預應力錨固技術在頭道湖水庫加固中的應用

孫亞東，董麗麗

預應力錨固技術在頭道湖水庫加固中的應用

孫亞東1，董麗麗2

（1.吉林水利科學研究院，吉林長春130022；2.吉林省水利水電勘測設計研究院，吉林長春130021）

文中對頭道湖水庫漿砌石壩體現(xiàn)狀進行了穩(wěn)定計算分析，計算結果為不滿足規(guī)范要求，為此需要采取必要的工程措施，使其抗滑穩(wěn)定滿足規(guī)范要求。通過方案比較，結合工程實際情況，采用預應力錨固技術解決壩體穩(wěn)定問題，在保證工程安全的前提下也節(jié)約了投資，縮短了施工工期。

預應力錨索；除險加固；漿砌石壩；頭道湖水庫

1 工程概況

頭道湖水庫位于吉林省靖宇縣三道湖鎮(zhèn)燕平村的白江河上，白江河為頭道松花江左岸一級支流。是一座以防洪為主，兼有發(fā)電、養(yǎng)魚等綜合效益的?。?）型水庫，工程區(qū)通過水泥鄉(xiāng)道與公路相連，交通方便。

水庫始建于20世紀70年代，為漿砌石重力壩，壩軸線為折線。1995年實施擴建，擴建后工程由漿砌石重力壩、壓力管道、廠房、尾水渠等水工建筑物組成。擴建后大壩全長101.80 m，其中擋水壩長39.80 m，壩頂高程546.70 m，頂寬2.0 m，最大壩高17.70 m，溢流壩段長62 m，堰頂高程543.70 m。最大壩高16.70 m。引水壓力管道位于大壩樁號0+085.9 m處，為直徑1.8 m鋼管，末端分為3根支管，進入發(fā)電廠房。壩后地面式廠房位于河道左岸，廠房內安裝3臺400 kW水輪發(fā)電機組。開關站布置于廠房左前方，地面高程530.00 m。對外交通布置在廠房右側。

頭道湖水庫大壩在2010年3月的大壩安全鑒定中被評定為三類壩。頭道湖水庫存在的主要問題：多年的超水位運行,導致壩體抗滑穩(wěn)定已不滿足規(guī)范要求；上下游壩面勾縫水泥砂漿嚴重脫落，砌筑砂漿局部侵蝕嚴重，導致壩體內形成滲流通道，尤其是新老壩體結合處，同一高程多處漏水；2010年,大水導致溢流壩壩頂及后壩坡漿砌石大面積破壞。

2 工程地質條件

庫區(qū)河谷兩岸為低山丘陵，相對高差50～100 m，河谷內廣泛分布玄武巖臺地，I級階地不連續(xù)分布在現(xiàn)代河床兩側。庫區(qū)構造以NE向構造裂隙為主，無活動斷裂構造分布，無較大的斷裂構造分布。

壩址河谷呈V型，河床寬10～30 m，水流湍急多哨，基巖裸露，左右岸山體比高為60～150 m，岸坡40°～50°，巖性為混合巖。壩基巖石堅硬完整，微透水，風化厚度為3～15 m，建設初期壩基、壩體未做防滲處理，1995年擴建后壩基開挖深入弱風化巖體內0.5～1.0 m。壩體兩端嵌入兩壩肩巖體中，弱風化巖體直接與壩端充分接觸，水庫運行多年，未發(fā)現(xiàn)有繞壩滲漏現(xiàn)象。

壩基巖體工程地質條件較好，工程區(qū)巖體物理力學指標建議值,抗壓強度：

抗壓強度70 MPa，變形模量5 GPa，靜彈性模量3.0×104MPa，動彈性模量5.0×104MPa，抗剪斷摩擦系數(shù)1.10，抗剪斷凝聚力1.00 MPa，砌體與砌體摩擦系數(shù)0.50，巖體與混凝土摩擦系數(shù)0.65，砌體與混凝土摩擦系數(shù)0.60。

3 壩體抗滑穩(wěn)定復核計算

壩體抗滑穩(wěn)定分析依據(jù)SL25-2006《砌石壩設計規(guī)范》中的公式5.3.2-1進行計算。計算時分擋水壩和溢流壩斷面分別進行計算，擋水壩計算斷面選取壩體樁號0+035處最不利斷面，溢流壩計算斷面選取壩體樁號0+045處最不利斷面，計算公式：

式中：K′——按抗剪斷強度計算的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；∑W——作用于計算截面以上壩體全部荷載（含揚壓力）對滑裂面的法向分值，kN；∑P——作用于計算截面以上壩體全部荷載（含揚壓力）對滑裂面的切向分值,kN；f′——滑裂面上的抗剪斷摩擦系數(shù)；c′——滑裂面上的抗剪斷凝力Pa；A——滑裂面面積，m2。壩體現(xiàn)狀抗滑穩(wěn)定計算成果，見表1。

表1 壩體現(xiàn)狀抗滑穩(wěn)定計算成果

通過表1可以看出，擋水壩段在基本組合2的工況下，其抗滑穩(wěn)定不滿足規(guī)范要求，溢流壩段的所有工況都不滿足規(guī)范要求。因此，需要采取必要的工程措施，使其抗滑穩(wěn)定滿足規(guī)范要求。

4 除險加固工程處理措施

4.1 加固方案比選

工程處理措施，兼顧壩體的防滲處理以及壩體水毀修復等方面綜合考慮。在同時滿足穩(wěn)定的情況下選擇2種方案進行比選：方案1，壩后坡增加1 m厚漿砌石壓重+壩體迎水面增加30 cm厚高強耐磨混凝土防滲面板；方案2，預應力錨索錨固+壩體迎水面增加30 cm厚高強耐磨混凝土防滲面板。

4.1.1 技術可行性

漿砌石技術是較為傳統(tǒng)的水工砌筑結構形式，施工技術較為成熟，施工方法簡單；預應力錨索經過多年在國內外工程中的應用，施工方法日趨成熟，預應力錨索有受力可靠、主動受力等優(yōu)點。

4.1.2 經濟性

方案1工程量較大，施工工期較長，進而導致其工程投資較高；方案2工程量較小，工期短，故工程投資相對較小。2種方案的投資比較見表2。

表2 投資比較表

4.1.3 施工難易程度

方案1，由于工程區(qū)施工場地較狹窄，施工機械化較困難，施工速度較慢，使用勞力較多，施工工期較長，存在較大的工程安全隱患；方案2，施工工藝簡單，工程量小、干擾小、施工速度快，施工工期短。

4.2 加固處理措施

4.2.1 迎水面防滲體處理措施

工程設計在壩前澆筑30 cm厚抗凍抗?jié)B混凝土面板，混凝土采用C30 F250，加1層φ12鋼筋網，鋼筋網間距為25 cm×25 cm，φ22錨桿錨入漿砌石壩體深度0.7 m，埋入防滲面板長度為0.95 m，錨桿間隔1.5 m，呈梅花形分布?；炷练罎B面板底部高程深入淤積層1 m，底部為1 m厚夯實碎石墊層基礎。

4.2.2 壩體穩(wěn)定處理措施

溢流壩段樁號0+037.15～0+057.15共設有5束預應力錨索，間隔為5 m，錨索軸線距大壩迎水面1.1 m，預應力錨索底部高程為520.00 m，頂部高程為543.20 m。擋水壩段樁號0+028.65和0+032.65兩處各設有一束預應力錨索，錨索軸線距大壩迎水面1.1 m，預應力錨索底部高程為524.00 m，頂部高程為546.78 m。每束預應力錨索由6根強度等級為1 860 MPa的低松弛無粘結鋼絞線組成。預應力錨索頂端錨固在尺寸為1.2 m×0.8 m×0.4 m（長×寬×高）的錨墩上。單束預應力錨束拉力為900 kN，錨索安裝張拉完畢后，錨具防銹處理后用混凝土封閉。具體布置和結構見圖1和圖2。

4.2.3 加固后壩體穩(wěn)定計算成果

壩體加固后抗滑穩(wěn)定計算成果見表3?？梢钥闯鏊畮齑髩渭庸毯?在3種組合情況下其計算結果均大于允許值，穩(wěn)定計算成果均滿足規(guī)范要求。

5 結語

1）工程中應用預應力錨固技術，不僅有效地解決了漿砌石壩體穩(wěn)定問題，同時也使壩體的基底應力重新分配，在保證工程安全的前提下也節(jié)約了投資，縮短了施工工期。

圖1 預應力錨索平面布置圖(單位：m)

圖2 預應力錨索剖面圖(單位：m)

表3 壩體加固后抗滑穩(wěn)定計算成果

2）預應力錨固技術在工程中能夠起到很好的加固效果，隨著新材料、新的輕型鉆孔設備的成功研制，預應力錨固技術在水利工程中的應用也將越來越廣泛。

［1］侯言森，羅國浩.預應力錨索在水利水電工程中的應用研究［J］.中國水運（下半月），2011（09）.

［2］朱錄才.淺談預應力錨索在水利工程中的應用［J］.建筑與工程，2011（09）.

TV697 < class="emphasis_bold"> ［文獻標識碼］B

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1002—0624（2017）12—0011—03

2017-04-20