李元慶，宋增偉

(沂水縣跋山水庫管理處，山東 沂水 276400)

1 概 述

由于經(jīng)濟、技術(shù)水平發(fā)展較為落后，我國早期修建的大壩質(zhì)量較低，在長期的使用過程中出現(xiàn)了不同程度的破壞。針對存在安全風(fēng)險的大壩采取相關(guān)的加固措施是十分必要的。目前，我國已有較多的大壩采取了除險加固治理工程措施[1-3]。在我國，土石壩是一種極為常用的壩型，但施工控制不嚴(yán)格則易出現(xiàn)地震液化、壩坡穩(wěn)定性不滿足要求等風(fēng)險[4-5]。

2 工程概況

跋山水庫安全工程等別為Ⅱ等，主壩為壤土心墻砂殼壩，東西副壩為壤土砂殼分區(qū)壩。主壩控制樁號0+439～1+289，壩頂寬7.5 m，凈寬7.0 m，壩頂高程185.65 m，防浪墻頂高程186.85 m。上游為干砌石護坡，174.00 m高程設(shè)寬度2.0 m的戧臺，164.00 m以下設(shè)頂寬25.00 m的復(fù)式拋石壓重體，坡比自上而下依次為1∶2.75、1∶3.0、1∶2.0。經(jīng)復(fù)核，現(xiàn)狀壩體不滿足抗震液化和抗滑移穩(wěn)定性要求。

3 除險加固方案

3.1 抗液化加固方案

3.1.1 加固方案比選

從液化產(chǎn)生的機理、初始應(yīng)力條件及控制液化開展等因素考慮，壩體抗液化安全加固可采取改善土體密實度、壓重增大土體上覆有效應(yīng)力、放緩坡度以及圍封限制液化開展等措施。1998年保安全加固時，對上下游壩腳進行了壓重加固，使壩基液化區(qū)域已遠(yuǎn)離土壩壩腳，壩基液化對壩體產(chǎn)生危害的可能性較小。根據(jù)工程現(xiàn)狀情況，僅對上游砂殼可能液化區(qū)域進行加固，主要論證壓重與振沖結(jié)合及壓重與翻壓結(jié)合兩個加固方案。

方案一 ：壓重與振沖結(jié)合方案。砂殼下部易液化區(qū)域進行壩前壓重，上部易液化區(qū)域振沖加固。該方案的主要優(yōu)點是，水下壓重水上振沖便于實施，可有效改善土體的初始應(yīng)力狀態(tài)及密實程度，提高抗液化能力。此方案的主要缺點是，振沖加固施工工作面大、周期長、造價高。加固方案見圖1。

圖1 壓重與振沖結(jié)合方案

方案二：壓重與翻壓結(jié)合方案。砂殼下部易液化區(qū)域進行壩前壓重，上部易液化區(qū)域采取翻壓加固。該方案的主要優(yōu)點是，壓重改善下部土體有效附加應(yīng)力，提高抗液化能力，翻壓加固便于操作，易控制。該方案的主要缺點是，翻壓加固工作面大，施工周期長。加固方案見圖2。

圖2 壓重與翻壓結(jié)合方案

經(jīng)上述比選論證，在保證大壩壩坡安全、降低工程造價的前提下，壩體抗液化安全加固采取壩前壓重與翻壓結(jié)合的方案。

3.1.2 抗液化加固設(shè)計

大壩樁號0+440～1+290段，上游167.5 m高程以下堆石壓重，平臺頂寬15.0 m，坡度1∶1.5。壩前壓重料可采用溢洪道出水渠開挖、溢洪閘拆除混凝土及防汛路擴挖石方，廢料利用較少工程占地和環(huán)境影響。砂殼翻壓長度范圍同壓重，底高程169.00 m，底寬15.0 m，施工臨時邊坡1∶1.7，砂殼翻壓后相對密度應(yīng)≥0.75。

上游砂殼翻壓時，庫水位應(yīng)控制在167.0 m以下，以減少孔隙水對砂殼翻壓的影響。施工期上游坡最危險滑弧安全系數(shù)為1.279，大于規(guī)范允許值1.25，滿足施工要求?；∥恢靡妶D3。

圖3 施工期上游坡最危險滑弧示意圖

3.2 上游壩坡加固方案

3.2.1 加固方案的論證

針對現(xiàn)狀上游坡石厚度偏小，風(fēng)浪作用下有效重量小、易受風(fēng)浪破壞的問題，可采取加大護坡石厚度、增加單位面積重量以及提高護坡整體性等措施保證上游護坡的運行安全。各加固方案論證見表1。

表1 大壩上游護坡加固方案論證

上述分析可見，大壩上游坡采用干砌石防護不具操作性，從大壩施工組織及統(tǒng)籌安排等方面重點比選方案二及方案三。

3.2.2 護坡厚度計算及方案確定

根據(jù)上游護坡設(shè)計型式，分別計算水庫在不同運行條件下的干砌石、漿砌石、混凝土板厚度。干砌石厚度計算采用式(1)-式(3)；混凝土板厚度、漿砌石厚度計算采用式(4)。

(1)

Q=0.85Q50=0.525pkD3

(2)

(3)

(4)

式中：η為系數(shù)；hp為累積頻率為1%的波高；b為沿壩坡方向板長；pc為板的密度；D、D50為石塊換算的球徑、平均球徑；Q、Q50為石塊質(zhì)量、平均質(zhì)量；t為護坡厚度；Kt為與坡率有關(guān)的系數(shù)；pk、pw為塊石、水的密度。

1) 計算工況。分別計算正常運行條件下興利水位178.00 m、設(shè)計洪水位179.95 m及多年平均最低水位171.00 m時的護坡厚度，非常運行條件下萬年一遇校核洪水位184.34 m及5 000年一遇洪水位183.30 m時的護坡厚度。

2) 計算參數(shù)。波浪要素同壩頂超高計算；干砌塊石容重27 kN/m3，漿砌石容重24 kN/m3，混凝土板容重25 kN/m3；選取縱向格梁間距作為沿壩坡向計算長度，格梁間距初擬為3.0 m；混凝土板沿坡向計算長度5.0 m，壩面坡度1∶2.75。

3) 計算分區(qū)。根據(jù)壩面位置及擋水高度的不同，分別計算主壩、東副壩、西副壩不同計算工況下不同護坡型式的厚度。

不同壩段各計算工況下干砌石、漿砌石、砼板護坡厚度計算結(jié)果見表2。

表2 大壩護坡厚度計算結(jié)果 /m

由上述計算可知，干砌石護坡最大厚度0.41 m，漿砌石護坡最大厚度0.25 m，混凝土板護坡最大厚度0.19 m；主壩處計算厚度最大，東西副壩厚度相近。安全鑒定時，檢測上游護坡厚度分別為：主壩18～28 cm，副壩16～27 cm，壩頂附近厚度相對較大。

結(jié)合大壩現(xiàn)狀護坡情況及計算結(jié)果，為充分利用現(xiàn)有建材并保證護坡的耐久性，宜采用混凝土格梁內(nèi)嵌細(xì)石砼砌石方案。

3.3 下游壩坡加固方案

東西副壩下游壩腳以上3.0 m范圍設(shè)貼坡排水。護坡石厚度控制在15～25 cm。貼坡與現(xiàn)狀壩體之間設(shè)碎石反濾過渡層，0.5～4 cm碎石層厚200 mm。加固后，穩(wěn)定性計算參數(shù)和計算結(jié)果見表3。由表3可知，大壩防滲加固和壩后壓重后各計算斷面壩坡抗滑安全系數(shù)滿足規(guī)范要求。

表3 計算參數(shù)

大壩上游坡抗滑控制工況為興利水位下遇8度地震，最小安全系數(shù)為1.284，主壩段為控制斷面；大壩下游坡抗滑控制工況為設(shè)計水位下遇8度地震，最小安全系數(shù)為1.203，主壩段為控制斷面。主壩地震工況為大壩壩坡穩(wěn)定控制條件。見圖4-圖6。

圖4 0+290斷面最危險滑弧示意圖

圖5 0+890斷面最危險滑弧示意圖

圖6 1+290斷面最危險滑弧示意圖

4 結(jié) 論

1) 通過方案比選，選取壩前壓重與翻壓結(jié)合方案，以保證壩體滿足抗液化安全需要，具有投資低、加固效果好等優(yōu)點。

2) 采用混凝土格梁內(nèi)嵌細(xì)石砼砌石方案加固壩體上游壩坡，采用貼坡加固下游壩坡，可改善上游壩坡穩(wěn)定性較低的現(xiàn)狀。經(jīng)數(shù)值模擬計算，加固后壩坡穩(wěn)定性滿足要求。