石井水庫大壩除險加固設計難點探析

【摘 要】本文介紹石井水庫大壩的現狀及存在的主要問題，介紹了大壩壩頂高程的確定及相應的滲流、抗滑穩定性驗算方法，可為類似小型水庫大壩的除險加固設計提供參考。

【關鍵詞】水庫；除險加固；穩定分析

【中圖分類號】TV62

【文獻標識碼】B

（Shangyu water conservancy project management Shangyu Zhejiang 312300 ）

【Abstract】This paper introduces the status and the main problems of shijing reservoir dam， how to determination crest elevation of the dam， Seepage and anti-sliding stability checking method. which can provide a reference for similar projects.

【Key words】Reservoir；Reinforcement；Stability analysis

1. 工程概況

1.1 水庫概況。

1.1.1 石井水庫位于上虞市上浦鎮馮浦村，屬曹娥江水系，地處亞熱帶季風氣候區，氣候濕潤，雨量充沛，雨量年內變化較大。水庫上游為象田嶺丘陵，山腳為馮浦村象田自然村。始建于1958年，1959年建成蓄水，1971年進行水庫擴建，打隧洞建水電站，由于地基土質差，設計施工不規范，在21日晚造成壩體內坡連同基礎圓弧滑動的重大工程事故，經處理內坡基本穩定。1972年4月13日產生外坡圓弧滑動，使壩腳田面隆起約1m。1977年春壩體加高結束，由于壩體出現嚴重圓弧滑動，于是降低設計標準，取消水電站，封堵隧洞。

1.1.2 根據原始資料，壩址以上水庫集雨面積6.23Km2，主流6.26公里，平均比降17‰。總庫容312.20萬m3，屬小（1）型水庫。

1.1.3 水庫大壩為均質土壩，壩頂高程16.80m，壩頂寬4.9～6.6m，上游為兩級壩坡，坡比約為1：2.79及1：2.57，下游也為兩級壩坡，坡比約為1：2.71及1：2.31，最大壩高13.61m，壩頂長約263m，溢洪道及泄水閘位于大壩右側，60×80漿砌條石方涵輸水涵管位于大壩右側。是一座灌溉兼滯澇的小型水庫，灌溉面積約2400畝。

1.2 水庫存在的問題。

根據石井水庫安全技術認定及復核，認定石井水庫大壩屬于三類壩，存在的問題有：

1.2.1 由于壩基土質較差，現狀大壩抗滑穩定復核結果表明下游壩坡非常情況時的抗滑穩定安全系數只有0.9，其他情況也小于規范要求較多，且歷史上曾發生大滑坡，故存在壩身、壩坡滑動的危險。

1.2.2 溢洪道的溢流堰堰體滲漏嚴重，側槽底板局部損壞；溢洪道局部地段泄流能力不足；泄水閘陳舊破爛，已不能正常使用；溢洪道底未護砌。

1.2.3 泄洪渠跟溢洪道的連接段朝壩腳轉彎，不僅泄洪不順，而且壩腳已被沖掉一大塊，深達4m多，危及壩坡穩定。

1.2.4 壩下埋設的放水涵管為漿砌條石結構，管周用三合土包裹，長期運行中未發現漏水現象。因砌石涵管有滲漏可能，根據省廳《導則》規定，仍需作相應處理。

1.2.5 下游壩腳沒有排水棱體；下游鎮壓層的石渣含泥量大，顆粒太細，透水性差，排水不暢通。

1.2.6 溢流堰與導水墻交接處沉陷開裂；導水墻墻體滲漏。

1.2.7 管理房陳舊破爛，輸水涵管的啟閉機裸露。

對于溢洪道、管理房等的修復屬于除險加固工程設計中的常見內容，前人已多有論述，本文不在贅述，本文主要探討下石井水庫大壩穩定的計算及相應的處治措施。

2. 石井水庫大壩穩定設計計算

2.1 壩頂高程計算。

根據《碾壓式土石壩設計規范》^[1]，壩頂在靜水位以上的安全超高應按下式確定：

y=R+e+A

式中y——壩頂超高，m；

R——最大波浪在壩坡上的爬高，m；

e——最大風雍水面高度，m；

A——安全加高，m，由工程等別為IV等，建筑物級別為4級，查得設計工況的安全加高為0.5m，校核工況的安全加高為0.3m。

壩頂高程計算結果如表1所示。

通過表1計算，計算壩頂高程為13.68m，現有壩頂高程16.44～16.94m，可滿足要求，并且還有較大的富余。由于壩基土質為深厚的淤泥質粘土，承載能力很低，需降低壩高進行減載，通過抗滑穩定分析計算，壩頂高程采用15.0m。為使實際防洪高程比原狀相接近，在壩頂再做高1.2m的防浪墻，墻頂高程16.20m。

2.2 除險加固方案確定。

通過對從安全可靠性、投資、土地損失等方面的比較，最終確定除險加固方案為：壩頂高程降低到15.0m，壩頂寬6.0m，內外坡采用三級坡，內外坡坡比分別為1：2.75及1：2.5。兩級馬道高程分別為13.0m及10.50m。壩頂做高1.2m防浪墻，使實際防洪高程跟原狀基本接近，而壩體重量大大減輕。壩體削減的土方加高下游7.40m 平臺（加高2.0m，長30m），從而達到壩體卸載及壩腳壓重的目的，以提高壩身抗滑穩定性。同時回填被溢洪道水流沖深的右壩段壩腳沖刷坑。

2.3 滲流穩定計算。

2.3.1 滲流允許逸出坡降J允采用《堤防工程設計規范》^[2]及《碾壓式土石壩設計規范》^[1]中的有關公式：

J允=（G-1）（1-n）/K

式中 G——土粒比重，取2.73；

n——土的孔隙率；n=e/（1+e）=0.993 /（1+0.993）=0.498；

K——安全系數，1.5～2.0，取1.75。

計算得：

J允=（G-1）（1-n）/K=（2.73-1）×（1-0.498）/1.75=0.496

2.3.2 滲流量計算方法是將壩體和壩基滲流量分開考慮，首先按不透水地基上均質壩的計算方法，決定壩體的滲流量qD和浸潤線（按不透水地基的浸潤線計算偏于安全）的位置，再假定壩體不透水，計算地基滲流量q'。滲流計算成果如表2：

2.3.3 表2計算成果表明，設計洪水位、校核洪水位時的出逸坡降大于允許坡降，故下游坡腳需設置排水棱體，高度取3.4m。出逸點最大高度0.67m，在排水棱體內部，且比排水棱體頂低0.5m以上，滿足規范要求。

2.3.4 根據地質勘探報告，壩上部4～6m透水性較大（4.56×10-3～2.87×10-5cm/s），屬中～弱透水層，該層以下為弱透水層。本水庫正常蓄水位▽9.4m，在壩頂以下5.6m處，故蓄水位均在弱透水層范圍，大壩抗滲性較好。同時，上表計算數據表明，僅設計洪水位及校核洪水位時滲流的出逸點坡降大于允許坡降，此兩種情況屬少遇的瞬時作用情況（尚未形成穩定滲流，洪水位就很快下降了），故影響甚小。

2.4 抗滑穩定計算。

抗滑穩定計算采用瑞典圓弧滑動法^[2]。

該大壩為4級建筑物，查《碾壓式土石壩設計規范》^[1]表8.3.10得

正常運用情況：抗滑穩定安全系數K≥1.15；

非常運用情況：抗滑穩定安全系數K≥1.05。

具體計算公式如下：

從表3可看出，進行除險加固后，其抗滑穩定安全系數滿足規范要求。

3. 結語

由于地基土質較差，設計施工不規范等原因，許多中小型水庫存在壩身抗滑穩定性不足的問題，這也是中小型水庫除險加固設計所要針對的關鍵性問題之一。本文所涉及的石井水庫就是其中之一，對該水庫大壩，本文通過壩身減載及壩腳圧重等措施，以提高壩身抗滑穩定性，并通過滲流計算、抗滑穩定計算等計算復核，驗證了設計的安全可靠性。

參考文獻

[1] SL274-2001，碾壓式土石壩設計規范[S].

[2] GB50286-98，堤防工程設計規范[S].

[文章編號]1619-2737（2015）03-16-316