花溪水库坝体抗震安全审核计算内容

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摘要

  0引言

  本工程规模为中型,工程等别为Ⅲ等,因花溪水库地处贵阳市上游,与阿哈水库、松柏山水库同称"贵阳市头顶上的三盆水",一旦失事将对下游产生不可估量的损失。因此,枢纽主要建筑物级别提高一级,大坝等级为2级,水库抗震按Ⅶ度设防,已通过扩建加高初设审批。初期蓄水安全鉴定阶段,设计对地震作用下大坝的应力及稳定进行了复核,坝体应力及稳定性满足Ⅶ级地震下的抗震要求。本次根据花溪水库大坝目前的实际情况,对其进行了抗震安全复核与评价,根据《水库大坝安全评价导则》(SL258-2000)的要求进行花溪水库大坝抗震安全评价,按照《水工建筑物抗震设计规范》(SL203-1997)、《碾压式土石坝设计规范》(SL274-2001)等规范进行复核计算。

  1工程概况

  花溪水库兴建于上世纪"大跃进"年代,由苏联专家设计,坝型为双支墩空腹大头坝。2002~2003年扩建加高后,大坝改造为混凝土重力坝,坝顶高程1146.00m,最大坝高51.6m.水库正常蓄水位1140.00m,死水位1119.80m,扩建加高初步设计水库总库容3140×104m3,本次复核总库容为3251×104m3.花溪水库是一座以供水为主、兼有发电功能的中型水库,多年来缓解了下游水环境矛盾。

  2抗震安全复核内容

  水库大坝抗震安全复核包括以下内容:

  1)按最新《中国地震动参数区划图》,确定该工程场区的地震烈度。

  2)按《水工建筑物抗震设计规范》(SL203-1997)表1.0.5及表4.5.3,复核大坝的设防类别及相应的地震效应计算方法。

  3)对大坝、地基及可能发生的地震滑塌的近坝库岸等做地震稳定分析,核算抗滑安全系数。

  4)对抗震设施的质量和运行的状况做出安全评价,包括坝基防渗、软弱层加固等。

  2.1地震烈度

  查《中国地震动参数区划图》(GB18306-2001),测区地震动峰值加速度值为0.05g,地震动反应谱特征周期为0.35s,对应工程区地震基本烈度为Ⅵ度区,偏安全考虑,初设审批水库抗震按Ⅶ度设防。

  2.2抗震设防类别和地震效应计算方法

  按《水工建筑物抗震设计规范》(SL203-1997)表1.0.5及表4.5.3,以及不同建筑根据其使用功能对抗震类别进行甲乙丙丁4种抗震设防分类。花溪水库抗震设防类别为乙类,地震效应计算方法采用拟静力法。

  2.3抗震稳定分析

  花溪水库库区地震基本烈度为Ⅵ度,初设审批水库抗震按Ⅶ度设防。根据《水库大坝安全评价导则》有关规定,需对工程进行抗震安全复核。

  本工程大坝体形简单,坝坡无剧变,顶部无折坡,坝体上部荷载较小,混凝土等级较高,地基无大的断裂、破碎带、软弱夹层等薄弱部位,局部小溶蚀和裂隙已采取相应工程措施处理,结构满足《水工建筑物抗震设计规范》(SL203-1997)要求。采用拟静力法,对地震作用下大坝的应力及稳定进行复核。

  计算工况为:正常蓄水位(1140.00m)+相应尾水位(1099.60m)+自重+扬压力+泥沙压力+浪压力+地震力(按Ⅶ度设防)。根据《水工建筑物抗震设计规范》(SL203-1997),当采用拟静力法计算地震作用效应时,沿建筑物高度作用于质点i的水平向地震惯性力代表值应按下式计算:

  

  2.3.1应力计算坝基截面垂直应力根据《混凝土重力坝设计规范》(SL319-2005)公式进行计算:

  

  2.3.2稳定计算

  2.3.2.1滑动模式分析

  根据地质复核成果,主坝基础建基面置于弱风化基岩,岩体较完整,无缓倾角的结构面,主坝下游无临空面,不存在深层滑动。主坝滑动的主要模式为以下3种:

  1)沿主坝建基面滑动。

  2)顺缓倾下游岩层层面(5°~7°)滑动,以走向N0°~15°E及N50°~60°W两组裂隙分别构成横向和侧向切割面,形成双滑面滑动。

  3)厂房基础低于坝体建基面约2~4m,以临空面底部剪出的单滑面滑动。

  2.3.2.2计算方法

  根据《混凝土重力坝设计规范》(SL319-2005)及花溪水库的实际情况,采用刚体极限平衡法进行稳定计算分析。

  2.3.2.3计算公式
  
  1)沿建基面滑动。根据《混凝土重力坝设计规范》(SL319-2005),利用抗剪断强度公式进行计算。

  

  
  2.3.3应力及稳定计算结果分析
  
  经复核,大坝上游最小压应力为169kN,下游最大压应力为900kN(最大坝高计算剖面),大坝最危险滑动模式为厂房坝段沿层面单斜滑动,抗剪断(抗剪)最小安全系数为2.86(1.0);溢洪道坝段最大非溢流断面上游最小压应力为148kN,下游最大压应力为306kN(最大坝高计算剖面),溢洪道坝段最大实用堰溢流断面上游最小压应力为73kN,下游最大压应力为32kN(最大坝高计算剖面),溢洪道坝段最危险滑动模式为最大非溢流断面沿层面单斜滑动,抗剪断(抗剪)最小安全系数为3.59(1.09)。

  计算结果表明,Ⅶ级地震烈度下,坝体抗震性满足规范要求。

  2.4抗震设施安全评价

  2.4.1坝基防渗处理

  扩建加高前,基础防渗处理措施包括裂隙与岩溶处理、防渗帷幕灌浆;扩建加高阶段,基础防渗处理措施包括坝基帷幕灌浆、坝基排水。坝区基岩段钻孔压水试验检测表明,坝基岩体渗透率均小于设计要求的3Lu.据2003年6月至2013年11月的坝基与岩体接触带处的渗压计(P1-3、P4-6)观测资料反映,基础渗透压力为0.012~0.074MPa,防渗处理措施效果较好。

  2.4.2地基加固处理

  2002年2月至2003年5月水库进行了扩建加高。因前期坝基已开挖至弱风化基岩,扩建加高仅对空腔表面进行清渣,扩建部分坝基开挖嵌入弱风化基岩,处理措施如下:

  1)对基坑底部连通性差、规模小的溶蚀坑洞,采用人工清洗后,混凝土回填处理。

  2)对裂隙密集带及溶蚀宽缝采用人工扩挖嵌深处理后回填混凝土,保留部分原浇筑质量较好混凝土体。

  3)为提高地基岩体整体强度及其整体性,对4#、5#、6#空腔基础岩体进行了固结灌浆处理,其中4#空腔布置钻孔2排,5#和6#空腔布置钻孔1排,孔距和排距均3m,孔深4~6m.

  4)为有效降低坝基扬压力,对主坝采取孔帷幕防渗。空腔段采取钻斜孔,孔距0.75~1.25m,共42孔,下限1080.00m左右,最深点为1073.2m;左右坝基在坝顶钻竖直孔,采用纯水泥浆灌注,平均单位注入量为54.8kg/m.固结灌浆前,空腔内基岩波速为3770m/s,灌浆后波速达5500~6400m/s.

  综上,坝体结构设计及地基处理满足规范规定的抗震要求。

  3结语

  考虑到水库大坝,特别是高坝大库防止引发次生灾害的地震灾变的极端重要性,因而要定期检查抗震防灾应急预案的落实情况,对我国地震区的重大水坝工程有步骤地进行全面的地震安全性复核和评价,并针对存在的问题采取相应的监测预警及安全保障措施,确保工程及生命财产安全。

  参考文献:
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  [2]尹力峰,沈军,王坚,等。新疆克孜尔水库大坝抗震安全风险分析[J].内陆地震,2008,22(1):22-33.
  [3]郑春洲,周风华,周雪梅。陆浑水库大坝结构稳定及抗震性能安全分析评价[J].河南水利与南水北调,2010(6):22-24.

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