夏店水庫大壩除險加固設計簡述

梁桂萍

（山西省水利水電勘測設計研究院，山西 太原 030024）

1 工程概況

夏店水庫位于襄垣縣夏店鎮馬喊村，距襄垣縣城20km，屬海河流域濁漳西源馬喊河。壩址以上控制流域面積13.42km2，總容庫191萬m3，是一座以防洪、灌溉為主，兼顧養殖的小（一）型水庫。大壩為均質土壩，最大壩高14m，壩頂長325m，壩頂寬13.8m，壩頂高程911.0m，無防浪墻，壩頂設有底寬2.5m、深2.0m的混凝土襯砌矩形灌溉渠道。大壩上游壩坡為干砌石護坡，壩坡 1∶2.75；下游壩坡無防護，壩坡 1∶2。壩體坐落在全新統洪沖積低液限粉土層上。

2 大壩加固必要性分析

通過大壩安全鑒定，水庫現狀實際抗洪能力不能滿足規范要求的100年一遇校核洪水標準。水庫一旦失事，將影響下游2個村莊、太焦鐵路、太長高速、208國道、0.3萬余人、0.047萬hm2耕地的防洪安全。另外，水庫除險加固后可以進行正常的興利調度，恢復其設計功能，產生良好的經濟效益。因此對水庫進行除險加固是必要的。

3 大壩加固設計

3.1 壩頂超高復核

夏店水庫屬平原區的4級土石壩，波浪爬高非常運用情況下的計算風速采用與大壩垂直的多年平均年最大風速，即10.0m/s，正常運用情況下的計算風速采用與大壩垂直的多年平均年最大風速的1.5倍計算，即15.0m/s。設計波浪爬高值采用累計頻率為5%的爬高值，設計安全加高值取0.5m，校核安全加高值為0.3m。

夏店水庫設計洪水位高于正常蓄水位，故正常運用工況采用設計洪水位作為計算靜水位，該工程抗震烈度Ⅵ度，本計算中不考慮地震工況。此次設計根據水文調洪及壩頂超高復核計算結果，結合壩頂路面改造，設計壩頂高程910.80m，不需設防浪墻。

3.2 大壩加固設計

根據工程現狀及大壩安全鑒定結論，確定大壩加固設計的工程內容包括：大壩壩頂鋪設瀝青公路；大壩上游壩坡面部分整修，高程906.20m以上部分的干砌石護坡翻修；大壩下游壩坡面整修，鋪設草皮護坡；大壩下游壩坡腳設貼坡護腳。

3.2.1 壩頂結構

壩頂現狀無防浪墻，路面為砂石路面，凹凸不平，損壞嚴重。壩頂中間的縱向漿砌石矩形灌溉渠道表面采用素混凝土襯砌。

原設計壩頂高程911.00m，現狀壩頂高程910.03m。本次設計壩頂高程910.80m，不需設防浪墻。壩頂寬13.8m，其中上下游側路面寬均為5.65m。壩頂路面改造成瀝青混凝土路面，路面橫坡比降2%，坡向下游側。壩頂上下游側均設漿砌石擋墻防護，并在下游側擋墻的下游壩坡頂設30cm×30cm的縱向混凝土排水溝，混凝土厚150mm，并與下游壩坡橫向排水溝相通。

3.2.2 大壩上游壩坡

目前，大壩上游壩坡的干砌石護坡損毀嚴重，根據損毀程度和部位，擬對其高程906.20m以上部分的干砌石護坡及其下部的反濾層進行翻修處理。

3.2.3 大壩下游壩坡

目前，大壩下游壩坡為1∶2.0，無防護，雜草灌木叢生。本次設計擬對下游壩坡面整修，整修后壩坡為1∶2.0。為防止雨水漫流沖刷下游坡面，設草皮護坡，厚度10cm。在下游壩坡上每隔50m設一道橫向排水溝，共4道；下游壩坡904.85m高程處設一道縱向排水溝，排水溝采用漿砌石結構，壁厚300mm，凈斷面300mm×300mm。下游壩坡坡腳處設干砌石貼坡護腳及一道縱向漿砌石截水溝，與左、右岸坡截水溝匯集，截水溝斷面型式為梯形，底寬300mm，深400mm，兩邊坡為1∶1，雨水匯流后排入下游河道。

為了大壩巡查及交通方便，在大壩下游壩坡樁號0+083的橫向排水溝處設漿砌石人行臺階，寬1.0m。

3.3 大壩加固后的滲流及滲透穩定計算分析

根據《碾壓式土石壩設計規范》及工程實際情況，滲流計算應包括以下工況：上游正常蓄水位907.50m與下游相應的最低水位；上游設計洪水位909.18m與下游相應的水位。

滲流計算采用北京理正軟件開發公司編制的《滲流計算分析軟件》，計算方法采用有限元法。

計算斷面選擇具有代表性的兩個斷面：主河槽處的最大壩高斷面（樁號0+108.60，有截水槽）；左壩段斷面（樁號0+070.00，無截水槽）。

壩體滲透系數根據本階段地質工程試驗成果確定，計算結果見表1。

表1 大壩滲流穩定計算成果表

據表1可知：由于大壩部分壩段設截水槽，部分不設截水槽，假定水庫全年均為正常蓄水位907.50m，大壩年滲流量為16.95萬m3。正常蓄水位時，壩體土和壩基卵石混合土的出逸滲透比降均小于允許滲透比降，滲流形態是安全的。設計洪水位909.18m時，壩體土的出逸滲透比降小于允許滲透比降，滲流形態安全；壩基卵石混合土的出逸滲透比降局部大于允許滲透比降，滲流形態不安全。

本次設計因投資規模限制，未對大壩采取上游防滲和下游排水措施，計算結果與大壩安全鑒定結論相同，分析合理。

3.4 大壩加固后的壩坡穩定計算分析

根據《碾壓式土石壩設計規范》及工程實際情況，壩坡穩定計算應包括以下工況：正常蓄水位907.50m時的下游壩坡穩定；設計洪水位909.18m時的下游壩坡穩定；庫水位在壩前淤積高程901.73m時的上游壩坡穩定。

大壩壩坡穩定計算采用北京理正軟件開發公司編制的《穩定計算分析軟件》，計算方法為計及條塊間作用力的簡化畢肖普法。

計算斷面選擇具有代表性的兩個斷面：主河槽處的最大壩高斷面（樁號0+108.60，有截水槽）；左壩段斷面（樁號0+070.00，無截水槽）。

夏店水庫大壩為4級建筑物，依據《碾壓式土石壩設計規范》，正常運用條件下壩坡穩定安全系數最小為1.25。壩坡穩定計算結果見表2。

表2 大壩壩坡穩定計算成果表

根據表2可知，大壩在各計算工況下的壩坡穩定最小安全系數均大于壩坡穩定允許最小安全系數，即壩坡穩定。

結合大壩50多年的運行情況，壩體垂直與水平變形已趨于穩定，計算結果是合理的。

4 結語

工程建成后，夏店水庫防洪能力明顯提高，抗洪能力滿足20年一遇設計洪水標準，100年一遇校核洪水標準。同時可增加農業供水，具有顯著的防洪、灌溉效益。