水库大坝除险加固工程设计及施工技术要点分析 饶如良 （贵州省三都水族自治县水利局贵州三都５５８１００） 摘要：本文将主要介绍拉近水库大坝除险加固工程的设计以及后期的施工技术的一些相关问题，同时提出一些经验型的解决 意见以备参考。 关键词：水库大坝；工程设计；除险加固；施工技术；要点分析 中图分类号：ＴＶ６９８．２＋３ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００４—７３４４（２０１３）２１—０１９７—０２ １工程概况 差系数的趋势是随着流域面积的减小而增大，并且按照对工程不利的原 拉近水库位于三都水族自治县周覃镇境内，属珠江流域柳江水系打 则，本次设计采用年径流变差系数Ｃｖ＝Ｏ．３，ｃＢ＝２Ｃ 。各频率年径流量推算 狗河上游水东河的小支流。水库位于周覃镇南面拉近村拉近寨子边，距 成果如表１。 三都县城５３ｋｍ，距周覃镇镇３ｋｍ。经实地勘查确认流域分水岭，采 表１拉近水库坝址流域年径流成果表 用１：１万地形图进行勾绘量算，复核拉近水库控制集雨面积０．５５ｋｍｚ，主 频率 １０ ２０ ５０ ８０ ９０ ９５ ９９ 河道加权平均坡降为７．５２％。河长为０．９５ｋｍ。设计灌溉面积为３０００亩， ＫＰ １．４ １．２４ ０．９７ ０．７４３ ０．６４ ０．５６３ ０．４３６ 最大实灌面积５００亩。是一座以灌溉为主的小型水利工程。 ＱＰ（ｍ３／ｓ） ０．０１６８ Ｏ．０１４９ Ｏ．０ｌ１６ Ｏ．ｏｏ８９ ０．００７７ ０．０ｏ６８ Ｏ．ｏ０５２ ２水文径流 Ｗ （万ｍ３） ５１．６ ４５．７ ３５．７ ２７．４ ２３．６ ２０．７ １６．１ 拉近水库流域无实测径流资料，水库来水量需根据九阡雨量站降水 ３水库大坝安全鉴定及复核结论 资料结合相关等值线图确定。根据九阡雨量站１９７９～２００９年共３１年的 年降水资料统计，九阡雨量站多年平均年降水量为１３７４．５ｍｍ，Ｃｖ＝０．１９， 在２０１０年３月，黔南州水利局根据黔南州水利水电勘测设计研究 院编写的《拉近水库安全评价报告》进行了审查，并出具了《大坝安全鉴 Ｃ ２ｃ ，查《贵州省水资源综合规划附图》多年平均年降水量为１３５０，Ｃ 定报告》。黔南州水利局《大坝安全鉴定报告》的安全鉴定结论为： 为０．１５。 坝址流域年径流变差系数： ３．１运行管理 （１）年径流变差系数ｃ 值按省水文总站经验公式计算： 拉近水库由三都县雪花洞灌区管理所进行管理，管理制度不完善， 无配套管理设施。溢洪道工程未完工，不能正常运行，未进行过维修。工 Ｃｓ＝ｒ・Ｃ√（ 【ｎ＋ｐＬ０ｇＦ）：０．２８ 式中：ｒ一＿地理参数，设计流域ｒ＝－Ｉ．３０； 程无监测设施。拉近水库大坝运行管理工作评价为差。 Ｃ ——年降水量变差系数，Ｃ ＝０．１５； ３．２防洪安全复核 ｄ——年径流系数，０／．＝０．５； 拉近水库溢洪道控制段顶部现有高程不满足现行规范要求，但水库 一径流系数指数，ｍ＝Ｏ．７； 大坝顶部现有高程能满足现行规范要求。拉近水库溢洪道控制段过流能 Ｂ——流域面积系数，Ｂ＝０．０４； 力在宣泄设计和校核洪水时的最大下泄流量时，危及泄洪建筑物本身及 流域面积，设计流域坝址以上Ｆ＝０．５５ｋｍ２，按Ｆ＝ｌＯＯｋｍ２ 水库大坝的安全防洪，安全综合评定为ｃ。 计算。 ３－３结构安全复核 （２）查《贵州省地表水资源年径流变差系数等值线图》，设计流域年 根据大坝现状表现或稳定计算，坝体结构稳定不满足规范要求，不 径流变差系数为０．３。 能正常运用。溢流堰结构不完整和不满足要求，不能安全泄洪；输水建筑 二者计算值比较接近，考虑到拉近水库流域面积较小，而年径流变 物结构稳定基本满足要求；各类建筑物基本完建，但不能完全正常运行， 况，将隐患扼杀在萌芽状态，以此确保生产设备的健康运行。 理直接关系着我国电力事业的可持续发展。小水电站在运行管理的过程 （２）小水电站必须要建立完善的设备检修维护制度，设备维护人员 中，必要建立起完善的管理制度，提高管理人员的专业素质，加强对设备 必须要严格按照相关的制度和要求进行设备的检修与维护，提高机组的 的检修维护和监督，以此确保小水电站的正常运行。 运行能力，保证生产的安全性。 ・（３）加强对新技术、新设备的应用，充分利用网络技术，提高设备检 参考文献 测的质量和效率。同时，要制定设备故障的汇报制度，定期向上级部门汇 ［１】黄国强－／Ｊ、水电站机电设备使用维护的经验探讨ｌＪ１．城市建设理论研究 报设备的故障情况，上级部门在审核汇报情况以后，根据故障情况制定 （电子版），２０１３（１９）． 解决措施。 １２１廖建靖．浅谈地方小水电站运行对电网安全稳定运行的影响及防范措 ２．４加强对技术的监督工作 施 北京电力高等专科学校学报（自然科学版），２０１２，２９（６）：３４～３５． 技术监督工作是指利用科学技术手段对设备的运行进行定期或是 ［３１徐筱芸＿，Ｊ、水电经济性运行与电气设备安全性评价体系探讨 北京电 不定期的检测和校验，分析设备的技术状况，掌握设备在运行中的变化 力高等专科学校学报（自然科学版），２０１２，２９（７）：３４． 规律。水电站技术监督工作的主要内容包括对化学、绝缘、仪表、金属等 ［４］何秋雯．基于单片机技术的小型水电站集中监测系统的设计方案剖析 方面的监督，其中最为主要的是对仪表、金属以及绝缘的监督。仪表监督 叽科技视界，２０１３（７）：１３９—１４０． 是指对小水电站的电器仪表进行检修、调整以及校验等工作，确保仪表 的正常运行和精确性：绝缘监督是指对电气设备进行定期的检查，防治 收稿日期：２０１３—９—２２ 线路绝缘损坏；金属监督是指监督金属部件在运行过程中的性能变化， 作者简介：章文杰（１９７６一），男，汉族，本科，电气工程师，，毕业 检查金属设备的磨损状况等。 于河海大学，水利水电建筑工程专业，至今一直奋战在水利水电战线上 ３结束语 从事电力规划管理工作。 总而言之，作为我国电力事业的主要组成部分，小水电站的运行管 综合评定为Ｃ。 ３．４渗流安全复核 坝体与坝基接触带、坝基浅层存在渗漏，左坝肩存在绕坝渗漏，坝体 局部存在渗漏，放水涵管进口段漏水严重。工程渗流性态不安全，渗流安 全综合评价评定为Ｃ。 《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》进行灌浆设计，以前期勘探孔压水 试验成果及地下水位控制帷幕深度确定防渗帷幕的边界条件、参数和施 工工艺。 ３．５抗震复核 根据《中国地震动参数区划图》（ＧＢ１８３０６—２００１），水库区域地震动峰 值加速度小于Ｏ．Ｏ５ｇ，地震动反应谱特征周期为０．３５ｓ，地震基本烈度 Ｊｃ≤Ⅵ度。按规范规定地震基本裂度小于等于Ⅵ度，可不进行抗震安全 复核。 ４洪水标准及坝体计算 水库总库容７１万ｍ ，根据《防洪标准》（ＧＢ５０２０１～９４）和《水利水电 工程等级划分及洪水标准》（ＳＬ２５２—２００１，本次拉近水库除险加固工程将 洪水标准定为２０年一遇设计，２００年一遇校核，消能工洪水标准为２Ｏ年 遇，施工洪水按５年一遇。临时建筑物洪水标准为５年一遇。 坝体渗流安全计算： 由于岩性差异、分布及风化程度不同，土质欠佳。且当时施工受技术 条件制约，土料由人工回填夯实，造成对土体密实度不够且不均匀。现大 坝坝体局部变形，坝面不平整，坝后浸润逸出点较高。 一４．１渗流计算 （１）计算基本参数及原则 根据《碾压式土石坝设计规范》（ＳＬ２７４—２００１）的规定，土坝渗流计算 的任务是： ①确定坝体浸润线及其下游出逸点的位置，供坝体稳定计算之用。 ②确定坝体与坝基的渗流量，复核坝体渗透稳定性。 （２）计算参数 坝体填筑粘土渗透系数：４ｘ１０－５ｃｍ／ｓ （３）计算工况 由于水库溢洪道前端修建有倒虹管支承墙，墙顶高程跟大坝坝顶高 程一致均为７３２．５ｍ，故原水库已经没有泄洪能力，经水位调节计算，堰顶 ５．０Ｌｕ。 高程定在７３０．５０ｍ，超过溢流堰顶的库水位不可能维持较长时间，难以形 ｑ２１封孔：全孔灌浆结束，采用“置换和压力灌浆封孔法”，排除孔内 成稳定渗流，故不考虑洪水位对稳定渗流的影响，拟定渗流计算工况为： 稀浆，将全孔封填密实。 上游正常蓄水位７３０．５０ｍ＋下游无水工况。 （１３）灌浆量：Ａ—Ｂ帷幕线总长６０ｍ，设计钻孔２Ｏ个，总进尺４７０ｒｎ （４）渗流计算结果 （有效进尺３９８ｍ，无效进尺７２ｍ，不包括检查孔进尺）。按帷幕灌浆总量 采用理正岩土系列软件５．１版《渗流分析计算系统》进行计算。该计 设１０％机动孔（２个，总进尺４７ｍ，有效进尺４０ｍ，无效进尺７ｍ）和１０％的 算软件可对土坝、堤防、涵洞、水闸等水工建筑物进行详细的分析计算， 检查孔（检查孔不计入工程量）。Ｃ—Ｄ帷幕线总长６３ｍ，设计钻孔２１个， 基本解决水工结构计算的主要平面问题。计算结果见表２。 总进尺６３０ｍ（有效进尺５３５ｍ，无效进尺９５ｍ，不包括检查孔进尺）。按帷 表２稳定渗流期计算成果表 幕灌浆总量设１０％机动孔（２个，总进尺６０ｍ，有效进尺５ｌｍ，无效进尺 计算工况 上游水 下游水位 单位宽度渗流量Ｉ下游出逸点高 备注 ９ｍ）和１０％的检查孔（检查孔不计入工程量）。综上，库区帷幕灌浆总进尺 位（ｍ） （ｍ） （ｍ３／ｄ・ｍ） ｌ 程（ｍ） １２０７ｍ，共计４５个孔，其中有效进尺１０１９ｍ、无效进尺ｌ８８ｍ；钻灌比 正常水位稳定期 ７３０．５０ Ｏ ０．０３５ ｌ ７２５．２２ １．１８，防渗面积２８３６ｍ 。 计算结果表明，稳定渗流期坝体单宽渗流量４．０５１ ｘ１０－Ｖｍ３／ｓ，按坝体 ６结束语 宽度５５ｍ计算，坝体总渗流量为２．２２８￣１０ ｍ３／ｓ。 根据以上设计分析，拉近水库除险加固工程后社会经济效益十分明 ４．２坝体渗透稳定计算 显，对推动当地国民经济发展和新农村建设起到积极作用，应尽快实施， 根据中华人民共和国行业标准《碾压土石坝设计规范》（ＳＬ２７４— 使其尽早发挥其应有的效益。要切实推进水库大坝的除险加固工程工 ２００１）要求，需计算坝体土体的渗透坡降。渗流作用下土体开始发生渗透 作，就必须高度重视水库大坝出险加固工程的设计，在除险加固工程中 破坏的水力ｆ临界坡降按太沙基公式计算： 注重新工艺、新材料以及新技术的应用，以大大降低成本，提高工程质 ｉ／－－ （２）帷幕线布置：根据对拉近水库库区地层岩性等地质条件的分析， 帷幕线设置于水库右岸低矮垭口处，帷幕线分为Ａ—Ｂ、Ｃ—Ｄ两段。灌浆是 在高于正常蓄水位３ｍ的岸坡上布置一排灌浆孔，孔距为３ｍ，单孔深 ２３～２８ｍ，分三序孔施浆，灌浆材料充填灌浆采用粘土加１５％水泥浆，帷 幕灌浆采用纯水泥浆。其中Ａ—Ｂ灌浆范围总长６０ｍ，灌浆孔２０个，Ｃ—Ｄ 段灌浆范围总长６０ｍ，灌浆孔２１个。在实施过程中用先导孔优化设计。 （３）帷幕边界：帷幕下限原则上深入邻谷地面高程３～５ｍ，岸坡沿地 形布置，要求高于水库正常蓄水位３ｍ以上。 （４）孔排距：设计帷幕为单排孔，基本孔距３．０ｍ，遇溶洞裂隙部位加 密至１．５ｍ。分三次序交叉灌浆，钻孔为铅直孔，钻孔直径土坝段为 ＋９１ｍｍ，基岩段不小于＋７５ｍｍ。 （５）灌浆压力：灌浆压力宜通过灌浆试验确定，基岩帷幕设计初拟灌 浆压力为Ｏ．３ＮＰａ，基岩接触段应适当降低灌浆压力约０．２５ＭＰａ。 （６１灌浆段长：坝体与基岩接触段为２．０ｍ，一般灌浆段为５．０ｍ，溶洞 或裂隙段为２．０～４．０ｍ。 （７）灌浆方式和方法：灌浆方法为自下而上灌浆法和综合灌浆法。其 中：坝体与基岩接触段２．０ｍ须先行灌浆，方可进行以下部位的钻灌工 作。注浆管距孔底距离为３０～５０ｃｍ。 （８）灌浆材料：结合本工程的实际情况，灌浆采用Ｐ．Ｏ．３２．５普通硅酸 盐水泥。 （９）浆液变换：按自稀变浓原则，其中基岩帷幕浆液配比采用重量法 配制，即：５：ｌ、３：１、２：１、１：１、０．８：１、０．６：ｌ、０．５：１。 （１０）灌浆终孔标准：既要达到设计规定的压力值，又要要满足浆液 注入率不大于０．４１／ｍｉｎ，并延续３０ｍｉｎ。 （１１）机动检查孔布置：机动检查补强孔布置应针对地质复杂地段、 注入量较大的孔段及施灌时有中断现象等对灌浆质量有影响的地段；检 查孔压水试验应在该部位灌浆结束１４ｄ后实施，合格标准为透水率ｑ≤ 量。 式中：ｉ．＿一临界坡降； Ｇ＿土粒比重； ｅ——土孔隙比。 参考文献 『ｌ１谭界雄，位敏．我国水库大坝病害特点及除险加固技术概述『Ｊ１．中国水 根据工程资料，取 ＝２．７，ｅ＝１．０，计算出ｉ ＝Ｏ．８５考虑坝体材料为粘 利，２０１０，１８．［２］余承真．谈水库大坝除险加固设计ｆＪ】．城市建设理论研究，２０１２，１４． 性土，取安全系数为２，则大坝粘土允许抗渗坡降［Ｊ］＝０．４２５。 ［３］周万文．广西小型水库除险加固设计问题探讨硼广西水利水电，２００９，２． 本工程大坝下游坡渗透坡降按下式计算： ［４】周磊．水库除险加固设计中的大坝稳定及渗流计算 ．南水北调与水利 科技，２０１０，８（Ａ０２）：１３７ １３９． 根据《碾压式土石坝设计规范》（ＳＬ２７４—２００１）有关规定，对大坝渗流 情况进行了计算分析。 收稿日期：２０１３—９—２５ 作者简介：饶如良（１９６９—１，男，苗族，大专，工程师，主要从事水利工程建 ５库区帷幕灌浆设计 （１）设计依据：根据库区地层岩性特征等地质条件、工程规模以及 设管理和水利工程设计及施工方面的研究。
