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禾仓石水库大坝工程加固设计

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该水库大坝坝型为均质土坝,土坝坝顶高程为66.00m;坝顶长92m,坝顶宽4m;最低河床高程43.86m,最大坝高22.14m;迎水坡坡度分别为1:2.25,1:2.5,1:2.75,背水坡坡度与上游坝坡相同,两个平台各宽1.5m。
        1、大坝浸润线计算
        参照《农田水利工程》中有关渗流计算的方法,对水库大坝进行渗流计算。
        1.1 基本资料
        土坝高度H 22.14m;坝体为透水地基上的均质土坝,渗透系数K=0.0003cm/s,透水地基上的渗透系数KO=O.003em/s;坝顶宽度b=4m;上游坡度2.694;下游坡度2.604;下游水深H2=Om;坝基厚度T=10m为降低大坝浸润线逸出点高程,在后坡脚处设堆石棱柱体反滤,顶宽1.5m,高5ra,上游坡度为1,下游坡度为1.5,反滤料:粗砂、碎石厚度各为0.25m。
        1.2 浸润线计算
        本工程浸润线计算采用《水利水电工程PC一1500程序集》土坝设计软件包(K)计算(微机版),按达西定律计算堤坝渗流,确定浸润线位置。由于加固前大坝不能满足安全运作要求,且下游坝坡陡于上游坝坡,故只作正常水位工况下的坝体稳定渗流浸润线计算;加固后下游坝坡陡于上游坝坡,不作库水位在1,3坝高附近时坝体稳定渗流浸润线计算。计算成果见《土坝渗流计算书》。
        2、 大坝稳定分析计算
        水库原有大坝为均质土坝,由于受水流冲刷及坝身填土不均匀沉降影响,坝面变形较严重,迎水坡坡率为1:2.25 1:2.75,背水坡坡率为1:2.1—1:3。现对最大坝宽进行坝坡抗滑稳定分析。稳定计算方法采用瑞典圆弧法的有效应力简化法,采用应用软件TB一6—2进行稳定系数计算障见计算书)。
        2.1 加固前
        正常蓄水位稳定渗流条件下的下游坝坡:
        Kmin=1.512>[k]=1.25
        由计算成果可知:加固前在正常蓄水位时大坝能满足稳定要求。库水位从设计洪水位(64.08m)降正常蓄水位(61.20m)的非稳定渗流上游坝坡:
        Kmin=1.022<[k]=1.15 不能满足要求。
        2.2 加固后
        正常蓄水位(61.20H日稳定渗流条件下的下游坝坡:
        Kmin=1.627>[k]=1.25
        库水位从设计洪水位(64.08m)降正常蓄水位(61.20m)的非稳定渗流上游坝坡:
        Kmin=1.219>[k]=1.15
        由计算成果可知:加固后大坝坝坡稳定计算能满足各种情况时稳定要求。
        3、大坝存在问题及加固措施
        经现场勘查和上面的复核计算分析,得出以下问题的分析和解决的方法以及相应的加固措施:
        3.1 大坝存在主要问题
        3.1.1经过长期受风浪淘刷造成坝坡不平整,坝后坡受降雨水流冲刷,坡面局部变形较严重,大坝有交通要求需新建防浪墙。
        3.1.2大坝建成后运行时间较长,管理跟不上,造成原反滤体堵塞,浸润线抬高,坝体渗漏大,后坝坡出现多处漏水点,另外坝体发现蚁巢和白蚁侵害。
        3.1.3坝后坡受雨水的长期冲刷,坡面不平整,局部地方出现沟状水土流失。
        3.1.4大坝背水坡未设置坝坡排水沟,坝肩未设置排水沟。
        3.2 加固措施
        3.2.1 现设计结合原大坝现状对坝面进行整治,加高培厚后,迎水坡坡率为1:2.75,并在48.86m高程处设置宽为1.5m的平台,并修建前坡齿墙,齿墙高2m,顶宽0.6m,底宽1.65m;背水坡在60.33m和54.60m高程处设置马道及排水沟,总宽度为1.5m,排水沟断面尺寸宽x高为0.3x0.4m;背水坡按坡率的不同分为三级,第一级坡率1:2.25,第二级坡率为1:2.5,第三级坡率为l:2.7,坝顶宽度为4m,铺200厚泥结石作为路面。
        3.2.2 坝顶宽原为4m,加固后坝宽仍采用4m。坝顶采用泥结石路面,厚200ram。
        3.2.3 坝前坡用现场浇筑砼块护坡,其优点有:(1)砼护坡厚度比块石护坡厚度减小;(2)比块石护坡节省材料及投资;(3)坝坡面更为美观。为便于施工,取砼板厚t=lOOmm,下面采用lOOmm厚砂石混合级配垫层。砼标号为C20级,砼板长×宽为4mx5m,每块板之间分缝采用四油三毡填缝,为稳定砼护坡,护坡底部需设一浆砌石齿墙,浆砌石采用M7.5号水泥砂浆砌结,齿墙高为2m,顶宽0.6m,底宽1.65m。
        3.2.4 整平坝后坡并直播种草护坡,设置坝坡和坝肩排水沟及行人步级。现计划对后坡两肩布置排水沟,排水沟高×宽为400mmx300mm,排水沟及步级采用M7.5浆砌石砌结,1:2水泥砂浆批挡。
        3.2.5建后坝脚反滤体及其排水沟。本水库工程坝高为22.14m,设计采用棱体反滤,反滤体高为5m。根据前面的坝体浸润线计算成果,确定反滤体高度为5m,反滤体顶宽取1.5m,反滤体顶采用M7.5浆砌石压顶。反滤体后建排水沟,高x宽为400mmx300mm。

        3.2.6坝体进行白蚁防治,坝面及周.边地区药物诱杀白蚁共1000~,诱杀后对巢灌浆2巢,并对坝体进行充填灌浆。具体灌浆设计布置见后面大坝灌浆设计。
        3.2.7坝体防渗采用复合土工膜(二布一膜)进行处理。
        4、坝基灌浆设计
        4.1 灌浆布置
        大坝计划沿坝顶轴线方向布设2排灌浆孔,排距为2.0m,灌浆孔布置在坝顶轴线稍偏上游,第一排距离防浪墙外边lm,孔距为6.1m,两排钻孔呈梅花形布置,钻孔灌浆至坝基以下1.0m,主坝布置灌浆孔共3O孔,孔深共计381.5m。
                                                     大坝灌浆孔孔深计算表
       

4.2 灌浆设计
        (1)灌浆材料
        灌浆材料采用粘土拌水泥混合浆,要求水泥粘土比例为1:9,浆液容重为1.3一1.6 m3。配制水泥粘土浆所用的粘土要求遇水以后,能迅速崩解分散,吸水膨胀,具有一定的稳定性和粘结力,选择粘土时要注意以下两点:①粘土塑性指数应为10~20;②粘粒含量30 50%;③粉粒含量40—60%,砂粒含量小于10%。
        (2)造孔设计
        采用XJ100一A型钻机造孔,钻孔直径为90mm,采用干法造孑L或少量注水湿钻、造孔应保持铅直,偏斜率不得大于孔深的2%。钻孔深度要求钻至坝基以下1.0m。
灌浆孔造孔顺序为:先坝中后坝肩,先坝顶轴线上游排再下游排,先深后浅的施工方法。


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