预应力锚固技术在头道湖水库加固中的应用

孙亚东，董丽丽

预应力锚固技术在头道湖水库加固中的应用

孙亚东1，董丽丽2

（1.吉林水利科学研究院，吉林长春130022；2.吉林省水利水电勘测设计研究院，吉林长春130021）

文中对头道湖水库浆砌石坝体现状进行了稳定计算分析，计算结果为不满足规范要求，为此需要采取必要的工程措施，使其抗滑稳定满足规范要求。通过方案比较，结合工程实际情况，采用预应力锚固技术解决坝体稳定问题，在保证工程安全的前提下也节约了投资，缩短了施工工期。

预应力锚索；除险加固；浆砌石坝；头道湖水库

1 工程概况

头道湖水库位于吉林省靖宇县三道湖镇燕平村的白江河上，白江河为头道松花江左岸一级支流。是一座以防洪为主，兼有发电、养鱼等综合效益的小（2）型水库，工程区通过水泥乡道与公路相连，交通方便。

水库始建于20世纪70年代，为浆砌石重力坝，坝轴线为折线。1995年实施扩建，扩建后工程由浆砌石重力坝、压力管道、厂房、尾水渠等水工建筑物组成。扩建后大坝全长101.80 m，其中挡水坝长39.80 m，坝顶高程546.70 m，顶宽2.0 m，最大坝高17.70 m，溢流坝段长62 m，堰顶高程543.70 m。最大坝高16.70 m。引水压力管道位于大坝桩号0+085.9 m处，为直径1.8 m钢管，末端分为3根支管，进入发电厂房。坝后地面式厂房位于河道左岸，厂房内安装3台400 kW水轮发电机组。开关站布置于厂房左前方，地面高程530.00 m。对外交通布置在厂房右侧。

头道湖水库大坝在2010年3月的大坝安全鉴定中被评定为三类坝。头道湖水库存在的主要问题：多年的超水位运行,导致坝体抗滑稳定已不满足规范要求；上下游坝面勾缝水泥砂浆严重脱落，砌筑砂浆局部侵蚀严重，导致坝体内形成渗流通道，尤其是新老坝体结合处，同一高程多处漏水；2010年,大水导致溢流坝坝顶及后坝坡浆砌石大面积破坏。

2 工程地质条件

库区河谷两岸为低山丘陵，相对高差50～100 m，河谷内广泛分布玄武岩台地，I级阶地不连续分布在现代河床两侧。库区构造以NE向构造裂隙为主，无活动断裂构造分布，无较大的断裂构造分布。

坝址河谷呈V型，河床宽10～30 m，水流湍急多哨，基岩裸露，左右岸山体比高为60～150 m，岸坡40°～50°，岩性为混合岩。坝基岩石坚硬完整，微透水，风化厚度为3～15 m，建设初期坝基、坝体未做防渗处理，1995年扩建后坝基开挖深入弱风化岩体内0.5～1.0 m。坝体两端嵌入两坝肩岩体中，弱风化岩体直接与坝端充分接触，水库运行多年，未发现有绕坝渗漏现象。

坝基岩体工程地质条件较好，工程区岩体物理力学指标建议值,抗压强度：

抗压强度70 MPa，变形模量5 GPa，静弹性模量3.0×104MPa，动弹性模量5.0×104MPa，抗剪断摩擦系数1.10，抗剪断凝聚力1.00 MPa，砌体与砌体摩擦系数0.50，岩体与混凝土摩擦系数0.65，砌体与混凝土摩擦系数0.60。

3 坝体抗滑稳定复核计算

坝体抗滑稳定分析依据SL25-2006《砌石坝设计规范》中的公式5.3.2-1进行计算。计算时分挡水坝和溢流坝断面分别进行计算，挡水坝计算断面选取坝体桩号0+035处最不利断面，溢流坝计算断面选取坝体桩号0+045处最不利断面，计算公式：

式中：K′——按抗剪断强度计算的抗滑稳定安全系数；∑W——作用于计算截面以上坝体全部荷载（含扬压力）对滑裂面的法向分值，kN；∑P——作用于计算截面以上坝体全部荷载（含扬压力）对滑裂面的切向分值,kN；f′——滑裂面上的抗剪断摩擦系数；c′——滑裂面上的抗剪断凝力Pa；A——滑裂面面积，m2。坝体现状抗滑稳定计算成果，见表1。

表1 坝体现状抗滑稳定计算成果

通过表1可以看出，挡水坝段在基本组合2的工况下，其抗滑稳定不满足规范要求，溢流坝段的所有工况都不满足规范要求。因此，需要采取必要的工程措施，使其抗滑稳定满足规范要求。

4 除险加固工程处理措施

4.1 加固方案比选

工程处理措施，兼顾坝体的防渗处理以及坝体水毁修复等方面综合考虑。在同时满足稳定的情况下选择2种方案进行比选：方案1，坝后坡增加1 m厚浆砌石压重+坝体迎水面增加30 cm厚高强耐磨混凝土防渗面板；方案2，预应力锚索锚固+坝体迎水面增加30 cm厚高强耐磨混凝土防渗面板。

4.1.1 技术可行性

浆砌石技术是较为传统的水工砌筑结构形式，施工技术较为成熟，施工方法简单；预应力锚索经过多年在国内外工程中的应用，施工方法日趋成熟，预应力锚索有受力可靠、主动受力等优点。

4.1.2 经济性

方案1工程量较大，施工工期较长，进而导致其工程投资较高；方案2工程量较小，工期短，故工程投资相对较小。2种方案的投资比较见表2。

表2 投资比较表

4.1.3 施工难易程度

方案1，由于工程区施工场地较狭窄，施工机械化较困难，施工速度较慢，使用劳力较多，施工工期较长，存在较大的工程安全隐患；方案2，施工工艺简单，工程量小、干扰小、施工速度快，施工工期短。

4.2 加固处理措施

4.2.1 迎水面防渗体处理措施

工程设计在坝前浇筑30 cm厚抗冻抗渗混凝土面板，混凝土采用C30 F250，加1层φ12钢筋网，钢筋网间距为25 cm×25 cm，φ22锚杆锚入浆砌石坝体深度0.7 m，埋入防渗面板长度为0.95 m，锚杆间隔1.5 m，呈梅花形分布。混凝土防渗面板底部高程深入淤积层1 m，底部为1 m厚夯实碎石垫层基础。

4.2.2 坝体稳定处理措施

溢流坝段桩号0+037.15～0+057.15共设有5束预应力锚索，间隔为5 m，锚索轴线距大坝迎水面1.1 m，预应力锚索底部高程为520.00 m，顶部高程为543.20 m。挡水坝段桩号0+028.65和0+032.65两处各设有一束预应力锚索，锚索轴线距大坝迎水面1.1 m，预应力锚索底部高程为524.00 m，顶部高程为546.78 m。每束预应力锚索由6根强度等级为1 860 MPa的低松弛无粘结钢绞线组成。预应力锚索顶端锚固在尺寸为1.2 m×0.8 m×0.4 m（长×宽×高）的锚墩上。单束预应力锚束拉力为900 kN，锚索安装张拉完毕后，锚具防锈处理后用混凝土封闭。具体布置和结构见图1和图2。

4.2.3 加固后坝体稳定计算成果

坝体加固后抗滑稳定计算成果见表3。可以看出水库大坝加固后,在3种组合情况下其计算结果均大于允许值，稳定计算成果均满足规范要求。

5 结语

1）工程中应用预应力锚固技术，不仅有效地解决了浆砌石坝体稳定问题，同时也使坝体的基底应力重新分配，在保证工程安全的前提下也节约了投资，缩短了施工工期。

图1 预应力锚索平面布置图(单位：m)

图2 预应力锚索剖面图(单位：m)

表3 坝体加固后抗滑稳定计算成果

2）预应力锚固技术在工程中能够起到很好的加固效果，随着新材料、新的轻型钻孔设备的成功研制，预应力锚固技术在水利工程中的应用也将越来越广泛。

［1］侯言森，罗国浩.预应力锚索在水利水电工程中的应用研究［J］.中国水运（下半月），2011（09）.

［2］朱录才.浅谈预应力锚索在水利工程中的应用［J］.建筑与工程，2011（09）.

TV697 < class="emphasis_bold"> ［文献标识码］B

B

1002—0624（2017）12—0011—03

2017-04-20