5.5 土坝加固

5.5.1 土坝现状

角峪水库大坝为均质坝，全长1142m，最大坝高16.8m，坝顶高程166.96～168.00m，坝顶宽6m，防浪墙顶高程168.67m。上游坝坡为干砌石护坡，下游坝坡草皮护坡。桩号0+000～0+949段，上游坝坡高程162.27m以上边坡1∶3，以下边坡1∶3.5；下游坝坡高程162.27m设有马道，宽2m，马道以上边坡1∶2.75，以下边坡1∶3。桩号0+949～1+142段，上下游坝坡为1∶2。坝后排水棱体位于桩号0+137～0+673河槽段，总长545m，顶高程155.57～159.09m，顶宽1.0～2.0m，高1.0～4.1m。

大坝上游护坡为干砌石，现状厚度18～29cm，护坡石存在大面积塌陷、架空和翻转，其下无反滤料。大坝下游坡为草皮护坡，质量极差，大部分坝坡裸露，少部分坝坡分布有稀疏草皮。

大坝0+137～0+673段坝后为棱体排水，排水体长545m。排水体外部为干砌石，表面凹凸不平，塌陷严重，反滤层结构不合理，不能保护坝体。坝后排水设施不完善，大部分排水沟已坍塌和缺失，没有坍塌的部分淤积严重。

水利部大坝安全管理中心角屿水库大坝安全鉴定结论如下：大坝防浪墙质量差，与防渗体连接不紧密，上游护坡砌石块径偏小，反滤垫层不合格，松动、塌陷严重；坝后排水体无反滤料，渗透破坏严重；大坝填土混杂，密实度低，渗透系数不满足规范要求，局部坝段存在上下连通的风化料层，高水位下存在大面积坝坡出逸；大坝左段阶地及断层未做截渗处理，主河槽清基不彻底，渗漏严重，坝基以及与坝体、排水体接触部位存在渗透稳定安全问题。

5.5.2 土坝加固项目

根据大坝现状和存在的主要问题，以及大坝安全鉴定结论，确定土坝加固项目如下：

（1）大坝体型修整：原大坝坝坡变形严重，应对其进行整修。整修原则是在保证坝坡稳定的前提下，为了减少工程投资，原坝坡基本不变，仅对坝坡进行整修。坝顶高程统一为167.50m；坝顶宽度统一为6.0m。

（2）坝体坝基防渗加固：原坝体填筑质量差，坝基清基不彻底，渗漏严重，对其进行全面防渗处理。上游坝坡铺设两布一膜复合土工膜进行防渗，复合土工膜铺设到159.00m高程，此高程以下采用高压定喷桩作为坝基防渗，顶部与复合土工膜连接，底部嵌入基岩1m。

（3）上游护坡全部拆除重建：原上游护坡存在大面积塌陷，护坡质量极差，上游采用干砌方块石护坡，其下铺设砂砾石垫层。

（4）坝体排水系统拆除重建：原下游坝脚排水棱体坍塌严重，需进行整修。排水棱体增设二层砂砾石、一层粗砂反滤，厚0.3m的干砌石外侧保护。在主河床区增加了排水棱体长度210m。大坝原排水沟坍塌、淤积严重，全部予以拆除重建。

（5）断层带处理：桩号0+055基岩存在断层破碎带，透水率213Lu，原坝基断层带未做防渗处理。本次结合西放水洞重建，进行断层带的处理。在坝基不同材料中分别采用定喷墙和二排帷幕灌浆，并在坝轴线与上游坝脚之间的断层带挖除宽1m深1m，采用宽1m厚1.5的混凝土断层塞封堵。

（6）新建坝顶道路及上坝步梯：坝顶路面硬化，硬化宽度5.4m，采用厚0.34m的沥青路面。东坝头增加一回车场。大坝增加了2个上坝步梯。

5.5.3 坝顶高程复核

按照《碾压式土石坝设计规范》（SL 274—2001）计算坝顶超高。坝顶高程计算公式如下：

y=R+e+A

式中 y——顶超高，m；

R——最大波浪爬高，m；

e——最大风壅水面高度，m；

A——安全加高，m，设计工况取0.7m，校核工况取0.4m。

1）风壅水面高度e。

式中 K——综合摩阻系数，K=3.6×10^-6；

β——风向与水域中线的夹角，β=0°；

D——风区长度，m；

W——计算风速，m/s；

H_m——水域平均水深，m；

g——重力加速度，9.81m/s²。

2）平均波高和平均波周期采用莆田试验站公式计算。

式中 h_m——平均波高，m；

T_m——平均波周期，s。

3）平均波长。

式中 L_m——平均波长，m；

H——坝迎水面前水深，m。

4）平均波浪爬高。正向来波在m=1.5～5.0的单一斜坡上的平均爬高按下式计算：

式中 R_m——平均波浪爬高，m；

K_Δ——斜坡的糙率渗透性系数，《碾压式土石坝设计规范》（SL 274—2001）附表A.1.12-1，干砌石护坡K_Δ=0.80；

K_w——经验系数，《碾压式土石坝设计规范》（SL 274—2001）附表A.1.12-2可查得；

m——斜坡的坡度系数，m=3。

设计波浪爬高值应根据工程等级确定，3级坝采用累积频率为1%的爬高值R_1%。

根据《碾压式土石坝设计规范》（SL 274—2001），坝顶高程等于水库静水位与坝顶超高之和，根据本工程实际，分别按以下组合计算，取其最大值：

（1）设计洪水位加正常运用条件的坝顶超高。

（2）正常蓄水位加正常运用条件的坝顶超高。

（3）校核洪水位加非常运用条件的坝顶超高。

根据泰安市气象站的观测资料统计分析，多年平均最大风速为14.6m/s，设计风速正常运用情况下乘以1.5系数为21.9m/s，吹程1200m。坝顶高程计算结果见表5.5-1。

从表5.5-1看出，校核工况控制坝顶高程，计算的坝顶防浪墙高程168.50m。

现坝顶高程167.50m，防浪墙为浆砌石结构，部分基础下为中砂，且砂浆不饱满，局部位置为砂灰砌筑，与防渗体连接不紧密，起不到防渗作用。故现坝顶高程不满足要求，比计算值低1.0m。采取在坝顶加高1m防浪墙，现坝顶高程不变的加高方案。

5.5.4 防渗系统设计

5.5.4.1 方案比选

角峪水库经过多次加高加固改建，现坝体存在较多的质量缺陷，主要表现为坝体填筑质量差，压实干密度1.31～1.69g/cm³，平均值1.62g/cm³，填筑压实度仅为75%～91%。坝体防渗性能差，坝体填土渗透系数范围值3×10^-7～6.66×10^-4cm/s，平均值3×10^-6cm/s，有接近7%＞1×10^-4cm/s。局部中砂为闪长岩风化残积物，纵向分布在桩号0+052～0+950间，最低高程163.00m；桩号0+460～0+870段，厚度2.0～3.7m，平均厚度2.5m；桩号0+240～0+280段，厚度为0.4～2.45m，平均厚度1.4m，上下游贯通，使大坝高程165.02m以上防渗作用甚差。坝体碎石土由灰岩碎石、砖瓦块、砂砾和粉质黏土组成，其中碎石含量约占15%，厚度0.3～0.6m，分布于大坝左端桩号0+000～0+040，高程168.51～167.91m，为整修坝顶路面多年铺垫形成。

从上述坝体质量情况可以看出，除高程163.00m以上坝体加有平均厚度1.4～2.5m的透水层外，整个坝体填筑质量差且不均匀，压实度75%～91%，均不满足规范SL 274—2001规定的96%～98%，最小仅为规定的76%，实际最小压实度与最大压实度之比为85%。在这种压实度低且不均匀的情况下，坝体内部难免没有裂缝存在，虽然坝体钻孔注水试验的渗透系数最大为10^-4cm/s量级，基本满足规范SL 274—2001对均质坝的要求。但是有限的钻孔注水试验很难全面反映坝体的防渗性能，更难以代表坝体裂缝部位的防渗性能。从现场检查和水库管理人员反映，在下游坝坡有多处渗漏点表明坝体防渗性较差。渗流出逸点较高表明坝体浸润线也较高，不利于下游坝坡稳定。因此对坝体进行防渗处理是必要的。

主坝坝基清基不彻底，含一层粉土质砂，松散—稍密，分布在桩号0+300～0+560段，在坝前后形成贯通，厚0.8～3.2m；坝基还有一层含细粒土砂，层厚0.2～3.2m，分布于桩号0+110.6～0+280.4之间，形成纵向贯通。主河槽清基不彻底，左阶地段未作防渗处理，坝基渗漏和坝后沼泽化严重，多处发生渗透变形。坝基壤土的渗透系数平均值为1×10^-4cm/s，粉土质砂的渗透系数为3.8×10^-2，含细粒土砂的渗透系数为1.40×10^-3cm/s，透水性较强，为库水向坝下游渗透的主要通道。为防止坝基发生大面积的渗透破坏，进而危及大坝安全，因此需对坝基进行防渗处理。

针对大坝存在的问题及对大坝安全的分析，比较了两种防渗加固方案：

（1）方案一：坝坡复合土工膜+高压定喷灌浆防渗墙。结合上游护坡改建，在拆除原干砌石护坡后，将坝面整平压实，铺设复合土工膜（两布一膜200g/0.5mm/200g）。复合土工膜上部与坝顶防浪墙连接，左右两岸埋入锚固沟内。综合考虑坝体和坝基现状、导流条件、施工期导流和水库运用等因素，复合土工膜下部铺设至高程159.00m。在高程159.00m以下，布设高压定喷灌浆防渗墙，防渗墙底部嵌入基岩1m，左右两端至两坝肩。坝面复合土工膜和下部坝体、坝基的防渗墙形成了完整的防渗体系。

（2）方案二：坝顶高压定喷桩防渗方案。坝体与坝基均采用高压定喷桩防渗墙，即在坝轴线处从坝顶向下做高压定喷墙，直至岩石以下1m。

针对以上两个方案，主要从以下几个方面进行了比较：

方案一复合土工膜铺设在主坝上游坡坡面，可以降低上游坝体浸润线，减少高水位情况下的坝体变形，有利于上游坝坡稳定，且复合土工膜具有适应变形能力强，防渗性能好的特点，而且在近几年的病险水库加固处理中得到了广泛的应用，施工工艺成熟；结合坝坡修整、护坡改建，进行复合土工膜铺设，施工环节可以减少。由于本工程可用于导流的放水洞规模较小，泄水降低库水位和施工期导流受水库来流影响较大，并会在一定程度上影响工期，因此本方案施工会有一些风险。

方案二防渗体布置在坝轴线处，在工程投入运用后，定喷墙上游的坝体在长时间的高水位下，坝体处于饱和状态，坝体浸润线高，对水位降落工况下的坝坡稳定十分不利，尤其在现坝体压实度仅有75%～91%的情况下，加固工程完成投入后的上游坝体的变形极可能引起坝体裂缝，危及大坝安全；施工工艺单一，防渗墙施工基本无导流问题、风险相对较小。

（3）由于两个方案主坝施工均不控制总工期，施工工期也基本一样，故工期不决定两个方案的比较。

（4）方案一与方案二的直接工程投资比较见表5.5-2。

由表5.5-2可看出方案一比方案二工程投资低79万元，占坝体加固总投资的7.6%，且方案一运用条件较好，故本阶段推荐方案一即坝体采用复合土工膜、基础采用高压定喷桩防渗方案。

5.5.4.2 防渗方案设计

结合上游护坡改建，拆除原干砌石护坡，整平坡面后全部铺设两布一膜复合土工膜，以防止库内水位升高后坝体浸润线的升高，从而降低坝体渗透变形、阻止沿坝体裂缝可能产生的集中渗漏。

定喷墙位于主坝上游坡，上部与复合土工膜连接，下部根据基础透水性确定底高程。由于现水库在低水位时仅有放水洞可以泄流，放水洞底高程157.00m，根据施工洪水验算，施工期围堰顶高程应为159.00m。为了保证施工期定喷墙不受库水影响，定喷墙顶高程与施工围堰顶高程相同，取159.00m。

根据主坝坝轴线地质纵剖面图和定喷墙地质纵剖面图，为了封堵坝基主要渗漏通道，处理高程159.00m以下填筑质量差的坝体，混凝土高压定喷墙范围为D0+087～D0+600，高压定喷墙注浆孔距1.2m，墙体最小厚度0.1m。由于在D0+087～D0+050范围内坝基有约1m宽的断层，因此，在此范围内的坝基防渗处理采用断层上部（坝基壤土内）为混凝土高压旋喷墙，孔距0.8m；以下部分（岩石内）采用二排灌浆帷幕，一直到D0+031结束，孔距2m。

断层带的防渗处理：在上游坝脚处采用定喷墙和二排帷幕灌浆，见上述；由于该断层与西放水洞基本平行相临约4.5m，西放水洞需要重建，此处坝体全部开挖至坝基，开挖范围包括断层带，在坝轴线与上游坝脚之间的断层带挖除宽1m深1m，采用宽1m厚1.5m的混凝土断层塞封堵。

复合土工膜从坝顶开始铺设，其顶端埋于坝顶上游防浪墙底；与放水涵洞混凝土和定喷墙连接采用锚固连接；与两岸壤土边坡的连接，在岸坡的连接处挖深2.0m，底宽4.0m的槽，把土工膜埋入槽内，再用土回填密实；与底部壤土连接处挖深1.0m，底宽1.5m的槽，把土工膜埋入槽内，再用土回填密实。

由于顶部定喷墙施工质量难以保证，施工中，定喷墙顶高程按照159.00m控制，在土工膜连接时，将顶部高0.3m的部分凿除，再将墙周边的壤土挖深0.3m，浇筑混凝土与定喷墙顶齐平，宽度根据两侧包住定喷墙，选为0.7m。土工膜锚固在现浇的混凝土上，锚固后上部再浇筑厚0.3m混凝土，保证定喷墙与土工膜的连接可靠。锚固方法是先将连接处混凝土表面清理干净，涂上一层沥青，贴上橡胶垫片后再铺膜，土工膜上再贴橡胶垫片，并用厚10mm钢板压平，每隔25cm用膨胀螺栓固定，最后用混凝土或砂浆覆盖封闭。

5.5.5 坝顶加高及结构设计

现大坝防浪墙为浆砌块石结构，顶宽0.7m。大坝防浪墙基础没有发现大的不均匀沉陷，墙体不存在大的裂缝，局部勾缝砂浆脱落严重，砌筑质量差，砂浆强度低，检测平均值为4.6MPa。部分基础下为中砂，且砂浆不饱满，局部位置为砂灰砌筑，与防渗体连接不紧密，起不到防渗作用。

复核后坝顶高程不满足要求，本次结合上游坝坡改建和坝顶路面硬化，将原防浪墙拆除重建。根据计算，坝顶高程应为168.50m。测量结果显示，现大坝坝顶高程约为167.50m，采取在坝顶加高1.0m的防浪墙，坝顶不加高方案。加高后防浪墙顶高程168.50m，坝顶高程167.50m，高出坝顶1.0m，墙身采用M10浆砌粗料石结构，厚0.4m，基础采用M10浆砌石，并在墙顶设M10浆砌粗料石帽石。

原坝顶宽度6m，为了交通方便，路面硬化宽度5.4m，为沥青路面，厚0.34m，其中灰土基层厚0.3m，沥青碎石层厚0.04m。路面设倾向下游的单面排水坡，坡度为2%。

为使交通便利，在东坝头增加一回车平台。为使坝顶167.50m与溢洪道桥面168.60平顺连接，从D1+130到K点（坝轴线与溢洪道边墙接点）的坝顶路坡度约为5.8%。并在大坝两端各增加了一道上坝步梯。步梯采用浆砌石结构，宽1.2m。

5.5.6 上、下游坝坡复核及加固

5.5.6.1 上游坝坡

大坝上游护坡为干砌石，现状厚度18～29cm，从库水位以上观察，护坡石存在大面积塌陷、架空和翻转现象，监测面积15840m²，存在塌陷和损坏的面积为1450m²，最大塌陷深度58.6cm，平均塌陷38.6cm。护坡石质量差，风化严重，其下无反滤料，仅局部位置分布有一层厚8～10cm的碎石垫层，不符合规范对反滤层的要求。

由于坝坡损坏严重，厚度不足，部分护坡下无反滤层，在水位下降时造成坝体渗透破坏，故需对其进行拆除重建。

主坝上游坝面由于采用复合土工膜防渗，须对上游坝面进行清基，故与上游护坡改造相结合，统一考虑。

为了保证复合土工膜与坝体连接质量、避免其他材料对土工膜的破坏，上游坝面应清除干砌石护坡及其垫层，并应保持坝面平顺。

复合土工膜直接铺设在原坝坡上。为防止波浪淘刷、风沙的吹蚀、紫外线辐射以及膜下水压力的顶托而浮起等因素对土工膜的影响，需在土工膜上设保护层。保护层分为面层和垫层。

由于当地石料丰富，可采用干砌石护坡。根据《碾压式土石坝设计规范》（SL 274—2001）中护坡计算，砌石护坡在最大局部波浪压力作用下所需的换算球形直径和质量、平均粒径、平均质量和厚度按下式计算：

式中 D——石块的换算球形直径，m；

Q——石块的质量，t；

D₅₀——石块的平均粒径，m；

Q₅₀——石块的平均质量，t；

t——护坡厚度，m；

K_t——随坡率变化的系数；

ρ_k——块石密度，t/m³，取2.4；

ρ_w——水的密度，t/m³，取1；

h_p——累积频率为5%的坡高，m。

计算结果见表5.5-3。

经计算，上游干砌石护坡厚度为0.2m，现状厚度18～29cm，不完全满足要求。设计采用干砌块石厚0.2m，石块最大粒径0.2m，块石最小粒径0.1m。要求石料坚硬，抗风化能力强。为了保护坝坡上游复合土工膜，复合土工膜上游面即干砌方块石下铺设厚0.2m砂砾石垫层，为了保证垫层不被波浪淘刷，砂砾石粒径范围取10～40mm的连续级配。

5.5.6.2 下游护坡加固

（1）棱体排水。现下游坝脚排水棱体坍塌、脱落严重，需进行整修。将原排水棱体表面风化破碎的岩石清除，其余部分整平。为了保证排水畅通，在清除后的下游面，分别铺设垂直厚度0.2m的砂砾石、粗砂、砂砾石和厚0.3m的干砌石。

原排水棱体桩号D0+137～D0+637，本次加固增加了排水棱体范围，桩号为D0+135～D0+835。坝后排水棱体位于桩号D0+135～D0+845河槽段，总长710m，顶高程156.00m，顶宽1.5m。

棱体排水顶高程与原设计基本相同为156.00m，顶宽1.5m，外坡1∶1.5，内坡1∶2。

（2）坝面排水。原坝后排水设施不完善，排水沟坍塌、淤积严重，全部予以拆除重建。在下游坝坡162.00m高程马道顶部设置一排纵向排水沟；在下游坝脚和两岸岸边连接处设排水沟，以便收集下游坝坡和两岸岸坡雨水。下游坝坡排水汇入坝下游坝脚排水沟，形成完整的排水系统。下游坝脚的排水最终汇集到位于河漫滩最低处的渗流监测处，然后经渠道流入下游河道。横向排水沟宽0.2m，深0.2m，间距100m，马道顶部纵向排水沟宽0.3m，深0.3m，下游坝脚纵向排水沟宽0.4m，深0.4m，均采用浆砌石。

5.5.6.3 坝体裂缝处理

受当时筑坝技术限制，角峪水库在施工时全是人抬肩扛，上坝土料不均，施工分缝多，又经过三期工程才形成现在的规模，造成坝体土料差异性大。组成坝体的土料主要为壤土，局部夹杂有中砂和杂填土。

经过几十年长期运行，坝顶无硬化处理，由于沉陷不均匀和汛期来往车辆碾压，坝顶凹凸不平。

大坝运行中没有出现过大的裂缝，1964年桩号0+300处坝身出现长50m、宽0.05m、深0.8m的纵向裂缝，1975年库水位达164.57m时坝坡出现裂缝和塌陷现象，1979年对大坝进行培厚加固。但1976年汛期东放水洞西侧出现过滑坡，1983年对坝坡进行局部翻修加固。

针对已发现和未发现的裂缝，在上下游坝坡清坡完成后，出露的裂缝采取以下处理方法：

（1）深度不超过1.5m的裂缝，可顺裂缝开挖成梯形断面的沟槽。

（2）深度大于1.5m的裂缝，可采用台阶式开挖回填。

（3）横向裂缝开挖时应作垂直于裂缝的结合槽，以保证其防渗性能。

坝体裂缝处理，开挖前需向裂缝内灌入白灰水，以利于掌握开挖边界。开挖时顺裂缝开挖成梯形断面的沟槽，根据开挖深度可采用台阶式开挖，确保施工安全。裂缝相距较近时，可一并处理。裂缝开挖后防止日晒、雨淋。回填土料与坝体土料相同，应分层夯实，达到原坝体的干密度。回填时要注意新老土的结合，边角处用小榔头击实，同时保证槽内不发生干缩裂缝。

5.5.7 坝的计算分析

5.5.7.1 渗流计算

（1）计算方法。渗流计算程序采用河海大学工程力学研究所编制的《水工结构分析系统（AutoBANK v5.0）》。计算采用二维有限元法，按各向同性介质模型，采用拉普拉斯方程式，用半自动方式生成四边形单元，对复杂的剖分区域需要用若干个四边形子域拼接形成，划分单元对子域依次进行。

（2）计算断面。坝总长1140m，选择了D0+250、D0+500、D0+950三个有代表性的断面进行渗流计算。上游正常蓄水位163.57m，下游水位与地面平。

（3）基本参数选取。根据地质勘探资料，结合工程的材料特性，选用坝体、坝基材料渗流计算参数见表5.5-4。

（4）渗流计算成果及分析。渗流计算结果见图5.5-1～图5.5-3。

从表5.5-5中渗流计算结果看：由于坝体采用复合土工膜，坝体浸润线位置均较低，对大体稳定有利。

坡脚处的最大渗透坡降为0.36，小于壤土的容许水力坡降建议值0.51，因此不会发生渗透破坏。

5.5.7.2 坝坡稳定计算分析

本坝为3级建筑物。根据《碾压式土石坝设计规范》（SL 274—2001）的要求及工程情况，大坝抗滑稳定应包括正常情况和非常情况，计算情况如下：

正常运用条件：

（1）水库水位处于正常蓄水位和设计洪水位与死水位之间的各种水位稳定渗流期的上游坝坡，规范要求安全系数不应小于1.30。

（2）水库水位的非常降落，每年灌溉期，库水位从正常蓄水位降落到死水位。规范要求安全系数不应小于1.30。

（3）水库水位处于正常蓄水位和设计洪水位稳定渗流期的下游坝坡，规范要求安全系数不应小于1.30。

非常运用条件Ⅰ：本次加固对原坝体体型未改变，因此不再复核施工期的稳定。

非常运用条件Ⅱ：大坝地震动峰值加速度为0.05g，相应的地震基本烈度为6度，按照《碾压式土石坝设计规范》（SL 274—2001）和《水工建筑物抗震设计规范》（SL 203—1997）的要求，不再进行抗震设防的验算。

稳定计算采用黄河勘测设计有限公司与河海大学工程力学研究所联合研制的《土石坝稳定分析系统HH-SLOPE》。该程序有规范规定的瑞典园弧法和考虑条块间作用力的各种方法。计算方法采用计及条块间作用力的采用简化毕肖普法，圆弧滑动。

简化毕肖普法公式：

式中 W——土条重量；

V——垂直地震惯性力（向上为负，向下为正）；

u——作用于土条底面的孔隙压力；

α——条块重力线与通过此条块底面中点的半径之间的夹角；

b——土条宽度；

c′、φ′——土条底面的有效应力抗剪强度指标；

M_C——水平地震惯性力对圆心的力矩；

R——圆弧半径。

稳定计算材料强度指标见表5.5-6。

稳定计算分析成果见表5.5-7。成果见图5.5-4～图5.5-6。坝坡在各计算工况下均满足抗滑稳定要求。

5.5.7.3 复合土工膜稳定分析

根据《水利水电工程土工合成材料应用技术规范》（SL／T 225—1998），需验算水位骤降时，防护层与土工膜之间的抗滑稳定性。采用SL/T 225—1998附录A中推荐的计算方法。计算采用极限平衡法。坝坡复合土工膜上面铺设了20cm厚的砂砾石和20cm厚干砌方块石，为等厚保护层，因此抗滑稳定安全系数可按下式计算：

式中 δ、f——上垫层土料、下卧土层与复合土工膜之间的摩擦角、摩擦系数；

α——复合土工膜铺放坡角。

复合土工膜直接铺设在主坝材料土坡上。土工织物与土的摩擦系数一般为0.43左右，取0.43计算，上游坝坡坡度为1∶3，计算的土工织物与大坝边坡的抗滑稳定安全系数为1.3，满足规范要求。

角峪水库的主要功能是防洪和灌溉，水位降落速度较慢，随着库水的降落，坝坡干砌方块石后的水位也会随之下降，对坝坡稳定不会造成危害。

5.5.8 材料设计

（1）下游棱体排水反滤设计。根据现坝体材料和现棱体排水材料特性，棱体排水的砂砾石级配为5～40mm，粗砂的级配为0.25～10mm。

（2）复合土工膜的耐老化性能和选材。

1）土工膜的耐老化性能。土工膜应用于水工建筑物，其使用寿命有多长，这是工程技术人员最关心的问题。要比较全面和准确地测定和评价土工膜在各种条件下的耐老化性能，最好的方法是进行自然老化试验。国外坝工中应用土工膜已有40多年的历史，国内也有30多年。国内外工程长期运行情况表明，土工膜其耐老化性能是可信的。

美国、南非和纳米比亚从20世纪60年代起就进行试验室研究和野外试验，得到的结论是：不论在寒冷地区、干热地区，土工膜的强度和伸长率都变化甚微。有关实测资料还表明，埋设在坝内的PE膜在15年中，抗拉强度只降低5%，极限伸长率只降低15%。因而可以推估，土石保护下的薄膜使用寿命可达60年（按伸长率估算），或180年（按强度估算）。

苏联对聚乙烯膜作老化试验，根据推算认为用在坝内可使用100年。苏联能源部《土石坝应用聚乙烯防渗结构须知》（BCH 07—74）中规定：聚乙烯膜可用于使用年限不超过50年的建筑物。苏联文献认为：之所以限制在50年，是因为观测时间不长，因此对使用寿命的结论是极为谨慎的。当积累足够的观测资料以后，这个年限将延长。

另外一个旁证是：英国从1860年开始，混凝土坝内的伸缩缝止水片应用天然橡胶制品，经检查，至今尚未损坏。由此可以认为，坝内埋设的橡胶膜使用寿命应在100年以上。而目前使用的土工合成材料，属聚合物橡胶，其耐久性优于天然橡胶，因此用于坝内防渗是安全耐久的。

国内外大量试验研究和原型工程观测资料表明，土工膜具有足够长的使用寿命。巴家嘴土坝采用复合土工膜防渗，膜位于上游坝坡，其上覆盖土石保护层，应力较小且避免了紫外线的照射，其使用寿命可达到50年以上。

2）复合土工膜选材。工程常用土工膜有聚氯乙烯（PVC）和聚乙烯（PE）两种。PVC膜比重大于PE膜；PE膜较PVC膜易碎化；PE膜成本价低于PVC膜；二者防渗性能相当；PVC膜可采用热焊或胶粘，PE膜只能热焊；PVC膜和PE膜还有一个突出差别，就是膜的幅宽，PVC复合土工膜一般为1.5～2.0m，PE复合土工膜可达4.0～6.0m，相应地接缝PE膜比PVC膜减少1倍以上。

一般情况下，在物理性能、力学性能、水力学性能相当的情况下，大面积土工膜施工，应尽量选用PE膜。而且，PE膜接缝采用热焊，施工质量较稳定，焊缝质量易于检查，施工速度快，工程费用低。PVC膜虽然可焊接，可胶粘，但胶粘施工质量受人为因素较大，大面积施工中粘缝质量较难控制，成本较高；采用焊接时温度控制很关键，温度较高，易碳化，较低，则焊接不牢。

因此经综合分析，本工程初步确定采用PE膜。根据工程类比，PE膜厚度初选0.5mm。

复合土工膜是膜和织物热压黏合或胶粘剂黏合而成。土工织物保护土工膜以防止土工膜被接触的卵石碎石刺破，防止铺设时被人和机械压坏，也可防止运输时损坏。织物材料选用纯新涤纶针刺非织造土工织物。复合土工膜采用两布一膜，规格为200g/0.5mm/200g。

3）复合土工膜厚度验算。土工膜厚度可按《水利水电工程土工合成材料应用技术规范》（SL/T 225—1998）中的公式计算。

式中 T——薄膜的单宽拉力，kN/m；

p——薄膜上承受的水压力荷载，kPa；

b——预计膜下地基可能产生的裂缝宽度，m；

ε——薄膜发生的拉应变。

计算土工膜的厚度时，考虑土工膜垫层采用中细砂、砾石，最大作用水头按最大水头8.65m计，即p=86.5kPa，根据运行资料分析，在裂缝宽度为25mm时，8.65m水头的水压力荷载得到土工膜的拉应力—拉应变曲线为：

此曲线应与选用厚度的土工膜材料的拉应力—拉应变曲线对比，求出应力安全系数和应变安全系数，要求安全系数为5。如不满足，应选较厚膜。

根据国内已建工程经验，以及土工合成材料生产厂家的能力，设计要求0.5mm厚的土工膜极限抗拉强度为8kN/m，许可应变为10%，进行验算得T=1.33kN/m，安全系数F_s=8/1.33=5.75＞4～5（满足SL/T 225—1998规范要求的数值）。

5.5.9 主要工程量

角峪大坝加固工程主要工程量见表5.5-8。