軍民水庫除險加固設計中若干問題淺析和體會

1、軍民水庫除險加固設計中假設干問題淺析和體會摘要：本文結合江西省軍民水庫的除險加固設計，就病險土石壩除險加固設計的防洪標準確定、大壩根底資料分析和整理、除險加固方案選擇以及大壩監(jiān)測系統(tǒng)完善等問題進展討論，并提出建立性的意見。關鍵詞：軍民水庫除險加固設計假設干問題軍民水庫位于江西省波陽縣境內的鄱陽湖水系潼津河北支流上，控制流域面積131K2，水庫正常蓄水位82.5，相應庫容1.421083，復核后校核洪水位85.65P=0.05%，總庫容1.81083，大壩原設計為心墻土壩，經現(xiàn)場取樣試驗說明為類似均質壩，壩頂高程89.6，最大壩高39.0，是一座以灌溉為主、結合防洪、發(fā)電、養(yǎng)殖、航運等綜合利用的

2、大二型水利工程。工程于1971年開工興建，1972年建成并投入使用。水庫屬于邊勘測、邊設計、邊施工的“三邊工程，且工程施工依靠大規(guī)模的群眾運動完成，使得施工質量難以控制以及壩基處理不到位，給工程留下隱患。19921995年，雖對壩身采用沖抓套井粘土防滲心墻加固，但防滲效果不明顯。2000年7月，大壩平安類別鑒定為三類，應進展除險加固。1合理確定防洪標準軍民水庫大壩屬于2級建筑物，在建立初期采用的校核洪水標準為1000年一遇，水位為85.2，70年代后期，又采用最大洪水標準，水位達88.25，兩者水位相差3.05。顯然，1000年一遇不能滿足?防洪標準?的要求；假設繼續(xù)采用最大洪水標準，又高于?

3、防洪標準?的要求，且大壩需加高或擴大溢洪道泄洪斷面，既增加工程投資，又不能增加有效庫容。由于本水庫庫容系數(shù)達0.76，屬多年調節(jié)水庫，結合工程建筑物級別，根據(jù)工程運行情況，參考已建大中型土石壩工程防洪標準的取值，按照有關規(guī)定，確定校核洪水標準為規(guī)定取值的下限，即2000年一遇。2大壩原型觀測資料分析和整理軍民水庫滲流觀測設施很不完善，僅有滲流壓力觀測，無滲流量觀測及水雨情觀測。由于1974年埋設的測壓管在1976年大壩加固時遭堵塞廢棄，其觀測資料無從查找。現(xiàn)有測壓管為1989年埋設，1990年5月開場觀測，共31根，其中壩身測壓管14根，壩基測壓管9根，設在0+137.3、0+223.3、0+

4、309.3斷面，其中壩身測壓管每斷面各4根，另外在0+70.3、0+370.7壩軸線位置各1根，壩基測壓管每斷面各3根；繞壩測壓管8根，其中左岸4根，右岸4根，其中31#管已埋入土中。測壓管平面布置圖見圖1。測壓管由人工進展觀測，手段落后、精度低，觀測資料未得到整編分析，因此大壩除險加固前的防滲體系的防滲效果如何以及大壩滲流性態(tài)不明。在除險加固設計中，根據(jù)測壓管水位觀測資料，結合每一根測壓管繪制了水位歷時過程線、位勢過程線和壩體、壩肩等水位線以及壩基滲流壓力等勢線、大壩剖面浸潤線等圖，進展分析和整理。2.1水位過程線分析在測壓管水位過程線中，其中有些明顯異常高于正常的測值，如管水位明顯高于庫水

5、位等，分析為人為因素或降雨影響引起，在排除滯后效應的影響后，予以剔除。2.1.1壩身測壓管：壩左端0+70.3斷面13#管的水位與庫水位無相關性。左壩段0+137.3斷面，1#、2#、3#、4#測壓管中，2#、3#、4#管水位變化很小，與庫水位的變化相關性不明顯，說明靈敏度較差，資料不可靠；1#管與下游水位的相關性較明顯。壩中段0+223.3斷面的5#、6#、7#、8#測壓管中，6#管水位與庫水位變化根本一致，但變幅較小，與其靠近下游有關；7#管水位變化很小，與庫水位無關，且變幅小于其下游的6#管，說明靈敏度差；8#管在高水位時與庫水位明顯相關和有滯后效應；5#管水位明顯與下游水位相關。右壩段

6、0+309.3斷面的9#、10#、11#、12#測壓管中，9#、10#、11#與庫水位相關性較好，12#管主要在高水位時與庫水位相關性較好。12#管的滯后效應十清楚顯，但其下游的10#、11#的管水位根本一樣，滯后效應不明顯，是不正常的，反映了壩體填筑質量差，透水性強，在部分如在10#、11#管之間可能存在強透水帶。壩右端的14#管水位與庫水位變化根本一致，相關性非常親密，滯后效應不明顯，反映右壩段透水性強。在整個壩身測壓管中，當水庫維持在較高水位不變的運行條件下，5#、9#、14#管的水位均隨時間顯示出負增長，說明原來的防滲體系發(fā)揮了一定的作用。2.1.2壩基測壓管：左壩段0+137.3斷面

7、15#、16#、17#管的管水位與下游水位接近且相關性明顯，與庫水位根本不相關，反映該斷面附近上游的粘土截水齒墻或原心墻的截滲效果好。壩中段0+223.3斷面的18#、19#、20#管中，19#管與下游水位相關性好，反映該斷面附近上游的粘土截水齒墻或原心墻的截滲效果好。18#、20#管水位與庫水位不相關，18#管水位甚至超過了上游側的19#管水位，估計是粘土套井施工時淤塞了該管，其觀測資料剔除。右壩段斷面位于原施工導流渠附近，21#、22#、23#管的靈敏度均較好，與庫水位的相關性較明顯，管水位明顯高于其他兩斷面的壩基測壓管水位。2.1.3繞壩測壓管：繞壩測壓管特別在高水位時，表現(xiàn)出與庫水位很

8、強的相關性，滯后效應不明顯，說明靈敏性較好。繞壩測壓管水位明顯高于縱向一樣位置的壩身測壓管，越靠近下游越明顯；壩右端的28#、29#、30#管水位均呈增長變化，靠近上游側的管水位根本不變，而滲流出口段的水位不斷上升；對壩體和壩肩穩(wěn)定不利。2.2位勢變化分析繪制年平均位勢和最高位勢過程線。對靠近下游側的測壓管以及沒有或細微淤塞的測壓管，平均位勢與最高位勢根本相近，變化趨勢也一致，采用平均位勢分析；淤塞嚴重和透水管下端靈敏度變差的測壓管，宜采用最高位勢進展分析。2.2.1壩身測壓管：左壩段0+70.3斷面的3#管、0+137.3斷面的1#、2#、3#、4#管和壩中段0+223.3斷面的5#、6#、

9、7#、8#管，在1995年前，位勢根本保持穩(wěn)定，說明壩體滲流性態(tài)正常；1995-1997年，位勢有所下降，靠近上游側降幅越大，向下游逐漸遞減，估計是1992-1995年加固的粘土套井防滲墻發(fā)揮了一定作用；自1997年以后各管位勢上升接近到原來程度，反映防滲墻逐漸失效，正好印證了原粘土料質量差及施工質量不佳。出口段的5#、6#管位勢近年來明顯上升，且5#管的升幅高于6#管，說明下游排水棱體可能因淤堵，排水功能下降。右壩段0+309.3斷面的9#、10#、11#、12#管和0+370.7斷面的14#管，1995年以前，除下游靠近滲流出口的9#管位勢根本保持穩(wěn)定外，其余管位勢呈較明顯上升變化，不能排

10、除右壩體的滲流狀態(tài)有所惡化、發(fā)生浸透流失的可能性；與觀測到的0+360左右的棱體上部高程60.0馬道內緣發(fā)現(xiàn)一滲漏逸出點群相符合。1995年后位勢有所下降，與粘土防滲墻有關。近年所有管的位勢又開場上升，說明粘土防滲墻逐漸失效，但高水位的位勢仍較粘土心墻施工前略低，可能是由于右壩段施工了兩排粘土套井的原因，其仍在發(fā)揮一定的防滲作用。估計隨著時間推移，其防滲作用會逐漸喪失。從整個壩體的位勢分布看，壩體浸潤線高，壩軸線附近的位勢超過70%，反映了粘土心墻未發(fā)揮明顯作用，證明了上部壩體程度向透水性強?？拷蟆⒂覊晤^附近壩體內的等水位線與壩中相比，明顯偏向下游，主要是受繞壩滲漏影響，說明繞壩滲流嚴重。右

11、壩段比左壩段位勢分布要高，反映了右壩段上部壩體的透水性和繞壩滲流比左壩段強。2.2.2壩基測壓管：左壩段0+137.3斷面的測壓管位勢較低，無明顯趨勢性變化，說明粘土截水槽截滲效果好，壩基產生滲流破壞和變形可能性校壩中段0+223.3斷面的位勢，在1993年前，比左斷面略低且穩(wěn)定；1993年后，經分析，測壓管估計失效。右壩段0+309.3斷面的位勢均比其它兩個斷面的要高，壩軸線位置高達30%，下游側高近10%，可能是原施工導流渠滲漏、放空底涵裂縫漏水和右岸繞壩滲漏等原因引起。1995、1996兩年的位勢有明顯的降低，可能粘土心墻發(fā)揮了作用，近年壩基位勢又逐漸上升，說明防滲墻質量不佳，根本失效。

12、經位勢推算，在設計或校核洪水位下，有可能產生滲流破壞和變形。2.2.3繞壩測壓管：左、右壩肩的繞壩測壓管位勢均較高，且呈上升變化趨勢，越向下游升幅越大，反映繞壩滲流不穩(wěn)定。綜合觀測資料分析，壩體上部質量差，1992年施工的粘土套井心墻在選料、施工質量等方面存在缺陷，未起到預期防滲效果，壩體位勢較高；推算高水位時，滲流會自下游壩坡半壩高以上逸出?？赡艽嬖谑┕Я髑B漏、放空底涵裂縫漏水。右壩基有可能產生滲流破壞和變形的可能。左、右岸壩頭山體內位勢很高，呈上升變化趨勢，繞壩滲流嚴重。3地質勘探資料分析和評價軍民水庫曾先后于1972、1976、1992年三次在大壩鉆孔取樣并進展了室內土工試驗。為進一

13、步分析軍民水庫滲漏的原因，分清是壩體滲漏、接觸滲漏、壩基滲漏還是繞壩滲漏及其詳細部位，印證原型觀測資料的分析結果。本次對前三次的試驗成果和鉆孔壓水試驗結果進展分析和評價。在分析中，對容重、浸透系數(shù)等的統(tǒng)計分析，分斷面、高程進展，剔除明顯不合理的數(shù)值，防止以整個大壩為單位的的平均值、大值、小值平均值統(tǒng)計，不能合理地分析各壩段的質量；為設計提供準確的設計參數(shù)。如個別點浸透系數(shù)反常，拉大了平均值，使粘粒含量、礫石、沙礫、粉粒含量較合理的土質，其浸透系數(shù)平均數(shù)竟高于10-4/S的現(xiàn)象。以同一庫水位時的柱狀圖水位來復核測壓管實測及設計推算的壩體浸潤線；以壓水試驗值來復核評價壩基和繞壩滲漏。通過分析，壩體

14、高程69.0以上土層密實度差，右壩段在高程69.0附近自上而下均為風化料填筑，填筑土的干密度比左壩段的小；各斷面的土質屬中等壓縮性，隨時間增長密實性漸趨均勻，但右壩段的填土質量仍比左壩段差；右壩段的透水性比左壩段的大，最大K=1.910-3/S，左壩段的K值范圍為3.010-74.4710-4/S。壩基相對不透水層頂板埋深一般為25-30，其上部相對透水層值一般為10220Lu，屬較嚴重嚴重透水層，壩基存在滲漏問題。壩肩相對不透水層頂板埋深一般為20-30，其上部相對透水層值一般為14113.1Lu，屬中等透水嚴重透水層，壩肩存在繞壩滲漏問題。鉆孔水位根本與測壓管水位根本保持相對應的關系。為更

15、直觀的理解大壩的情況，對下游壩坡、排水棱體上進展了探井、探槽等原始的地勘方法。發(fā)現(xiàn)壩體85.6高程以上土料有架空現(xiàn)象，由較多的碎石、塊石及風化料填筑；右壩段69.15高程附近有風化料填筑，填筑松散，多處架空，與60.6平臺內緣的滲水逸出點群有直接關系。左壩段69.4高程以上土層松軟潮濕，并有多處滲水、塌方和裂縫。未發(fā)現(xiàn)接觸滲漏。排水棱體挖開后，發(fā)現(xiàn)有淤塞現(xiàn)象。地勘工作成果與原型觀測資料分析結果根本吻合。4除險加固方案的選擇軍民水庫大壩存在的工程質量問題主要是壩基、壩體和繞壩滲漏問題及因滲漏使壩體浸潤線抬高造成壩坡不穩(wěn)的問題。設計就是要著重解決大壩的滲漏問題，建立起一道完好、封閉、可靠的防滲屏障

16、，使大壩平安穩(wěn)定。目前對大壩滲漏處理的總原那么是“上堵下排“。上堵的措施有垂直防滲和程度防滲，隨著技術的開展，垂直防滲除原有的粘土鋪蓋、沖抓套井粘土心墻、壩體灌漿、砼防滲墻和帷幕灌漿方法外，還有近幾年開展很快的塑性砼防滲墻、高壓噴射砼墻、射水造孔砼墻和土工膜防滲等方法；程度防滲有粘土土工膜鋪蓋和水下拋土等。下排的措施有：在背水坡腳設導滲溝、壩后壓蓋、減壓井和修復排水棱體等。軍民水庫結合工程存在的問題，考慮了復合土工膜面板防滲、上游粘土斜墻防滲、沖抓套井回填粘土心墻防滲、壩中塑性砼防滲墻等方案，壩基均采用帷幕灌漿防滲。通過地形及地質情況、工程施工條件及難易條件、工程直接投資方面來看，沖抓套井回填

17、粘土心墻方案較為優(yōu)越，投資省，防滲體更適應變形。但從1992-1995年粘土心墻處理情況看，本地粘土質量較差，防滲效果不明顯和平安度差；且與壩基帷幕灌漿難以銜接。而壩中塑性砼防滲墻方案那么可防止上述問題，防滲體也適應變形，投資相差約3%。因此本次推薦了壩中塑性砼防滲墻方案。5大壩平安監(jiān)測系統(tǒng)完善大壩平安監(jiān)測是評價施工質量、驗證設計并指導工程平安運行的根據(jù)。軍民水庫大壩現(xiàn)狀監(jiān)測設施僅有人工觀測的測壓管，部分測壓管淤塞嚴重，觀測精度差，整理難度大，速度慢；同時缺乏水情、雨情、滲流量觀測，無連續(xù)庫水位和降雨觀測資料，在相關分析時只有忽略滯后效應和降雨因子的作用，造成對滯后效應和降雨干擾明顯的測壓管的

18、擬合精度有較大影響；不能及時準確反映工程的運行情況。本次設計中按水利部頒發(fā)的?土石壩平安監(jiān)測技術標準?進展，以滲流觀測為主，配齊必要的觀測設施，實行自動化實時監(jiān)測，以人工監(jiān)測復核。主要監(jiān)測工程包括：壩體變形觀測、壩體滲流壓力監(jiān)測、壩基滲流壓力監(jiān)測、繞壩滲流監(jiān)測、庫水位和下游水位監(jiān)測、壩區(qū)雨量監(jiān)測等工程。共設有變形觀測標點30個；設有浮筒式庫水位計和下游壓力式水位計各1個，安裝超聲波水位計用于檢測壩后滲水量及繞壩滲水量；滲流觀測為保持觀測資料的連續(xù)性，仍按原斷面和測點布置，在原有測壓管安裝鋼弦式孔隙水壓力計；但在塑性砼墻前后各布1個測點，在原施工導流渠、放空底涵位置增加觀測點。設有壩區(qū)雨量計1個

19、；所有觀測設備均通過電纜與樞紐管理處工作站計算機連接。6體會和建議6.1病險土石壩的除險加固任務艱巨：5060年代，我國修建了大批的土石壩工程，由于當時特定的歷史條件，存在嚴重的“三邊現(xiàn)象，防洪標準低，質量控制不嚴，尾工和隱患較多，時刻威脅下游人民生命財產平安和限制了當?shù)氐慕洕_展。江西省上饒市轄區(qū)內病險水庫共14座大中型和85座小一型水庫，就全部為土石壩。必須本著實事求是的原那么搞好大壩的平安鑒定工作，要精心設計，遵循哪兒有險、有病就除險加固哪兒，缺什么就補什么的原那么，裝備必要的管理設施和大壩平安監(jiān)測設施，既要徹底除險加固又要經濟平安，把有限的資金用到最需要除險加固的地方和工程。6.2病險

20、土石壩防洪標準確實定：由于我國水利水電工程制訂的防洪標準在60年代過低，給工程留下極大的隱患；70年代后期因受河南“75.8洪水影響，又一度標準過高，致使工程難以施行到位。應嚴格按照?防洪標準?GB5020194和?水利水電工程等級劃分及洪水標準?SL2522000的有關規(guī)定，結合水庫庫容、調節(jié)性能、效益指標和本區(qū)域水庫防洪水位運行等情況重新復核確定，一般庫容小于21083且為多年調節(jié)的水庫防洪標準采用規(guī)定取值的下限，是合理平安可靠的。有些符合?防洪標準?“當山區(qū)、丘陵區(qū)的水庫樞紐工程擋水建筑物的擋水高度低于15，上下游水頭差小于10時，其防洪標準可按平原區(qū)、濱海區(qū)的規(guī)定確定規(guī)定的山區(qū)、丘陵區(qū)

21、病險庫，原設計時采用了一種不尷不尬的標準：校核洪水標準既低于山區(qū)、丘陵區(qū)的規(guī)定防洪標準，又高于平原區(qū)、濱海區(qū)的規(guī)定防洪標準。在設計時應考慮平原區(qū)、濱海區(qū)與山區(qū)、丘陵區(qū)防洪標準的規(guī)定取值相比擬低，結合水庫的運行情況，校核洪水標準應采用平原區(qū)、濱海區(qū)規(guī)定的防洪標準取值的上限。6.3重視原型觀測和勘探資料的搜集與整理：現(xiàn)有水庫原型觀測資料的整理、分析和對大壩進展探井、鉆孔取樣、鉆孔注水滲水等地質勘探工作，是論證大壩性態(tài)的重要手段，也是土石壩的平安評價、加固或擴建的根據(jù)。大壩原型觀測資料的整理和分析以及地勘工作要到達規(guī)程標準要求的深度，要重視探井、探槽等原始的地勘方法。對測壓管資料要逐管進展水位過程線和位勢過程線及相關性的分析；設計部門和地勘部門要互相協(xié)作、印證；對獲得的成果要認真分析和統(tǒng)計，尤其是土工試驗成果和一些滲流監(jiān)測成果，對出現(xiàn)的一些反?，F(xiàn)象應認真研究，提出符合實際的設計參數(shù)，以確定合理經濟可靠的除險加固方案。6.4病險土石壩除險加固方案選擇：病險土石壩存在的工程質量問題，詳細表如今滲漏、滑坡和裂縫，主要是壩基、壩體和繞壩滲漏問題及因滲漏產生浸透破壞及使壩體浸潤線抬高造成壩坡不穩(wěn)的問題，即防滲加固問題。在設計中，要認真分析滲漏的原因，分清是壩體滲漏、接觸滲漏、壩基滲漏還是繞壩滲漏及其詳細部位，只有在查清了大壩隱患產生的原因，才能有的放矢，合理采用“上堵和“下