的现象,导致层面漏水,加速了土体软化、强度降低,使得坝坡滑动力
5、矩增加,坝体抗滑稳定能力下降。根据实测坝坡断面及钻孔水位浸润线资料,利用地质勘探的土工试验成果,对大坝下游坡采用园弧滑动的方法,对坝体各断面在各种控制水位情况下,稳定复核安全系数为K=0.931.07,表明下游坝坡处于临界运行状态,大坝自身稳定非常不利,需采取工程措施予以加固除险。针对大坝存在的问题,病险加固的工程措施选用土石坝设计“上堵下排”的原则进行布置。(1)为解决坝基渗漏失稳,彻底截断坝基及坝体的有害渗透水流,消除坝基水压水头,降低坝体浸润线,经灌浆截流、高压定喷截流和砼防渗墙等方案综合比较后,采用砼垂直防渗墙为主的上游防渗方案,截断有害渗透水流,达到“上堵”目的。(2)考虑到大坝坝基
6、为第四系河湖相沉积物,主要为低中液限粘土及厚度较大的粉细砂层,具有埋截较深,地下水位高、结构松散尚未固结、地基允许承载能力低,抗剪强度不足以维持坝体稳定,且在地震发生时易液化等特点,经振冲加固排水减压井等工程方案比较,采用既提高地基承载能力和抗剪强度指标,又能满足抗震加固的振冲碎石桩加固方案措施,置换挤密加固坝基,通过碎石桩透水性强的特点,排水减压,封闭和排水处理易地震液化的粉细砂层,提高坝体及坝基的排水固结能力,达到“下排”的目的。(3)部分挖除下游坝脚软土,在基面设置土工滤水布,其上设置反压平台,以增强下游坝坡的整体稳定性。(4)改造下游排水条件,设人工沟道及暗管排水,给坝脚创造良好的重力
7、排水条件,促进坝脚及坝基的排水畅通。由于黑龙潭水库大坝除险加固为一复杂体系的综合治理工程,在确定坝体结构设计过程中,需考虑的因素较多,需通盘考虑、全面兼顾各针对措施,在经济技术合理的前提下,逐一确定各项措施设计边界及尺寸,在满足大坝稳定的前提下,尽可能减少工程量,降低工程投资,因此,重点分析p 研究了以下几方面问题:(1)对险情出现后的大坝现状进行分析p 验算,采用地质勘探及土工试验成果进行坝体现状渗流稳定分析p 和抗滑稳定分析p 验算,验证坝体险情出现时的实际工况效果,又以K=1时的临界状态要求,复核各参数指标选取的合理性,为最终确定设计参数采用值提供基础依据。(2)结合各项工程病险处理针对
8、措施要求,对大坝经采用园弧滑动、折线滑动等方法,仅复核验算砼防渗墙、下游坝基振冲和反压平台等措施的具体边界条件控制要求,参数尺寸设定等不同组合情况及工后效果分析p ,在保证施工期大坝安全、正常运行期和地震工况下结构、渗流安全的前提下,假设不同的压脚平台宽度、高度及振冲范围边界,反复试算直致求得维持大坝稳定时的最小平台宽度为20m,高度7.0m,为最终确定大坝加固设计技术方案提供决策依据。(3)从施工角度,重点研究所提方案实施的可操作性和主要施工方法,制定确保施工期大坝安全的各项措施和要求,确定重要工程,首先施工防渗墙,再进行坝脚振冲施工,最后填筑反压平台的合理施工顺序,以满足施工期间的大坝安全
9、。(4)强化坝脚排水体系,理顺重力排水条件,设置坝脚排水沟及排水暗管,确保大坝下游排水通畅,有效降低地基承压水压力和坝体浸润线高度,为坝体稳定创造有利工作环境条件。经设计分析p 、复核计算后,坝体设计的最终成果为:(1)砼防渗墙工程强度等级:C12抗渗标号S8静力弹性模量:1.82.210-4MPa墙体总挡水面积11643m2,最大墙深52m,嵌入坝基强风化砂质泥岩、泥质粉砂岩25m后即进入弱风化相对不透水层。(2)坝脚振冲加固工程振冲范围:石碴料压脚部位坝基4745m2孔排距:2m2m,梅花形布孔,共14排总进尺:10560m填料:25cm灰岩碎石。(3)主坝加固工程填筑石碴料32280m3
10、计算结果表明;采用综合加固措施后的下游坝坡是稳定的,满足大坝稳定安全要求。针对黑龙潭水库工程病险情况的复杂性,经反复论证研究,最终提出采用砼防渗墙防渗、坝脚振冲排水加反压平台压脚为主的综合治理方案,对水库大坝病险加以根除,取得了如下效果:(1)大坝坝身及坝基软土层,采用接地式砼防渗墙防渗,彻底截断坝身及坝基的有害渗流,有效降低坝体浸润线高度(降低50%以上),封堵坝体及坝基贯穿上、下游的漏水通道,改善大坝的渗流稳定和抗滑稳定工作条件,大坝及坝基渗水量降至容许范围内。(2)下游坝脚采用碎石振冲桩封堵、挤密、置换坝基软土及粉砂层地基,解决地震液化问题,并通过振冲桩的排水减压作用,消散和排除坝基有害
11、承压水,加速坝基土的排水固结进程,整体提高地基的承载能力和抗剪强度,经验算坝脚复合地基承载能力指标提高54%,抗剪强度指标提高45%。(3)在坝脚设置石碴料反压平台,增强大坝下游坡的整体稳定性,经验算下游坡抗滑稳定安全系数正常运用情况k=1.257,非常运用情况k=1.058,满足规范要求并使得填筑工程量最小,综合造价最低。(4)改造坝脚排水条件,设人工沟道及排水暗管,降低下游排水基面,形成良好的重力排水条件,为坝基土排水固结,消散粉砂层孔隙水压力,降低坝脚水位提供良好的工作环境条件。总体来说,针对本工程病险情况,经采取行之有效的综合措施处理后,彻底消除了病险带来的威胁,确保了大坝的安全运行。黑龙潭水库大坝出险后,通过组织专业技术队伍,深入工地,调查研究,及时组织病险调查工作和勘探工作,以料学严谨的态度,踏实的工作作风,认真负责的做好各项分析p 计算复核工作,参照有关类似工程的成功经验,提出对本工程病险针对性较强的工程处理措施方案,做好除险加固工程的设计工作,精心组织施工,使得大坝病险得以根本性解除,恢复水库的蓄水、供水、防洪功能,为石林的社会经济发展提供了有力支持和坚强保障。云南水利水电2022年3期第 页 共 页