某工程調(diào)蓄池Ⅱ設(shè)計簡述

周 洋 銳

(華北水利水電大學水利學院,河南 鄭州 450000)

1 工程概況

本工程位于原陽縣南部，取水源頭為雙井防沙閘引入黃河水。主體工程共分為3個調(diào)蓄池，本文選用其中的調(diào)蓄池Ⅱ。調(diào)蓄池Ⅱ位于天然二支渠以北、西關(guān)排以東、原官公路以東，以引黃調(diào)節(jié)為主，庫容為238萬m3。

2 工程地質(zhì)

本地地貌單元為黃河沖積平原，地勢稍有起伏。工程區(qū)勘探深度范圍內(nèi)揭露地層為第四系全新統(tǒng)沖積層，為粘砂多層結(jié)構(gòu)，巖性主要為輕粉質(zhì)壤土、重粉質(zhì)壤土、粉砂和細砂等，地層巖性分布比較穩(wěn)定。

3 調(diào)蓄池設(shè)計

調(diào)蓄池Ⅱ為新開挖工程，主要為保證灌區(qū)能充分灌溉。本次設(shè)計為半挖半填形式，圍堤壩體為土質(zhì)斷面，堤頂中心線長4 080 m，堤頂高程80.50 m，上游堤腳高程76.50 m，下游堤腳高程79.50 m，正常蓄水位79.00 m。

圍堤結(jié)構(gòu)斷面如圖1所示。

3.1 岸坡設(shè)計

根據(jù)本工程地勘報告成果，結(jié)合景觀要求，調(diào)蓄池Ⅱ圍堤斷面形式見圖2。

3.1.1邊坡穩(wěn)定性計算

本工程為Ⅳ級建筑物，在計算上游邊坡的抗滑穩(wěn)定時應(yīng)包括正常情況和非常情況。通過查詢相關(guān)資料得知本地為地震烈度8度區(qū)。因此需要對調(diào)蓄池圍堤邊坡進行抗震設(shè)計。在邊坡穩(wěn)定計算中，一級馬道和堤頂公路荷載按公路Ⅱ級荷載考慮。

1)計算工況。根據(jù)規(guī)范要求，分別計算了正常運用條件和非常運用條件下的各種不利組合。計算工況分以下兩種：

a.正常運用條件。水庫水位處于正常蓄水位(79.00 m)的穩(wěn)定滲流期。

b.非常運用條件。非常運用條件Ⅰ：分兩種情況：完建期；水庫水位的非常降落。非常運用條件Ⅱ：正常蓄水位+8度地震。

2)安全系數(shù)?？够€(wěn)定最小安全系數(shù)見表1。

3)計算方法。采用北京理正巖土軟件包中邊坡穩(wěn)定計算程序，該程序可以對圓弧或任意形狀滑裂面搜索相應(yīng)最小安全系數(shù)的臨界滑裂面。邊坡穩(wěn)定性是根據(jù)偏向不利的原則，選擇有代表性的斷面進行計算。

表1 抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)

4)巖土物理力學指標選用。調(diào)蓄池Ⅱ設(shè)計最低高程為76.50 m，池體開挖主要是在第①層，第②層土內(nèi)進行，各層土體的有關(guān)地質(zhì)參數(shù)見表2。

表2 各土層有關(guān)地質(zhì)參數(shù)表

對于各土、巖層，選用相應(yīng)的巖土物理力學指標。在進行邊坡穩(wěn)定分析時，采用飽和快剪指標。

計算成果見表3。

表3 邊坡穩(wěn)定計算成果表

上述計算結(jié)果表明：在正常和非常運用條件下，臨水邊坡的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)大于規(guī)范要求的最小安全系數(shù)。岸坡的抗滑穩(wěn)定性和安全性滿足規(guī)范要求。

3.1.2岸坡超高

根據(jù)相關(guān)規(guī)范的規(guī)定，壩頂高程不得低于正常運用或非常運用的水庫靜水位加相應(yīng)的超高y，按下式計算：

y=R+e+A+d。

其中，y為壩頂超高，m；R為最大波浪在壩波上的爬高，m；e為最大風壅水面高度，m；A為安全加高，m；d為地震涌浪高度，m。

由于本地地震基本烈度為8度，其地震動峰值加速度為0.20g，根據(jù)相關(guān)規(guī)范規(guī)定，考慮地震影響。

壩頂高程按以下計算工況，取其大值：

1)正常蓄水位加正常運用條件的壩頂超高；

2)設(shè)計洪水位加正常運用條件的壩頂超高；

3)校核洪水位加非常運用條件的壩頂超高；

4)正常蓄水位加非常運用條件的壩頂超高，再按相關(guān)規(guī)范規(guī)定加地震安全加高。

計算結(jié)果見表4。

表4 壅水面高度計算表 m

根據(jù)表4計算結(jié)果，結(jié)合實際地形選取圍堤頂高程80.50 m。

3.2 調(diào)蓄池防滲分析

防滲工程是調(diào)蓄池成池工程的最關(guān)鍵環(huán)節(jié)，本場地多由重粉質(zhì)壤土、輕粉質(zhì)壤土組成，地下水位高程74.90 m～75.30 m，圍堤壩腳高程76.50 m，不存在水下開挖及基坑降水問題。但蓄水期間存在滲漏問題。

圍堤填料主要為輕粉質(zhì)壤土和重粉質(zhì)壤土，根據(jù)地質(zhì)報告中土料的重塑物理性試驗成果及土力學性試驗成果知土料滿足筑堤要求，重塑后土料為弱透水性，滲透性能滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。圍堤的基礎(chǔ)坐落在重粉質(zhì)壤土、輕粉質(zhì)壤土互層上，滲透性不能滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。

3.2.1調(diào)蓄池滲漏量計算

1)池底滲漏量計算。

池內(nèi)蓄水時，滲漏補給地下水，滲漏量可按調(diào)蓄池蓄水量的1%計算，因此得出池底年滲漏量為7.53萬m3。

2)圍堤滲漏量計算。

圍堤內(nèi)水位高于堤外地下水位時，滲漏補給地下水。滲漏量計算公式如下：

Q滲=10-4×K×I×A×L×t。

式中：Q滲——滲漏補給量，萬m3/年；

K——滲透系數(shù)，根據(jù)地質(zhì)資料K=0.31 m/d；

I——單位長度圍堤垂直于地下水流向的剖面面積，I=12 m2/m；

L——圍堤長度，L=4 080 m；

t——滲漏時間，t=365 d。

經(jīng)計算，Q滲=111萬m3/年。

本設(shè)計對圍堤采用水泥土連續(xù)式防滲墻的垂直防滲措施。

3.2.2防滲墻設(shè)計

1)防滲墻的位置與范圍。

根據(jù)水文地質(zhì)縱剖面，應(yīng)在堤頂上游的壩肩處設(shè)置和圍堤長度相同的防滲墻。

2)防滲墻的深度。

根據(jù)資料，圍堤的基礎(chǔ)在重粉質(zhì)壤土、輕粉質(zhì)壤土互層上，第②-1層為中等透水性輕粉質(zhì)壤土；第②層為弱透水性重粉質(zhì)壤土。因此防滲墻的深度應(yīng)穿透第②-1層進入第②層，第②-1層底部高程在71.71 m～75.30 m之間，墻頂高程80.15 m，平均深度約為6.6 m，根據(jù)規(guī)范要求，防滲墻底部深入相對不透水層不小于1 m，因此防滲墻平均深度應(yīng)為7.6 m，防滲墻底高程為70.71 m～74.30 m。

3)防滲墻的厚度。

由于我國對防滲墻的設(shè)計沒有標準，因此在設(shè)計時，墻體厚度d根據(jù)防滲墻破壞時的水力坡降確定，計算公式如下：

式中：ΔHmax——作用在防滲墻上的最大水頭差，ΔHmax=4.6 m；

K——抗?jié)B坡降安全系數(shù)，一般取5;

Jmax——防滲墻滲透破壞坡降，水泥土連續(xù)防滲墻取Jmax=200。

經(jīng)計算，水泥土連續(xù)防滲墻厚度d=0.12 m，考慮到施工要求，取防滲墻厚度最薄處d=0.4 m。

3.3 圍堤

3.3.1圍堤壩頂工程設(shè)計

根據(jù)相關(guān)規(guī)范規(guī)定，依據(jù)工程需要，結(jié)合景觀要求，本次設(shè)計圍堤壩頂寬度10 m，壩頂?shù)缆凡捎没炷谅访?，按公路—Ⅱ級荷載設(shè)計，道路寬度9 m。在上、下游壩肩上設(shè)置高出路面0.2 m，厚0.5 m的混凝土路沿石，每隔5 m設(shè)置分縫。

3.3.2上游護坡工程設(shè)計

圍堤壩頂上游斷面形式分述如下：自堤頂至高程79.50 m設(shè)計邊坡1∶10；自高程79.50 m至高程78.30 m設(shè)計邊坡1∶2；自高程78.30 m至堤腳設(shè)計邊坡1∶4，堤腳設(shè)置寬0.5 m，深0.5 m的現(xiàn)澆混凝土齒墻。

3.3.3圍堤下游工程設(shè)計

從堤頂至高程79.50 m，坡度設(shè)計為1∶10。堤腳外側(cè)設(shè)置縱向排水溝，排水溝外側(cè)設(shè)7.5 m的新建混凝土道路，路面標高79.50 m，每側(cè)路肩寬0.5 m。

3.3.4圍堤壩坡排水工程設(shè)計

本次設(shè)計在下游堤腳外側(cè)79.50 m高程設(shè)一道縱向排水溝，沿壩軸線方向每隔200 m設(shè)置一條橫向排水溝，混凝土護砌，排水入天然二支渠及西關(guān)排。

4 結(jié)語

調(diào)蓄池Ⅱ建成之后，作為本工程之中的一個重要的調(diào)節(jié)水池，為受水區(qū)發(fā)揮可靠地儲水和調(diào)蓄作用，緩解灌區(qū)內(nèi)水資源供需嚴重不平衡的問題，同時改善區(qū)域生產(chǎn)、生活條件和生態(tài)環(huán)境，對促進區(qū)域農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展有著非常重要的意義，對促進該地區(qū)的經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展有著十分重要的作用。