橡胶坝消力池底板失稳原因分析及处理

(1) 消力池底板所受扬压力过大是造成失稳的直接原因 。 根据消力池底板及陡坡失稳后的现场情况分析 ,失稳的过程为 : 消力池底板破坏在先 ,陡坡破坏在后 。消力池底板在扬压力 (渗 透压力与浮托力之和) 作用下 ,克服自身重力上浮 ,然后陡坡顺 坡下滑 ,并在下泄水流作用下向下游倾斜 ,两侧陡坡在中间 3 块 下滑后向中间侧翻 。由此可见 ,扬压力过大是造成消力池失稳 最直接的原因 。
(3) 其他消力池底板和陡坡的处理措施 。对消力池底板上 所设排水孔进行疏通 ,疏通方法是 :首先人工把排水管中填入的 碎石掏出 ,然后用钢钎插入管中 ,用力向下插入至反滤层 ,将下 部固结的滤料破碎 ,确保其排水通畅 ; 对陡坡的处理主要是减 压 ,在陡坡中部沿坝轴线方向间距 2 m 钻两排直径 50 mm 的减 压孔 ,孔中插入 DN40 塑料排水管 ,排水管与钻孔之间用膨胀水 泥嵌缝 ,管头用土工布包扎好 ,管中自下而上充填粗砂 、小石子 和中石子 ,以防止渗透压力过大 ,产生渗透变形 ,排水管的设置 可以起到辅助减压的效果 。
2. 2 失稳原因分析
发现上述失稳情况后 ,有关单位迅速采取措施 ,开启左侧的 泄水闸 ,降低橡胶坝前水位 ,以防止消力池底板及陡坡下面遭受 到冲刷破坏和渗透变形 ,同时防止其他部位出现类似情况 ,并组 织有关单位和专家对失稳原因进行分析 ,制定了处理方案 。根 据有关资料 ,结合工程实际情况 ,对发生失稳的原因作出了如下 分析 :
(4) 溢流时可能对消力池底板产生的脉动上举力是造成失 稳的诱发因素 。橡胶坝顶溢流时水流冲击底板 ,有可能通过板 块分缝进入底板缝隙层中 ,并迅速传播开来 ,产生脉动上举力 , 促使消力池底板失稳上浮 。
3 处理方案
针对上述消力池底板失稳原因的分析 ,提出了治本的方法 是 “: 上游堵 ,下游排”。即对上游粘土铺盖进一步加强防渗 ,对 下游陡坡及消力池排水减压 ,具体汶河的中上游 ,为一河道拦 蓄工程 ,由 3 跨橡胶坝和 2 孔泄水闸组成 ,总宽度 207 m ,橡胶坝 单跨长度 66 m ,坝袋设计高度 4. 0 m ,泄水闸单孔宽度 2. 0 m ,闸 门高度 3. 0 m ,坝址以上河床平均比降 0. 2 %。该橡胶坝的主要 功能是向山东泰丰纺织集团及其所属热电厂提供生产用水 ,兼 起拦蓄地表径流 ,涵养地下水的作用 。该坝正常蓄水位 190. 0 m ,相应库容 200 万 m3 ,工程于 2003 年 3 月动工兴建 ,2003 年 10 月竣工蓄水 ,当年蓄水未达到设计高度 。橡胶坝底板建于含砾 石的中粗砂地基上 ,基面以下属强透水层 ,底板为长 13 m、厚 0. 9 m的钢筋混凝土 ,底板前后齿槽深均为 1. 6 m ,钢筋混凝土底 板下为厚度 1. 7 m 的浆砌块石基础 。底板上游接长 10 m、厚 0. 5 m 的钢筋混凝土铺盖 。钢筋混凝土铺盖前面为长 15 m、厚 0. 5 m 的粘土铺盖 ,底板下游由长 8 m、厚 0. 5 m、坡比为 1∶4 的钢筋 混凝土陡坡与消力池相接 ;消力池长 10 m ,底板厚度 0. 5 m ,尾 坎高度 1. 0 m。消力池后浆砌石海漫长 25 m ,其剖面结构如图 1。
4 泄水 、输水建筑物加固
应根据工程总布置方案比选成果 ,泄水 、输水建筑物病险情 况 ,对泄水 、输水建筑物的溢洪道 、隧洞 、涵管等进行改 (扩) 建加 固等措施 。
病险土石坝工程较多输水建筑物 (灌溉引水等) 采用涵管 (浆砌石 、混凝土) ,断面尺寸小 ,人不能进涵管施工 ,一般应封堵 涵管 ,另开隧洞输水 ,或拆除涵管重新修筑断面较大 [ 如 1. 2 m ×1. 8 m(宽 ×高) ]的新涵管 ,并宜将基础置于基岩上 ,便于今后 检修 、运用 。
(1. 山东省莱芜市雪野水库管理处 ,山东 莱芜 271115 ; 2. 山东省莱芜市水利建筑安装工程有限公司 ,山东 莱芜 271100)
摘要 : 泰丰橡胶坝自 2003 年 10 月竣工即开始蓄水 ,2004 年 6 月 3 日 ,橡胶坝蓄水至设计高度 4. 0 m 时 ,消力池 底板和陡坡发生失稳破坏 ,现场情况为 :消力池底板上升 ,陡坡下滑插入消力池底板下面 ,两侧陡坡向中间侧 翻 ;另外 ,其他消力池底板亦有轻微上升现象 ,上升高度为 5～20 mm 不等 。主要原因为 :消力池底板所受扬压 力过大是造成失稳的直接原因 ;消力池底板排水孔排水不畅或失效是造成失稳的主要原因 ;上游粘土铺盖防渗 效果差是造成失稳的原因之一 ;溢流时可能对消力池底板产生的脉动上举力是造成失稳的诱发因素 。通过对 失稳原因的分析 ,提出了堵 、减 、排相结合的处理方案 ,处理完工后经受了 2005 年汛期较大洪水的经验 ,原发生 失稳的位置及其他部位均未有异常情况发生 ,说明该工程采取的处理方案是有效可行的 。 关 键 词 :橡胶坝 ; 消力池底板失稳 ; 扬压力 ; 处理措施 ; 排水 中图分类号 : TV653 文献标识码 : A
约为 60 m3Πs ,此时部分消力池底板和陡坡发生失稳破坏 ,破坏 的消力池底板和陡坡位于左侧一跨 ,共计 5 块消力池底板及陡 坡 ,每块沿坝轴线方向长度均为 10 m。失稳后现场情况为 : 消 力池底板 (中间 3 块) 上升 ,陡坡下滑插入消力池底板下面 ,两侧 陡坡向中间侧翻 ;另外 ,其他消力池底板亦有轻微上升现象 ,上 升高度为 5～20 mm 不等 。
(2) 消力池底板排水孔排水不畅或失效是造成失稳的主要 原因 。消力池底板下面反滤层按 3 级滤料设置 ,为中粗砂 、小石 子 、中石子各 100 mm 厚 ,总厚度 300 mm ,排水孔为 DN110 的 PVC 排水管 ,共设 3 排 ,横向间距 2 m ,事后经现场检查 ,一半以上的 排水孔存在排水不畅或几乎失效的情况 。经现场开挖和调查分 析 ,这种情况的产生主要是施工中排水管的末端未插入反滤层 中 ,在浇筑混凝土底板时 ,水泥浆液固结了上层反滤料及排水管 下部滤料 ,造成排水不畅或失效 ,在排水孔失效的条件下 ,用流 网法计算消力池底板所受的扬压力 (上下游水位差为 5 m 时) 是
4 施工中应注意的问题
(1) 要重视上游铺盖复合土工膜前后端的处理 ,接缝防水 要牢固可靠 ,这是防渗效果好坏的关键部位 。
(2) 陡坡及消力池反滤料中的级配及分层一定要按设计要 求严格控制 ,排水管管头及管身必须用土工布包裹好 ,以防止产 生渗透破坏 。
(3) 陡坡上的排水管管头必须用土工布包扎牢固 ,管中充 填的虑料严格按设计要求级配 。
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收稿日期 :2006 - 06 - 20 作者简介 :徐景起 ,男 ,山东省莱芜市雪野水库管理处 ,工程师 。
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人 民 长 江
2006 年
(2) 对混凝土面板堆石坝 ,应对防渗面板及与基岩接触进 行加固 。如湖南省株树桥水库大坝为混凝土面板堆石坝 ,坝高 70 m ,总库容 2. 78 亿 m3 ,水库蓄水运行以来 ,大坝出现严重的漏 水现象 ,到 1999 年已超过 2 500 LΠs ,经采取多种措施检查 ,认为 主要是混凝土面板遭到严重的破坏 ,后采取了修复面板 ,对面板 结构缝和裂缝宽度大于 0. 2 mm 的贯穿性裂缝采用止水材料封 堵等综合处理技术 ,加固后该坝已运行正常 。
(2) 将失稳破坏的消力池底板及陡坡拆除 ,在陡坡及消力 池底面设置 3 级反滤 ,总厚度 0. 5 m ,消力池底板前端最上一层 反滤层中埋设 1 根 DN150PVC 管 (管壁上钻有透水孔) ,沿坝轴 线方向布置 ,管壁及两端管口用土工布包好 ,沿垂直于坝轴线方 向间距 2 m 用三通引出 DN110 塑料管与消力池排水孔连接 ,然 后再按原设计重新浇筑好陡坡和消力池底板 。
(4) 其他消力池底板的排水孔要保证 100 %排水通畅 ,在疏 通处理完毕后用注水法检查 。
5 工程效果及结论
该橡胶坝消力池底板及陡坡失稳处理历时 10 d ,完工后随 即开始蓄水 ,蓄水至设计高度 ,并经受 2004 年及 2005 年汛期较 大的洪水溢流考验 ,原发生失稳的位置及其他部位均未有异常 情况发生 ,说明采用的处理方案是有效可行的 。
5 结 语
病险水库除险加固工程 ,应先查明病险原因 ,进行大坝加高
与泄水建筑物扩建方案比选 ,决定满足防洪标准要求的加固方
案 ,分别对大坝进行断面加固 、防渗措施加固 、泄水及输水建筑
物加固 ,保证建筑物安全 。
(编辑 :赵凤超)
(上接第 80 页) 重力的 1. 09 倍 。而如果排水通畅 ,消力池底板的扬压力则会很 小。
要求进行帷幕灌浆的工程 ,宜在钻孔后的槽孔中预埋灌浆管 ,再 浇筑防渗墙混凝土 ,则墙体厚度宜等于或大于 0. 6 m ,以利施 工 。三峡工程二期上游土石围堰基岩灌浆采用在混凝土防渗墙 内预埋灌浆管 ,帷幕灌浆取得了成功 ,经验可供借鉴 。目前病险 土石坝防渗加固采用混凝土防渗墙防渗加固的工程较多 ,如湖 北蒲圻陆水水库 、安徽卢村水库 、江西老营盘水库 、湖北省青山 水库 、湖北省徐家河水库等 。需要指出的是 ,对于基岩帷幕灌 浆 ,应采取顶部混凝土盖重等措施 ,以保证灌浆质量 。
(3) 对病险土石坝防渗处理 (坝体防渗处理 、坝基防渗处 理) ,可选用混凝土防渗墙 、高压喷射灌浆 、劈裂灌浆 、冲抓套井 粘土回填防渗墙 、水泥土搅拌桩防渗墙 、土工膜防渗 、粘土斜墙 防渗 、帷幕灌浆等措施 。
混凝土防渗墙主要采用钻凿 、锯槽 、液压开槽机 、射水 、薄抓 斗等工法 ,在坝体或地基中建造槽形孔 ,以泥浆固壁 ,然后采用 直升导管 ,向槽孔内浇筑混凝土 ,形成连续的混凝土 ,以达到防 渗目的 。
(3) 上游粘土铺盖防渗效果差是造成失稳的原因之一 。上 游粘土铺盖由于受粘土质量及施工碾压质量等因素影响较大 , 其防渗效果不可靠 ,较难达到设计防渗要求 ,且粘土铺盖与钢筋 混凝土铺盖的接缝是用橡胶止水带 ,一边砌入 300 mm 厚的砌石 保护层 ,一边浇筑在混凝土铺盖中 ,接缝易漏水 ,设计不尽合理 。