黑龙潭水库除险加固工程中的综合技术措施
2008-09-10 15:41:01 来源:
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电力18讯: 摘 要:本文就黑龙潭水库除险加固工程勘察设计过程中,对大坝的病险原因作了分析研究,提出了针对性较强的应对措施和处理方案,重点介绍了坝体结构设计要求和主要设计成果,对综合措施处理后的效果作了分析说明。
1.工程概况
黑龙潭水库位于珠江流域南盘江水系巴江河东支源头,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,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。
2.大坝出险及病险原因分析
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20~45cm,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40~60%,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=0.93~1.07,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。
3.应对措施提出
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排水条件,促进坝脚及坝基的排水畅通。
4.坝体结构设计要点
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
1.工程概况
黑龙潭水库位于珠江流域南盘江水系巴江河东支源头,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,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。
2.大坝出险及病险原因分析
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20~45cm,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40~60%,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=0.93~1.07,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。
3.应对措施提出
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排水条件,促进坝脚及坝基的排水畅通。
4.坝体结构设计要点
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
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