堆石棱体在高州水库除险加固工程的应用探讨(《甘肃水利水电技术》--原稿)

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1、堆石棱体在高州水库除险加固工程的应用探讨陈金鹏1丘常军2（1.广东省水利水电第三工程局广东东莞523710；2.广西电力工业勘察设计研究院广西南宁530023）摘要：高州水库除险加固工程主副坝应用了大量的堆石棱体作为排水设施。堆石棱体能有效地降低坝体浸润线和防止坝坡土料的渗透变形，并支撑下游坝坡,增加稳定性，保护坝脚不受尾水冲刷，防止坝坡冻胀，具有结构安全可靠等优点，被广泛应用于各种水利工程的加固建设。本文以高州水库除险加固工程石骨主坝为例，简要的分析探讨堆石棱体在水库加固工程的应用。关键词：堆石棱体水库加固工程应用1、概述堆石棱体又称堆石体，其一般是设置在下游坝脚处，由堆石填筑

2、成棱形体状，有效地降低坝体的浸润线，排除坝体的渗水和固降雨而渗入坝体的雨水，保护下游坝坡不受下游河水的冲刷，增加下游坝坡的稳定性。高州水库是水利部水建管[2001]258号文“关于建立病险水库除险加固责任制的通报”中首批150座全国大中型病险水库之一，是一座以灌溉、防洪、供水为主，结合发电等综合利用的大(Ⅰ)型水利枢纽工程，其主要建筑物为1级，次要建筑物为3级，临时建筑物为4级，其石骨主坝为Ⅰ级坝，其加固坝体堆石棱体是依在旧堆石棱体上进行加高加宽，约500m长，高程范围：▽44.0m～▽54.39m，顶部宽度为2m，上下游边坡均为1：1.5，堆石体排水的顶部高度高出下游最高水位1

3、．0m以上，高于波浪沿边坡的爬升高度。因坝基为透水层，为防止渗流出逸处产生渗透变形，在堆石棱体与坝体接触面、堆石棱体与坝基接触面处，均设置了厚300mm碎石垫层和厚200mm砂垫层的反滤层。同时，石骨主坝左坝脚新建堆石棱体基础为流塑状淤泥质土软基础，承载力不符合设计要求，经茂名市投资审核中心、茂名水务局、业主、设计、监理、施工单位等多方现场研究，从技术、经济及安全性等多方面进行方案比选、论证,决定对淤泥进行清除处理，淤泥清除至原状土即止，同时采用边开挖边换填的方式进行石渣换填至旧堆石棱体建基面，以免影响旧堆石棱体的稳定。本文以高州水库除险加固工程石骨主坝为例，简要的分析探讨堆石棱

4、体在水库加固工程的应用。2、堆石棱体施工原理及主要技术指标2.1施工原理本工程石骨主坝加固坝体堆石棱体采用了机械和人工结合的施工方法来完成，其施工作业大体有：1、砂、石反滤料填筑，顺序如下：⑴放方格网控制清基平整度并夯实；⑵自卸汔车运输反滤料至坡顶；⑶人工用砂铲等工具将反滤料装斗后拉至铺筑面，由下到上铺筑砂或碎石垫层；⑷利用方格网控制整平，使坡面平顺，厚度均匀，细粒料浇水略加夯打；2、堆石棱体块石则采用倾填法（竖向填筑法）施工：通过自卸汽车运输至开挖坡面上，挖掘机抛投，人工堆砌，坡面和顶部用人工平砌法堆砌平整；3、左坝脚基础石渣换填则利用自卸汽车运输石渣，挖掘机边挖边换填的方法进

5、行石渣换填至旧堆石棱体建基面，以免影响旧堆石棱体的稳定。4石骨主坝堆石棱体标准断面图如下：石骨主坝堆石棱体标准断面图2.2主要技术指标堆石棱体的石料要具有与其使用目的相适应的物理力学性质，并且有较好的长期稳定性，石骨主坝加固坝体堆石棱体采用的反滤材料和块石参数技术指标如下：（1）堆石棱体反滤层：①中粗砂：h=20cm；0.25mm＜d＜5mm；3＜η(不均匀系数)＜6；0.5mm≤D15≤0.7mm。②碎石层：h=30cm；2.5mm＜d＜50mm（或小石5mm＜d＜20mm）；3＜η(不均匀系数)＜6。反滤料采用未经风化和溶蚀砂及砾石，碎石采用新鲜的石料，粒径小于0.075mm

6、的颗粒≤5%（按重量计），级配良好，渗透系数≥1×10-3cm/s,粉土和粘土颗粒按重量计＜1%；碎石孔隙率≤4%。（2）堆石棱体石料：采用新鲜、坚硬的岩石，抗压强度≥500kg/cm2，软化系数≥0.85，空隙率≤3%，吸水率≤0.8，γ≥2.2t/m3;石料呈块状，15cm≤棱体石料粒径≤60cm,规格小于要求的毛石，用于塞缝，用量≤10%，块石最大边长与最小边长比例≤1.5～2.0。石料不均匀系数要求：4≤η≤6。堆石棱体块石填筑孔隙率≤25%。3、技术要点堆石棱体依靠无胶结的块石间的薄弱连接维持稳定，连接强度低，抗剪能力小，坝坡缓，剖面为梯形，体积庞大，不会发生沿坝基面的

7、整体滑动，是一种可靠的、被广泛采用的排水设施。其对坝体渗透稳定性，堆石棱体材料，施工等均有严格的要求。下面就石骨主坝加固坝体堆石棱体的技术要点进行简要的分析：3.1渗透计算及分析根据规范要求，土石坝一般通过渗流计算确定坝体浸润线位置，绘制坝体及坝基的流网图；确定坝体及坝基的渗流量，并确定坝体及坝基的渗透坡降和出逸坡降，判断其渗透稳定性。石骨主坝坝体主要为粘土填筑的均质土坝，坝脚下游堆石棱体外常淤积较多的水，其浸润线绘制是依据浸润线方程y2=2h0+ho2，其中h0=√L2+(H1