某水庫(kù)樞紐大壩工程除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)要點(diǎn)

簡(jiǎn)從義

（畢節(jié)市勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，貴州 畢節(jié) 551700）

1 工程概況

毛栗水庫(kù)位于大方縣西部的文閣鄉(xiāng)太河村境內(nèi)，有簡(jiǎn)易公路直達(dá)壩頂，交通較為方便。壩址處地理位置坐標(biāo)為東經(jīng)105°28′，北緯27°10′。水庫(kù)位于文閣鄉(xiāng)毛栗河的上游，壩址以上集雨面積15.10 km2（其中：地表集雨面積9.50 km2，地下集雨面積5.60 km2），河長(zhǎng)4.60 km，河道坡降29.80‰，流域形狀系數(shù)0.45?，F(xiàn)狀情況下，水庫(kù)正常蓄水位1 545.89 m，按50 年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)洪水位1 547.58 m，500年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)校核，校核洪水位1 548.25 m，水庫(kù)總庫(kù)容392 萬(wàn)m3，工程是以灌溉、人畜飲水為主，兼有防洪功能的綜合性小（1）型水庫(kù)。

庫(kù)區(qū)河谷為高山峽谷，屬峽谷型水庫(kù)。出露地層為三疊系下統(tǒng)飛仙關(guān)組第二段（T1f2），為弱透水巖組，地表水、地下水補(bǔ)給庫(kù)水。構(gòu)造主要是大寨背斜，軸部走向NE，橫穿庫(kù)區(qū)。地震基本烈度Ⅵ度，區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性較好。

毛栗水庫(kù)大壩包括主壩和副壩各一座，主壩為均質(zhì)土壩，最大壩高43.50 m，壩頂高程1 549.50 m，壩頂寬5 m，最大壩底寬156 m，壩頂長(zhǎng)100 m。迎水面1 526～1 533 m 坡比1：3，1 533～1 539 m坡比1∶2.50，1 539.00～1 549.50 m坡比1∶2，混凝土預(yù)制塊護(hù)坡。背水面壩頂1 549.50 m至堆石棱體頂1 528.28 m坡比1∶2.30，下游壩面天然草皮護(hù)坡，1 528.28 m 以下堆石棱體坡比分別為1∶1及1∶1.50。

副壩位于主壩右壩端約100 m 處，為均質(zhì)土壩，最大壩高26.60 m，壩頂寬5.50 m，最大壩底寬102.60 m，壩頂長(zhǎng)57 m，壩頂高程1 549.10 m。迎水面1 524～1 529 m坡比1∶3；1 529.00～1 535.40 m 坡比1∶2.50；1 535.40～1 548.90 m坡比1 ∶2.30，混凝土預(yù)制塊護(hù)坡。背水面1 535.38～1 543.40 m 坡比1∶2.37，1 543.40～1 548.90 m坡比1∶2，采用天然草皮護(hù)坡，壩腳設(shè)有排水棱體。

2 水庫(kù)大壩除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)基本參數(shù)

2.1 工程等別、建筑物級(jí)別及洪水標(biāo)準(zhǔn)

毛栗水庫(kù)為?。?）型水庫(kù)，Ⅳ等，大壩4級(jí)。水庫(kù)除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)50年一遇（P=2%），500年一遇（P=0.2%）洪水標(biāo)準(zhǔn)校核。溢洪道消能防沖洪水標(biāo)準(zhǔn)按20年一遇洪水設(shè)計(jì)。

2.2 設(shè)計(jì)采用參數(shù)

壩體滲流基本參數(shù)表（略）。壩體填筑粘土夾碎石滲透系數(shù)：3.1×10-4cm/s，壩體堆石棱體滲透系數(shù)：1×10-3cm/s，土工膜滲透系數(shù)：1×10-11cm/s，混凝土滲透系數(shù)：1×10-8cm/s。

3 大壩穩(wěn)定安全復(fù)核

3.1 滲流分析

毛栗水庫(kù)主壩及副壩均為均質(zhì)土壩，壩體上游依次為混凝土預(yù)制塊護(hù)坡、土工膜防滲、粘土斜墻防滲，壩體為均質(zhì)土壩，下游壩面為草皮護(hù)坡，壩腳設(shè)干砌塊石排水棱體。

現(xiàn)狀情況下，主壩壩頂高程1 549.50 m，最大壩高43.50 m，壩頂長(zhǎng)100 m，平均壩頂寬5 m，最大壩底寬156 m。大壩迎水面壩坡坡比自上而下依次為1∶2、1∶2.50、1∶3，背水面1 528 m以上坡比為1∶2.3，1 529 m以下為臺(tái)階狀干砌塊石排水棱體。

現(xiàn)狀情況下，副壩壩頂高程為1 549.10 m，最大壩高26.60 m，壩頂長(zhǎng)57 m，平均壩頂寬5.50 m，最大壩底寬102.60 m。大壩迎水面壩坡坡比至上而下依次為1∶2.3、1∶2.5、1∶3，下游壩坡1 535.38 m 以上壩坡坡比分別為1∶2.0、1∶2.37，1 535.38 m 以下壩坡為干砌塊石排水棱體，坡比為1∶0.60。

3.1.1 計(jì)算基本參數(shù)

采用最新測(cè)量成果擬出的結(jié)構(gòu)斷面作為滲流和穩(wěn)定復(fù)核依據(jù)，水文計(jì)算采用除險(xiǎn)加固后水位數(shù)據(jù)，圖（略）。

3.1.2 計(jì)算工況

①上游正常蓄水位與下游相應(yīng)的最低水位。②上游設(shè)計(jì)洪水位與下游相應(yīng)的水位。③上游校核洪水位與下游相應(yīng)的水位。④庫(kù)水位降落時(shí)上游壩坡穩(wěn)定最不利的情況。

3.1.3 計(jì)算結(jié)果

采用軟件計(jì)算。主壩浸潤(rùn)線(xiàn)示意圖（此略）與副壩浸潤(rùn)線(xiàn)示意圖（此略）。①正常蓄水位1 546.04 m的壩體穩(wěn)定滲流：主壩體單寬滲流量1.07×10-7m3/s，按壩體寬度100 m 計(jì)算，總滲流量0.90 m3/d，即約0.01 L/s。副壩體單寬滲流量4.97×10-8m3/s，按壩體寬度57 m 計(jì)算，總滲流量0.25 m3/d，即約0.003 L/s。②土體破壞時(shí)臨界水力坡降

；下游壩坡角β的正切值小于等于飽和土粒間內(nèi)摩擦角的正切值的一半，即③正常蓄水位1 546.04 m時(shí)，因排水棱體降低浸潤(rùn)線(xiàn)使坡面沒(méi)有滲水，故滲流性態(tài)安全。④正常蓄水位1 546.04 m降至取水口底板高程1 528 m時(shí)，水位降落方式為驟降，因排水棱體降低浸潤(rùn)線(xiàn)使坡面沒(méi)有滲水，故滲流性態(tài)安全。

3.2 穩(wěn)定分析

3.2.1 計(jì)算方法及計(jì)算參數(shù)

壩坡穩(wěn)定計(jì)算方法為剛體極限平衡法，分別采用瑞典圓弧法和畢肖普法。軟件計(jì)算采用的土體物理力學(xué)指標(biāo)詳見(jiàn)表格（此略），在遭遇地震后，參照類(lèi)似工程，采用擬靜力法進(jìn)行抗震穩(wěn)定計(jì)算，土體物理力學(xué)指標(biāo)詳見(jiàn)表格（此略）。

3.2.2 主壩穩(wěn)定復(fù)核分析

3.2.2.1 主壩計(jì)算工況

①正常運(yùn)用條件一：正常蓄水位情況下穩(wěn)定滲流期的上、下游壩坡。②正常運(yùn)用條件二：庫(kù)水位1 534 m（1/3壩高）穩(wěn)定滲流期的上、下游壩坡。③非常運(yùn)用條件Ⅰ：庫(kù)水位由1 546.04 m驟降至1 528 m（取水口高程）時(shí)的上游壩坡。

3.2.2.2 主壩計(jì)算結(jié)果

①正常蓄水位穩(wěn)定滲流期的上、下游壩坡。正常運(yùn)用條件，上、下游壩坡穩(wěn)定計(jì)算成果表（此略），穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果圖（此略）。結(jié)果表明均滿(mǎn)足規(guī)范要求。②庫(kù)水位1 534 m（1/3壩高）穩(wěn)定滲流期的上游壩坡。正常運(yùn)用條件，上游壩坡穩(wěn)定計(jì)算成果表（此略），穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果圖（此略）。計(jì)算結(jié)果表明，水庫(kù)水位在1 534 m（1/3 壩高）時(shí)的上游壩坡穩(wěn)定性滿(mǎn)足規(guī)范要求。③水庫(kù)水位由正常高水位1 545.89 m驟降至1 528 m時(shí)的上游壩坡計(jì)算結(jié)果表（此略），穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果圖（此略）。計(jì)算結(jié)果表明，水庫(kù)水位由正常高水位1 546.04 m 驟降放水口1 528 m 時(shí)的上游壩坡穩(wěn)定滿(mǎn)足規(guī)范要求。④各工況穩(wěn)定均滿(mǎn)足規(guī)范要求。

3.2.3 副壩穩(wěn)定復(fù)核分析

3.2.3.1 副壩計(jì)算工況

①正常蓄水位穩(wěn)定滲流期上、下游壩坡。②庫(kù)水位1 532 m（1/3壩高）穩(wěn)定滲流期上、下游壩坡。③非常運(yùn)用條件Ⅰ：庫(kù)水位由1 546.04 m驟降至1 528 m時(shí)的上游壩坡。

3.2.3.2 副壩計(jì)算結(jié)果

①正常蓄水位穩(wěn)定滲流期的上、下游壩坡。正常運(yùn)用條件，上、下游壩坡穩(wěn)定計(jì)算成果表（此略），穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果圖（此略）。計(jì)算表明滿(mǎn)足規(guī)范要求。②庫(kù)水位1 532 m（1/3壩高）穩(wěn)定滲流期的上游壩坡。正常運(yùn)用條件，上游壩坡穩(wěn)定計(jì)算成果表（此略），穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果圖（此略）。計(jì)算結(jié)果表明，水庫(kù)水位在1 532 m（1/3 壩高）時(shí)的上游壩坡穩(wěn)定性滿(mǎn)足規(guī)范要求。③水庫(kù)水位由正常高水位1 545.89 m驟降至1 528 m時(shí)的上游壩坡計(jì)算結(jié)果表（此略），穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果圖（此略）。計(jì)算結(jié)果表明，水庫(kù)水位由正常高水位1 546.04 m驟降放水口1 528 m時(shí)的上游壩坡穩(wěn)定滿(mǎn)足規(guī)范要求。④各工況穩(wěn)定均滿(mǎn)足規(guī)范要求。

3.2.4 土工膜穩(wěn)定復(fù)核

土工膜鋪蓋于迎水面壩坡上，面積大，且為斜坡面，故應(yīng)考慮土工膜及保持層的穩(wěn)定性，根據(jù)《聚乙烯（PE）土工膜防滲工程技術(shù)規(guī)范》計(jì)算公式：K=f/tga，經(jīng)計(jì)算，主壩土工膜抗滑安全系數(shù)K＝1.2＞1.15，副壩土工膜抗滑安全系數(shù)K＝1.38＞1.15，主壩、副壩鋪設(shè)的土工膜能夠滿(mǎn)足防滑要求。

4 大壩除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)

經(jīng)前述安全復(fù)核，主、副壩現(xiàn)狀情況下穩(wěn)定均能滿(mǎn)足規(guī)范要求。但大壩受此次險(xiǎn)情影響，下游壩腳排水棱體受洪水沖刷破壞，臨時(shí)采用袋裝土護(hù)腳，此次除險(xiǎn)加固需局部修復(fù)，設(shè)計(jì)拆除原袋裝土護(hù)腳，采用干砌塊石重新砌筑受沖刷破壞排水棱體。

大壩下游左壩肩因受三元支渠洪水漫出沖刷，壩肩排水溝破壞嚴(yán)重，為防止雨水沖刷，此次設(shè)計(jì)修復(fù)下游左壩肩排水溝，尺寸為b×h=0.3 m×0.3 m，側(cè)墻及底板均為C15混凝土結(jié)構(gòu)，厚0.15 cm，長(zhǎng)100 m，沿左壩肩布置至排水棱體，接入下游河道。

對(duì)于原上游截流墻因此次搶險(xiǎn)而破壞部分，采用混凝土補(bǔ)強(qiáng)修復(fù)，并對(duì)薄弱部位采用灌漿防滲處理。修復(fù)截流墻長(zhǎng)約15 m，在新老截流墻接觸部位各布置一個(gè)灌漿孔，在新截流墻上布置灌漿孔4 個(gè)，孔距為3 m，共布置灌漿孔6 個(gè)，孔深進(jìn)入截流墻以下2 m。鉆孔總進(jìn)尺27 m，灌漿進(jìn)尺12 m。

壩頂高程復(fù)核顯示，副壩頂無(wú)防浪墻，不滿(mǎn)足防洪要求，因此設(shè)計(jì)需增設(shè)副壩防浪墻。設(shè)計(jì)副壩防浪墻采用M7.5漿砌石砌筑，厚40 cm，內(nèi)外均采用M10 水泥砂漿抹面。防浪墻每隔15 m設(shè)伸縮縫1道，縫寬2 cm，縫內(nèi)填充瀝青砂漿止水。

5 結(jié)語(yǔ)

確定水庫(kù)大壩除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)基本參數(shù)；重點(diǎn)圍繞大壩工程滲流分析和穩(wěn)定分析進(jìn)行大壩穩(wěn)定安全復(fù)核；并從大壩現(xiàn)狀與除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)兩方面分析研究大壩除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)方案。