青州市七一水庫除險加固設計方案分析

王金和，李有成

（青州市水利局，山東 青州 262500）

七一水庫位于青州市城區西郊，彌河支流南陽河中游，控制流域面積 105km2，干流平均比降為 0.0045，于1960年2月建成，設計總庫容540萬m3，興利庫容100萬m3。樞紐工程主要由大壩、溢洪道、放水洞等建筑物組成。大壩為均質土壩，壩頂高程119.1m，最大壩高21m，壩長170m，上游壩坡平均坡度為1∶3.0，下游壩坡平均坡度為1∶3.1；溢洪道總長365m，控制段設溢洪閘，閘底溢流堰為實用堰，堰頂高程為111.90m，閘孔5孔，總凈寬18m；放水洞位于溢洪閘左岸翼墻內，由于該水庫位于城區，多年未用于灌溉，已失去作用。七一水庫大壩由于設計標準低、施工質量差，加之年久失修，工程存在諸多安全隱患，2007年經省、市水利主管部門鑒定為三類病險庫。

該水庫建設前由于未對壩址進行地質勘察，主壩坐落于卵礫石層上，清基未清至相對不透水層，造成了大壩的嚴重滲漏，經地質勘察，壩體滲透系數k=1.5×10-7m/s，壩基滲透系數 kt=0.001m/s，濕容重 γ=19.20 kN/m3，壩基透水層厚達15m，采用解析法對0+060現狀斷面進行滲流計算，通過計算知大壩出逸坡降滿足規范要求。但計算最大單寬流量q＝0.0017 m3/s·m，滲漏量太大，日滲漏量超過2萬m3，與日常觀測值符合。

通過計算得出，該水庫校核洪水位已超過壩頂高程119.10m，不滿足規范要求。采用穩定滲流期和水位降落期瑞典園弧法的簡化法對大壩壩坡進行抗滑穩定計算，經安全復核，現狀大壩下游壩坡抗滑穩定滿足規范要求，上游壩坡在水位驟降及1/3壩高加地震時不滿足規范要求。

1 新建溢洪閘設計方案優選

通過對七一水庫現狀防洪能力核算，現有的溢洪閘顯然不能滿足水庫泄洪的要求，必須重建，加寬或加深溢洪閘過水斷面，現有的溢洪道橫穿居民區，溢洪閘總寬不能加寬，只能在總寬不變的情況下減少孔數增加總凈寬的辦法。除了加寬，還可以降低閘底高程，原溢洪閘下是消力池，消力池出口下接泄槽，未做下游二級消能設施，造成了下游嚴重沖刷。要加深閘底，須考慮拆除原消力池，堰下直接連接泄槽，在泄槽末端新建消能設施。

新建溢洪閘工程，在原有的溢洪閘基礎上拆除重建，給出了三個方案進行比較，第一個方案，只加寬不加深，即原溢流堰保持不變，堰頂高程仍為111.90m，閘孔由5孔改為3孔，總凈寬由18m增至20m；第二個方案，只加深不加寬，即閘孔總凈寬仍為18m，只降低溢流堰高程，堰頂高程由111.9m降至109m；第三個方案，既加寬又加深，即堰頂高程由111.9m降至109m，閘孔由5孔改為3孔，總凈寬由18m增至20m。其他條件不變，對各方案進行調洪計算、波浪計算，復核壩頂高程，計算成果見表1：

表1 三方案調洪計算成果比較表m

由表1可以看出，根據規范要求，方案一校核洪水位120.07m高于壩頂高程119.10m，顯然不滿足要求，需加高大壩。考慮到現大壩壩頂兼作城區的主要道路，若大壩加高，周邊均應加高，該方案不可行；第二方案校核洪水位低于壩頂高程，但校核情況計算的壩頂高程高于現狀壩頂高程，需設置防浪墻，七一水庫地處城區，大壩壩頂兼作城區主要道路，設置防浪墻有礙觀瞻，同時溢洪閘孔數仍為5孔也不經濟，故該方案也不可取；第三方案校核洪水位及計算壩頂高程均符合規范要求，不需設置防浪墻，為同時滿足安全和美觀的要求壩頂迎水側設置青石板護欄。

最后確定第三方案為設計方案，新溢洪閘在原有的溢洪閘基礎上拆除重建，閘軸線仍按原溢洪閘。拆除現有消力池，堰下直接連接陡槽，修復損壞的溢洪道陡槽護坦、護岸，陡槽末端新建消能設施。

2 大壩加固工程方案論證分析

由水庫大壩現狀分析知，大壩存在的主要問題是壩基滲漏嚴重，大壩上游壩坡不滿足抗滑穩定要求，壩體填筑質量差，要解決這些問題，一是要對壩體壩基進行防滲處理，二是要對壩體斷面進行加固處理，增大抗滑安全系數。

2.1 大壩防滲方案

壩體壩基進行防滲處理的方法有很多種，常見的有高壓噴射注漿法、水泥攪拌樁、砼防滲板墻等，經地質勘察，壩基無細粒土分布，而是厚達15m的卵礫石層，石質堅硬，以塊狀、餅狀、次圓狀為主，漏漿極嚴重，巖性為石灰巖，該層為山丘區河流上游廣泛分布的“底礫”，水泥土攪拌樁處理方法不適于該卵礫石地層。與高壓噴射注漿法相比，混凝土板墻則為更好的處理此類地層的方法，可以大幅降低壩體浸潤線、減少壩基滲流量，增加大壩壩坡抗滑穩定。七一水庫大壩防滲方案最終確定采用混凝土防滲板墻，墻體厚度確定為0.4m，為C10塑性砼。

砼防滲墻墻頂高程按設計洪水位115.26m，底部深入不透水層1.0m，最大深度約33m，防滲墻沿壩軸線布置，總長度140m。

2.2 壩體加固方案

作為大壩斷面的加固處理措施確定對主壩進行培土加寬。壩頂加寬7.0m，壩項路面加寬至14m，壩頂路面形成雙向四車道。壩后坡灌木全部清理干凈進行培土加固，加固后背水坡比為 1∶3.0，新筑壩坡與原壩坡接合處開挖成階梯狀，分層夯填，壩坡進行草皮綠化。

2.3 大壩加固后安全復核

根據地勘資料成果，選取大壩最大斷面做滲流分析，并作適當簡化，進行滲流和壩體安全復核。其中，壩體土料滲透指標：壩體滲透系數k=1.5×10-7m/s；壩基滲透系數kt=0.001m/s；砼防滲板墻厚0.4m，滲透系數k=5×10-10m/s；濕容重 γ=19.20 kN/m3。 經過計算，加固后的水庫大壩滲流穩定及壩體抗滑穩定安全指標均達到設計規范要求。