土石坝外文翻译

EPPALOCK水库大坝的安全修复

学生：王鑫

指导老师：乔娟

三峡大学科技学院

论文摘要：EPPALOCK水库大坝坝顶出现裂缝的情况已经很多年了，但随着近年来库区旱季引起的水库内部运动加剧使得EPPALOCK水库大坝安全情况逐步开始恶化。更为严重的是，调查发现EPPALOCK水库大坝所用的粘性过滤材料会加快裂缝的传播。在1999 年，一个对大坝的紧急修复工程迅速实施。修复工程重新对大坝上下游常遭破坏的过滤层进行设计和布置。同时为保证水库正常运行和控制工程风险，实施修复工程的墨累水公司采用创新的方案进行大坝修复，更新和保护下游的护坡，并新设置一个多功能过滤层。

关键词：EPPALOCK水库大坝裂缝安全修复

1简介

EPPALOCK水库大坝是一座高47m的土石坝，由粘土心墙，上下游反滤层和堆石体组成。EPPALOCK水库大坝始建于1962年，地点位于澳大利亚维多利州的Campaspe河上。通过岩土工程勘察对EPPALOCK水库大坝性能进行评价发现大坝主体垂直沉降达到850mm及横向变形达到750mm。原因是当年建设水库大坝为了控制建设成本，所修建的边坡比较陡，同时坝体石料也没有压实，而密实度不佳坝体石料没有提供给坝体足够的密实度和高强度的核心约束。随着近年来大坝坝顶的裂缝不断延伸，加之严重的旱灾使水库水位已经降到历史最低水位，致使成坝体沉陷加速。监测报告还显示每次水库水位降低都会加剧坝体沉陷和裂缝的产生，最糟糕的结果是可能会导致EPPALOCK水库大坝失事。经过进一步调查发现，由于大坝反滤层所含的细骨料太多，大坝的防渗措施也出现问题。通过观察裂缝发现如果形成穿越心墙的渗径，那么就会引发灾难性的管涌危险，给下游造成严重破坏并可能造成人员伤亡，这是令人担心和苦恼的问题。不过万幸的是裂缝开裂方向是沿纵向轴坝线方向，然而也观察到部分具有向上游坝体倾向的裂缝和至少有4m深的软化粘性土表面，但目前情况是大坝裂缝本身不会引起严重的管涌风险，需要担心的问题是下游过滤层覆盖的粘性材料不能阻止坝体内部所产生的裂缝的产生。

因此为解决这个问题，墨累水公司在1999年实施的紧急修复工程中，在稳定与兼容的前提下对大坝坝体设置了多层过滤层和过渡区。这项双管齐下的大坝修复工程

不仅在考虑坝体稳定性分析、单独坝体变形分析等多方面分析的情况下成功完成安全修复，同时作为工程实施方墨累水公司有效的对工程进行科学管理，在规定时间和施工预算内高效完成这项修复工程，避免潜在的施工风险和高昂工程索赔。

2设计、建设及其构造

澳大利亚国家流域水利委员会从1960年到1964年设计并建造这座土石坝，并在在1965年正式竣工。当时澳大利亚建造这座土石坝采用相对较新颖的工程设计，即较厚重的粘土心墙和较薄石土壳混合构造，但由于作为坝壳的土石料很脏没有经过清洗，同时倾倒土石料时又没有压实，因此只是建造了一个松散可压缩粘土心墙硬壳。虽然这座土石坝通过常规安全检测并以正常安全状态持续运行35年，但近年来出现坝顶纵向开裂的现象和运动向量从下游向上游的转移都可以从研究报告中看到了大坝安全问题的恶化。

3变形特征

EPPALOCK水库大坝主要的变形特征主要受以下两种机制控制：

1）土石坝坝面的长期变形造成粘土心墙向下的抗力和拉张裂缝。

2）水库大坝上游不安定因素造成：

●雨水流进大坝裂缝造成一种坝体内部的破坏应力和粘土心墙的软化。

●水库区下的地下水流动。

●当地下水流动时，反滤层的排水能力达不到要求。

●大坝相对较低的拉升强度和未压实的土石块组成不密实的坝体。

●堆石体、反滤层及其粘土材料的蠕动变形和变形所造成的粘土心墙软化。

4关注管涌问题

当符合正常指标的大坝反滤层暴露出粘性过滤材料时，应该密切关注大坝是否可能会出现管涌问题，以免造成恶劣的安全影响。与此同时，在大坝的施工建设期间,粘性的过滤材料来源也变得更加困难,因此大坝的工程预算也随之增加。人们曾经担心引起路基裂缝的不稳定或不均匀的变形是从粘土心墙开始扩展和开裂,裂缝会一直穿过反滤层,并沿着坝肩一直延续到大坝下游。另一问题是，虽然符合正常标准的反滤层材料是经过优良的分级过滤，能修复劣质的反滤层和兼容未经冲刷的脏土石,但被侵蚀的粘土心墙可能由于粘土的分散而持续导致更多即将开裂的裂纹。更让人担心的危险是如果裂缝来自地基沉降和地震，那么将会引起大坝严重的安全问题。

5施工

福克斯在2000年出版的施工手册提供了EPPALOCK水库大坝修复工程的建设关键的项目细则。从施工手册提供详细工程设计来看，该工程施工存在了一系列的挑

战，比如施工期间现场处理、如何有效地对工程施工的进行科学管理已达到最终目的等种种问题。

虽然大坝内部运动和裂缝产生是工程建设意料之中的情况，但是在大坝工程建设过程中还是需要对大坝进行必要的工程检测措施以保证大坝的安全，尤其是从现场来看该水库水位接近历史低位水平。一个多方面的研究调查和监测方案为大坝施工提供了一个清晰明了的工期安排，并证明之前预测变形特征与大坝内部运动之间的联系。大坝内部运动的粘土心墙是由坝体纵向裂缝引起，从研究调查中可以看到最显著的体现。在坝顶开挖时，在粘土心墙上2m处发现大量的历史性裂缝。坝顶表面裂缝的密封需要使用到沥青和各种固体泡沫剂，以防止雨水渗入。这种代替灌浆修复暴露的缺陷的方法不是破坏区域进行拆除，也不是用球芯材料密封并保持在2％以上的最佳含水量的程度上进行压实，这种方法实际上可能会对粘土心墙实际上可能会对粘土心墙导致额外破坏。

在施工建设过程中，下游暴露的粘土心墙的干燥密封是由沥青喷洒和铺盖来成功完成。下游的开挖结果表明与当初大坝设计图纸来看，现有大坝反滤层的位置与当初有显著的偏差，工程还需要进行额外的开挖，减少下游临时粘土心墙边坡的宽度，尤其是有些地方只保留一米左右。通过这个修复后还需要对大坝的稳定进行性密切监测，并在开挖数小时内对外露粘土心墙材料进行处理，以减小不稳定的风险。额外的下游开挖同时也缓解一些下游施工区域的压力。然而，在设置的下游堆石体的施工时会导致少量间隙造成材料流失，特别是在过渡区域与堆石体界面之间。为了防止过渡区域材料过度流失成为散土石，必须提高过渡区域材料处理方法，像过度区域土石处理方法的介绍一样，对过渡区域碎土石进行更细的分级。这些措施就能有效地提高材料使用率。

在水库水位接近历史最低水平，预测大坝施工后的变形是一项十分重要的工作，重新评估坝顶路面弹性系数以及减少多层次粗骨料基层的“裂缝还原”现象。另外，重新设置一种防渗衬垫在粘土心墙的上面，以防止雨水通过第二层保护渗入到任何粘土心墙缺陷的路面。

同时一个重要施工风险是当施工遭遇洪水时，大坝下游的粘土心墙在没有反滤层的保护下容易暴露被洪水冲刷。因为应急材料储备应该在任何时候都不能缺少，尤其在下游开挖到低于194m AHD需要紧急回填的时候。

6修复后水库效果

维多利亚州的长期干旱情况已经对安全修复后的EPPALOCK水库大坝进行直接测试。在2000年5月水库水位下降到一个新的历史低点182.3m，较前期施工期间低了1m，但是对修复完成的大坝进行变形分析预测，却从报告中发现粘土心墙变形从