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里禾水库浆砌石拱坝安全复核及除险加固防渗处理

文档作者：杨武1 谭剑波2 甘雪峰3 文档来源： 1．贵州黔水工程监理有限责任公司 2．杨凌职业技术学院 3．西北农林科技大学		点击数：	更新时间： 2021年08月05日
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第52卷第7期
2016年7月
甘肃水利水电技术
GANSU WATER RESOURCES ANDHYDROPOWER TECHNOLOGY
V01．52．No．7
Jul．，2016
·设计与研究·
里禾水库浆砌石拱坝安全复核及除险加固防渗处理
杨武1，谭剑波2，甘雪峰3
(1．贵州黔水工程监理有限责任公司，贵州贵阳550002；
2．杨凌职业技术学院，陕西杨凌712100；
3．西北农林科技大学，陕西杨凌712100)
摘要：里未水库高水位运行中，存在坝体渗漏、I、Ⅱ期接触带渗漏、溶蚀通道、防洪能力不足等问题。为消除水库安全
隐患，根据渗漏现状和对钻探岩芯资料的分析，结合坝体应力分析和左、右岸拱座稳定性复核结果，优选充填灌浆为
主，辅以加高增厚的除险加固方案。补强防渗处理后，经测试，40个试验段透水率均能有效控制在5 Lu范围，坝体密
实度和砌石强度得到增强，大坝整体运行状况得到改善，水库应有效益发挥良好。
关键词：砌石拱坝；拱座；透水率；充填灌浆；除险加固
中图分类号：TV698．2+3 文献标志码：B 文章编号：2095—0144(2016)07—0030—04
1 工程概况
里禾水库位于贵州凯里市舟溪镇里禾村鸭塘
河上游，距凯里市区28 km。工程主要任务以农业
灌溉和向凯里市供水为主，兼顾引水发电和滞蓄洪
水等功能。坝址以上汇水面积35．3 km2，灌溉农田
1 733．3 hm2，总库容1 480万m3，为中型水库。正常
蓄水位810．00 m，校核洪水位813．25 In，死水位
779．50 m。大坝为浆砌石变曲率拱坝，建基面高程
759．50 m，最大坝高56．50 m，坝顶高程815．50 m，坝
底宽10．4 m，顶宽3．5 rfl，坝顶弧长116．15 In。工程于
1977年1月开工，1980年5月I期工程建成投运；
1998年11月Ⅱ期工程续扩建，2000年06月主体工
程全部竣工，坝高由I期的33．0 m培高到55．50 m，
并于当年11月并网发电。
2大坝渗漏现状及渗漏原因分析
(1)水库大坝坝体渗漏现状
里禾水库由于受当时建设技术、资金和标准等
因素的影响，加上历史条件的制约，不仅分I、Ⅱ两
期完成，同时属于典型的“三边”工程，缺乏完善的地
质勘探资料和科学的规划设计。2000年10月下闸
蓄水，蓄水初期大坝各部位运行工况均较好。当库
水位达到795．50 m高程时，坝体和右岸坝肩与岸坡
接触部位现库水渗漏，大坝下游背水面现大面积散
浸湿润，渗漏点(面)高程为786．50～791．50 m，随着
库水位的上升，渗漏点面增多、渗漏量增大，局部渗
漏水还呈滴水或股状(射出)。当蓄水达正常蓄水位
810．00 m高程，渗水量达0．038 mrs；当蓄水达校核
洪水位813．25 m高程，渗水量达0．042 m3／s。现场观
察，散浸、滴水和股状射流主要发生在坝体灰浆部
位；右岸坝肩大坝拱冠迎水面，存在多处纵横交错裂
缝。渗漏破坏对坝体和坝肩稳定性带来不利影响，将
导致坝体和基岩发生移位，严重威胁到大坝的稳定
和安全运行，需进行全面的安全复核，以确定科学合
理的除险加固方案。
(2)坝体渗漏破坏原因分析
查阅工程档案资料，大坝坝体原设计采用800号
砌石作为坝体填筑材料，100号(MIO)水泥砂浆作为
坝体砌石的胶结材料。受由于当时历史条件限制，加
上料场选择不佳，大坝填筑砌石石材其强度绝大部分
只有500～600号，远低于设计要求。蓄水运行中，由
于砂质泥岩抗风化和抗冲刷能力较弱，且没有做专门
的抗风化处理，出现了溶坑、溶隙和溶沟在库水位荷
收稿日期：2016—07—19
基金项目：杨凌职业技术学院科学研究基金项目(A2016003)
作者简介：杨武(1960一)，男(侗族)，贵州贵阳人，高级工程师，学士，主要从事水利工程建设与管理，E—mail：tjbl9842@126．com。
万方数据
第7期杨武，等：里禾水库浆砌石拱坝安全复核及除险加固防渗处理第52卷
载压力和冲刷作用下，不断向下游岩体延伸，隐裂隙
不断发育，导致砌石整体强度不断降低的现象。施工
中没有严格控制水泥砂浆的质量，标号仅达到75号
(M7．5)左右；缺乏整体规划，导致较为规则坚硬砌石
块体直接用在坝面，而在坝体中部则采用形状不规则
的石料进行填充，砌石相互间耦合性不佳，砂浆铺筑
质量不高，错层、漏铺等问题较多，造成砌石间存在较
多缝隙和孑L洞，形成较多渗水通道。另外，蓄水运行时
冻融、冻胀等破坏作用，内部砌石材料强度不断降低，
从钻探取芯观察分析，因坝体渗漏侵蚀、水位升降荷
载应力作用、冻胀和冻融破坏等，导致坝体防渗层及
胶结性能不断降低，内部裂隙逐渐扩大。砌石材料透
水率仅为3．9～8．2 Lu，坝体内部局部远超过规范要求
的5 Lu防渗限制指标。在反复升降温度应力和冻胀
碳化破坏作用下，坝体砌石材料强度、砂浆胶结性能、
防渗抗冻标号等均不能满足规范要求。
3大坝坝体结构整体安全复核
为了准确掌握在不同荷载组合工况下，坝体的
应力分布状况和整体稳定性，对大坝除险加固提供
可靠的数据支撑，运用多拱梁法对里禾水库浆砌石
大坝坝体的结构应力和稳定性进行全面安全复核，
为大坝防渗补强提出经济、安全的加固处理措施。
3．1拱坝应力分析
采用五向变位调整多拱梁分载法作为强度安全
的衡量标准，按7拱13梁网格布置，拱编号从顶层
到坝基底层依次为N=0～N=6号(j方向)；梁编号从
中心拱冠梁(简称：中梁)向左、右拱端对称编号，即
左1*。左6*、右1。～右6”(i方向)。梁与拱交结点共
64个，其中：外结点共15个(含1个36。虚拟块结
点)，内结点49个，其计算网络如图1所示。
图1拱梁分载7拱13梁网格示意
3．1．1工程基本特性
上游正常蓄水位810．00 m，相应下游水位
763．20 m；上游校核洪水位813．25 m，相应下游水位
770．60 m；死水位779．50 m，相应下游水位727．30 m。
根据钻探、试验资料，大坝坝基岩体为Ⅲ类岩石，弹性
模量1．5×104 MPa，泊松比0．33。大坝坝高56．50 m，
浆砌石容重23 kN／m3，弹性模量1．6×104 MPa，泊松
比0．24，线性膨胀系数8．0×101℃，砌石体导温系数
2．91 m2／月；水容重9．81 kN／m3，泥沙浮容重8．2
kN／m3，内摩擦角17．5。。根据DL 5077—1997((水工建
筑物荷载设计规范》中的规定，选取基本组合(正常
蓄水位8lO．00 m)和特殊组合(校核洪水位813．25)
两种工况进行结构应力复核和抗滑稳定性分析。
3．1．2荷载组合
选择3种控制性荷载组合进行计算，即基本组
合I(上游正常蓄水位810．00 m+相应下游水位
763．20 m+泥沙压力、自重及温降)；基本组合Ⅱ(上
游死水位779．50 m+下游最低尾水位727．30 m+泥
沙压力、自重及温升)；特殊组合I(上游校核洪水位
813．25 m+相应下游水位779．50 m+泥沙压力、自
重及温升)。
3．1．3计算结果分析
采用多拱梁分载法，计算各荷载组合工况坝面
最大应力、位移，其计算结果见表1所列。
从表1可知，基本组合工况下，坝体最大主压应
力和主拉应力为4．05 MPa(4拱中梁)和0．64 MPa(4
拱右5梁)；特殊组合工况下，坝体最大主压应力和
主拉应力为3．67 MPa(1拱中梁)和0．57(4拱左5
梁)，满足规范要求的基本组合工况6．1 MPa和特殊
组合工况7．0 MPa的允许值要求。下部拱座局部虽
万方数据
2016年第7期甘肃水利水电技术第52卷
然存在拉应力，但拉应力均小于《砌石坝设计规范》
中要求1．0 MPa指标。大坝在各荷载组合工况下，其
所有主压应力和拉应力均在规范允许范围内，满足
要求。在各荷载组合作用下，坝体和坝基最大径向
位移发生在基本组合I工况下，为2．62 cm(1拱中
梁)和0．42 cm(7拱中梁)；最大切向位移发生在特殊
组合I工况下，为0．31 era(1拱左4梁)和0．23 cm(5
拱右4梁)。坝体和坝基存在径向和切向位移，需要
对其稳定性进行分析。
3．2拱座稳定分析
含有裂隙的岩体，潜在滑裂面的摩擦系数
户0．41，黏聚力c=0．86 MPa。浆砌石容重取23
kN／m3,岸坡拱座扬压力折减系数“=0．32。采用刚体
极限平衡法，将坝体拱端推力和渗透压力作为基本
荷载，分析得左、右岸拱座整体稳定抗滑安全系数结
果见表2所列。
表2左、右岸拱座整体稳定抗滑安全系数计算结果
从表2可知，计算得左、右岸拱座整体稳定，基
本组合工况下最小安全系数为3．67(发生在右岸R2
滑块)，校核组合工况下最小安全系数为3．59(发生
在右岸R2滑块)，均大于规范规定的基本组合
K=3．0和特殊组合K=2．5的技术指标，拱座稳定性
较好。
4坝体防渗补强加固处理
通过对拱坝应力分布和拱座稳定性分析可知，
大坝结构整体稳定性较好。针对坝体和坝肩渗漏问
题，经专家共同讨论确定：渗漏是由于坝体内部填
筑材料强度不足、砂浆充填密实度不够、砌石铺筑
不规整等因素引起，既存在集中通道渗漏、又存在
分散裂隙渗流。经技术、经济等方面的综合比选，推
荐采取以灌浆帷幕为主，辅以堵、截等手段的补强
加固处理方案。
4．1 补强灌浆防渗
(1)堵塞主要渗漏通道
针对坝体内砂浆充填不密实，取芯不完整等问
题，通过在坝体渗漏点、面处采取坝体背水面注浆灌
注大量砂浆进行防渗补强，并用M20砂浆进行重新
万方数据
第7期杨武，等：里禾水库浆砌石拱坝安全复核及除险加固防渗处理第52卷
勾缝处理，以充填和堵塞现存的渗漏通道。在坝体
背水面布设4 m×4 m的梅花形灌浆孔，将灌浆套管
管口埋至连结点0．5 m以下(2～3 m)的地方，利用
泵送混凝土管将压力浆液灌注入坝体孔隙中。为避
免灌注浆液过程中，在压力作用下渗流通道进一步
扩大影响灌注效果，整个浆液灌注过程中严格控制
孔口压力在0．8 MPa以内，钻孔方向为水平向下倾
斜15。，并待灌注部位基本不吸浆且稳定10 min后
作为灌浆结束控制条件，补强灌浆有效进尺913 m。
(2)加固坝肩渗流破碎岩体
对坝体下游面795．00 m高程以下坝体进行加
厚2．0 m处理，新老坝体间接触面设置犯0 n'un，间
距3 m，排距2 m的钢筋网进行锚固。对施工横缝
做接缝灌浆处理，接缝灌浆面积总计240 m2。右岸
坝肩下游面渗流处，由于当时没有经过特殊防渗加
固处理，加上后期运行过程中的风化和冲刷作用，
岩体较破碎，出逸水流呈有压态势甚至存在集中涌
射现象，需要对右岸坝肩渗流部位进行防护加固处
理。在渗流出逸部位采取砌筑干砌石挡墙的措施，
即修筑底宽2．5 m，顶宽o．8 111，顶高超出出逸部位
0．5 m的干砌石挡墙。墙体与岩体间间距0．5 m，经
回填直径小于40 mm砂石料确保渗流水缓慢溢出
墙外。利用干砌石挡墙，一方面可以转移缝隙灌注
过程中的水压力，避免岩体因水压力快速上升而出
现变形、破坏等问题；另一方面，利用挡墙结构，可
以减缓渗流出逸部位处的水流流速，有利于水泥砂
浆在该部位凝结。
待帷幕灌浆结束后，在两灌注孔间增设一序灌
浆检查孔，对帷幕灌注效果进行检查和补强加密，确
保水泥砂浆充填灌注到坝体内部裂隙和填筑砌体内
空隙中进行粘合，形成连续、完整的防渗帷幕。
4．2坝体补强灌浆防渗应用效果分析
(1)砌体透水率检测
渗漏处理结束后，为检测坝体水泥砂浆充填
灌浆效果，根据大坝整体布置共选择40个试验段
(上游侧12段、下游侧20段、中部8段)，对坝体
砌体透水率进行检测分析，检测结果表明：40个
试验段透水率检测值为2．67。4．72 Lu，均满足砌
石拱坝透水率5 Lu防渗限值，补强灌浆防渗合格
率达100％。其中，有11个连续试验段，其透水率
检测值低于2．O Lu，达到优良防渗水平，防渗加固
效果显著。
(2)运行效果
2013年，水库除险加固加厚工程顺利竣工并蓄水
运行。运行3年来，坝体量水堰濒4定的渗漏水量一直为
零。2014年7月初水库开始进入汛期，水库维持在超
过正常蓄水位l m的8 11．00 ITI高水位条件下运行达
28d；2015年6月底，水库维持在813．25m校核高水位
条件下运行达19 d，坝体、坝肩等均未出现渗漏出溢
点，量水堰测定渗漏水量也为零，表明坝体渗漏问题得
到了有效处理，水泥砂浆充填灌浆防渗效果良好。
5结论
里禾水库大坝由于砌筑材料自身强度不足、砌
筑质量差密实度较低、水泥砂浆与石料间胶结性能
不良存在空隙、砌石局部架空存在缝隙等原因，导致
大坝自投入运行以来，在高水位运行工况下，坝体、
坝基和I、Ⅱ期接触带处存在大面积、大流量渗漏问
题，严重威胁到大坝的安全稳定运行。虽历经1988
年、1989年等多次坝体补强帷幕灌浆处理，但由于补
强加固方案大多基于局部位置，整体防渗处理不完
善，灌浆防渗效果不理想，渗漏问题依然很严重。为
确保大坝运行安全，在对大坝渗漏致因进行分析基
础上，必须经全面的安全复核评价，以采取合理的除
险加固处理方案，进行全面系统的防渗补强处理。
(1)高水位运行时，坝体串孔、漏水等现象非常
明显。钻探取芯分析，坝体砌筑材料强度500～600
号远低于设计要求的800号，局部透水率远高于拱
坝5 Lu防渗限值指标。
(2)在3种荷载组合工况下，拱坝主压应力均未
超过规范要求的6．1 MPa(基本工况)和7．0 MPa(特殊
工况)的允许值；主拉应力均未超过规范要求的1．2
MPa；左、右岸拱座整体稳定安全系数大于规范要求
值。拱坝结构具有一定的安全裕度，整体稳定性较好。
(3)优选投资小、工期短，以灌浆帷幕为主，辅
以堵、截等方法的“上封下堵”补强加固方案。通过灌
注砂浆，以充填坝体内部空洞和裂隙，有效增强坝体
密实度和砌筑石材间的胶结强度。检测结果表明：40
个试验段，补强灌浆防渗合格率100％，并历经多次
高水位蓄水运行考验，坝后量水堰测定渗漏水量为
零，坝体渗漏问题得到了有效处理。(下转第37页)
万方数据
第7期李晓庆，等：新疆河流护岸工程的防冲结构形式第52卷
示，调查中成功的典型案例为阿拉尔大桥河段上游
左岸一组钢筋混凝土井柱桩透水丁坝(1992年修
建)，其设计思想较为成熟，工程质量较好。井柱桩
群一次布置，共10道，上游两道长度较短，后8道丁
坝长度为20一25 m不等，井柱桩深度达到20 m左
右，桩距2 m，中间布设混凝土栅条。坝根处为抛石
防护，并备有石方以便抢险之用。该组透水丁坝在
汛期时对水流的控导较理想，形成较稳定、方向一致
和连续的主流，达到了设计预想。其主要问题是造
价偏高，施工技术要求较高，当时造价为单根丁坝为
150万元左右。在新疆其他河段上修建的透水丁坝，
从平面整体布置、施工工艺水平、防护理念、单体设
计结构上均与阿拉尔大桥处的透水丁坝群存在较大
差距，在实际应用中也未达到预期防护效果。
顺
图5钢筋混凝土井柱桩透水丁坝
体丁坝，还是浆砌石砌筑丁坝，均未能实现相互掩
护、调流促淤的作用。主要原因是新疆河流年内洪枯
比大，主流摆动，丁坝间裆部常被水流淘刷造成丁坝
失稳。实际调查中顺坝结合短丁坝(三角垛，大多为
铅丝笼结构)形式防护效果较好，在伊犁地区、巴州
地区都有较为典型的工程实例。
3结语
(1)文中所述的防冲结构形式均是在特定河段
上，十几年来经历了水毁、重建、水毁、再重建的多次
反复，在不断总结经验教训，不断深入认识河流特性
与演变规律，不断进行探索与实践的基础上，最终形
成了越来越符合河道演变规律的护岸防冲结构形式。
(2)在现实中，护岸结构未实现防护效果，很大
程度上是由于对河流治导线及护岸的平面布局重视
不够，孤立修建工程，不顾整体影响所造成的，在今
后的建设中应该避免。
(3)虽然上述护岸防冲结构形式防护效果好，
实用而有效，但作为以圬工材料为主的传统护岸
结构形式，显然不符合“亲近自然河流”“自然型河
道”整治理念，集生态效应、景观效应与防洪效应为
一体的新型护岸结构是今后探索与实践的目标。
参考文献：
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万方数据

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