水庫增容方案的設(shè)計思路分析與研究

【摘要】隨著我國城市建設(shè)進(jìn)程不斷推進(jìn)，當(dāng)今水庫增容工程也不斷增加，為了能夠保證增容工程的安全性和可靠性，必須要加強(qiáng)水庫增容方案設(shè)計工作。在設(shè)計過程中，要重點考慮如何充分利用現(xiàn)有工程，合理的對新老工程進(jìn)行融合，從而保證投資效益和施工安全?；诖?，本文重點對水庫增容方案設(shè)計做出深入探究。

【關(guān)鍵詞】水庫；增容方案；設(shè)計思路；安全性

引言

無論是城市建設(shè)還是新農(nóng)村建設(shè)，都會出現(xiàn)大量工業(yè)、農(nóng)業(yè)項目快速投入運行，這就需要重點考慮水資源問題。水資源短缺已經(jīng)成為嚴(yán)重制約社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素。當(dāng)今，尋找新的水源地并通過水庫調(diào)節(jié)供水已經(jīng)成為了最為艱巨的任務(wù)，其中水庫增容就是最為重要的一環(huán)。在開展水庫增容設(shè)計過程當(dāng)中，做好施工方案尤為重要，需要設(shè)計人員必須要加以重視。如今大部分地區(qū)的水庫都是農(nóng)用和生態(tài)水庫，水庫初期建設(shè)規(guī)模較小、標(biāo)準(zhǔn)不高。因此水庫增容的設(shè)計關(guān)鍵點就是如何充分現(xiàn)狀進(jìn)行水壩加高，結(jié)合新老工程，從而實現(xiàn)最終的設(shè)計目的。

1、水庫增容方案設(shè)計原則

絕大部分水庫都有一個特點就是占據(jù)耕地面積大，在當(dāng)今我國土地資源愈加緊張的背景下，根據(jù)地基條件，包括地基承載力、沉降變形、壩體塑性變形、滲透變形等，增加壩高是首選的設(shè)計方案。之后才是擴(kuò)大占地面積的增容方案。水庫增容方案設(shè)計原則為：滿足水庫增容目標(biāo)；最大程度降低占用土地數(shù)量；控制投資量；施工安全可靠。

2、水庫增容工程方案分析與論證

我國大部分水庫的原有壩高在3-6m，筑壩材料多是粉細(xì)砂、沙壤土、裂隙黏土等，這些水庫土質(zhì)不高、壩坡多是土坡，進(jìn)行護(hù)砌的水壩數(shù)量少，在加上常年受到雨水沖刷，從而導(dǎo)致侵蝕嚴(yán)重，沖溝在0.5-1m左右。在加上水庫建設(shè)年頭不同，施工質(zhì)量參差不齊，從而導(dǎo)致水庫工程質(zhì)量各不相同。在水利工程長期運行中，庫內(nèi)土料已經(jīng)不適合應(yīng)用做筑壩材料，從而增加了材料購置費和排水費用。

在水庫增容設(shè)計當(dāng)中，壩體質(zhì)量和筑壩土料是需要重點關(guān)注的問題。質(zhì)量較好的壩體，可直接在原壩體上增加高度；如果壩體質(zhì)量差、不符合規(guī)范要求，如果直接增加壩體高度會帶來很多的安全隱患，這就需要對現(xiàn)狀壩體進(jìn)行清除，并按照規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)開展回填工作，從而增加了工作量、投資量，不符合經(jīng)濟(jì)性原則。因此，本文提出一種分區(qū)壩設(shè)計理念，將壩體設(shè)計成為分區(qū)壩，也就是將現(xiàn)狀壩體作為加高的一部分，通過對壩坡穩(wěn)定性和滲流性進(jìn)行計算，并結(jié)合試驗內(nèi)容對土料進(jìn)行設(shè)計，結(jié)合提高筑壩體設(shè)計指標(biāo)、防滲措施、減低變形措施等，讓整個壩體能夠滿足各類運行要求。通過上述方法即可增加水庫的容量，也能夠避免施工量大、占地多的問題。當(dāng)然，如果該方案無法實施，依然需要增加占地面積?？傊?，該項設(shè)計方案需要在充分考慮現(xiàn)狀壩體、檢定筑壩土方上最大程度上潛挖了現(xiàn)狀水庫，從而提高增容能力。

3、水庫增容方案設(shè)計思路和方法

3.1工程概況

假設(shè)某一平原水庫增容工程的水庫容量為600萬m3，工程圍壩長度約16km、壩高3m，水庫區(qū)面積為9平方km，由于受到周圍土地限制因素影響，整體上呈現(xiàn)不規(guī)則平面布置形態(tài)。圍壩頂寬8.5m，上游坡度在1：10～1：14之間，下游坡度在1：2.8～1：3.1之間，山下游坡度都是黏土貼坡泰興，貼坡厚度為0.25～0.55m之間，粘土在經(jīng)過常年暴曬失水后，表面出現(xiàn)了很多裂縫，并在常年的雨水沖刷下，貼坡出現(xiàn)了很多沖溝，溝間距在0.8m左右、寬20cm左右、深度30cm左右，并且大沖溝較多。壩體土料是為沙壤土，可以滿足設(shè)計要求，個別部分產(chǎn)生了透鏡體，無法達(dá)到設(shè)計要去。部分壩段視為裂隙粘土，出現(xiàn)了不規(guī)律的砂壤土薄層或透鏡體，土地表現(xiàn)缺乏均勻性，也就是壩體整體無法滿足增容（增加壩高）標(biāo)準(zhǔn)。

3.2料場與壩體分區(qū)

結(jié)合現(xiàn)場勘察工作所提出的地質(zhì)報告，案例水庫和周邊壩料是以裂隙粘土、砂壤土為主，并且裂隙粘土粒徑較大，天然水含量不符合最優(yōu)含量標(biāo)準(zhǔn)，不符合防滲土料施工標(biāo)準(zhǔn)和施工技術(shù)要求。砂壤土天然含水量與最優(yōu)含水量差別大，不抗吹、不耐沖，是典型的液化土層，不符合壩料質(zhì)量技術(shù)要求。所以，結(jié)合土量儲備、原壩體裂隙粘土、土場運輸?shù)惹闆r，開展經(jīng)濟(jì)、技術(shù)比較，優(yōu)先選擇裂隙粘土和砂壤土結(jié)合的分區(qū)壩型，包括現(xiàn)狀壩體、砂壤土、裂隙粘土三段區(qū)域。通過綜合考慮粘土質(zhì)量、土工試驗、碾壓試驗等，最終確定的指標(biāo)為：

第一，加高部分壩體采用2m厚沙土用新筑裂隙粘土包裹里面；

第二，上游坡復(fù)合工土膜、碎石墊層、預(yù)制混凝土護(hù)坡；

第三，下游用草皮護(hù)坡，避免裂隙粘土受到外界因素影響，控制新生裂縫形成。

3.3圍壩斷面設(shè)計

（1）投資比較

結(jié)合水壩工程實際情況，包括壩體整體質(zhì)量和增容實際要求，總共擬定了三個方案。第一，順下游1：3上游加高圍壩，之后對圍壩底寬全部落座在現(xiàn)有壩體上。該方案優(yōu)點是充分利用先后工程，筑壩土方減少近40萬m3，但是對工程安全所有影響；第二，順上游坡1：3坡向下游加圍高，現(xiàn)有工程位于上游坡腳居于范圍內(nèi)。該方法的優(yōu)點是對整個壩體影響相對較少，但是開挖截滲會占用新的土地，筑壩土壤量大；第三，在8.5m寬的壩頂上樹立一個擋土墻，上游壩肩建鋼筋混凝土，這樣即可提高防滲性，下游壩肩漿砌石擋土墻，之后進(jìn)行填土。因此，在按照投資方面上看，方案一最優(yōu)。

（2）技術(shù)可行性

通過分析三個方案滲流量可知，滲流量都符合標(biāo)準(zhǔn)要求；分析工況、蓄水運行情況、水位設(shè)計蓄水情況、地震情況等， 方案一、二可以在各種情況下滿足安全需求，但是方案三可能出現(xiàn)壩肩擋土墻出現(xiàn)傾斜或脫落問題。在壩基和壩體應(yīng)力方面，方案一的三個區(qū)應(yīng)力都能夠滿足實際要求，非別為0.97、0.98、1.0，都大于標(biāo)準(zhǔn)值0.95，但是不連續(xù)，在長期使用中會慢慢固結(jié)，不易產(chǎn)生塑性變形。方案二壩基應(yīng)力水利在小于0.95，為0.93，滿足要求。方案三壩體在基礎(chǔ)位置上容易產(chǎn)生應(yīng)力集中和不均勻沉降現(xiàn)象現(xiàn)象，平均值均大于0.95，可能產(chǎn)生滑坡。所以方案一、二均可行。

總結(jié)

通過上述的一系列分析，方案一現(xiàn)狀能夠滿足水庫增容的要求，并且設(shè)計方案也更加經(jīng)濟(jì)，并且不會產(chǎn)生不均勻沉降、滲透變形、裂縫等問題，工程整體性能良好。

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