水庫主壩除險加固施工設計及效果分析

王丹丹

（遼寧省盤錦水文局，遼寧 盤錦 124010）

水庫主壩除險加固施工設計及效果分析

王丹丹

（遼寧省盤錦水文局，遼寧 盤錦 124010）

作為水利工程中最重要的構筑物之一，主壩對保護水利工程安全和防洪起著重要的作用，尤其是在水量巨大的情況下，主壩的防洪作用更為突出。文章以工程實例，就主壩的施工設計進行探討，并對其效果進行分析，以期對水庫主壩除險加固施工有所幫助。

主壩；除險加固；施工設計；施工效果

1 工程概況

某水庫除險加固工程中的主壩相關設計參數(shù)詳見表1。

表1 主壩相關設計參數(shù)

2 主壩加固施工設計

2.1 壩頂高程設計

壩頂高程可由下面公式確定：

式中：y為壩頂超高，m；R為壩坡上最大破浪爬高，m；e為最大風壅水面高度，m；A為安全加高，m。

2.1.1 波浪爬高 R計算

計算公式為：

1）平均波高確定公式為：

式中：W為平均最大風速，取其1.5倍，m／s；Tm為平均波周期，s；g為重力加速度。

2）平均波長：

式中：Tm為平均波周期；H為水域平均水深。

3）波浪爬高：

式中：Rm為平均波浪爬高，m；m為斜坡坡率，取值為2.5；K△為斜坡滲透性系數(shù)；KW為經(jīng)驗系數(shù)。其中，計算結果詳見表2。

2.1.2 風雍水面高度e計算

式中：e為風壅水面高度，m；D為風區(qū)長度，m；K為綜合摩阻系數(shù)，取3.6×10-6；W為計算風速，m／s；β為計算風向與壩軸線法線的夾角，取值為13°。

具體結果見表3。

2.1.3 安全加高

在校核洪水位情況下，A為0.30 m。

在設計洪水位情況下，A為0.50m。

具體結果見表3。

此外，土壩其他情況的壩頂高程計算結果見表 4。

表2 計算結果表

表 3 計算成果表

表4 壩頂高程計算成果表

由表 4知，該水庫計算壩頂高程為117.63 m＜117.71 m，因此，原壩頂高程符合設計要求，故可不需要防浪墻。

由于壩頂還要修筑道路，考慮到清基和碎石鋪筑等情況，該壩頂高程最終確定為117.96 m［1］。

2.2 壩體及壩基滲流計算和滲透穩(wěn)定性分析

2.2.1 浸潤線計算

水庫采用黏土心墻壩作為主壩，整個壩體位于不透水地基上，壩體建有貼坡排水設施，壩體下游無水。此外，壩體和壩基的滲透系數(shù)分別為6.0×10-3㎝／s和 1.3×10-5cm／s［2］。壩型及結構尺寸如圖1所示。

圖1 壩體浸潤線示意圖

式中：h為黏土心墻的下游水深度，m；K為壩殼土壤的滲透系數(shù)；K3為黏土心墻土壤的滲透系數(shù)。h1為浸潤線在下游坡逸出點的高度，m；L為下游壩腳至坐標軸 Oy的距離，m；H為壩前水頭，m；K為壩體土壤的滲透系數(shù)；K3為心墻土壤的滲透系數(shù)；t為水面距壩頂?shù)母叨?，m。

計算結果見表5。

表5 主壩浸潤線 m

2.2.2 滲透流量計算

壩體滲透流量可由如下公式確定：

式中：q為壩體單寬流量，m3／s。

結果分析：

1）當 正 常 高水 位 為 114.45 m時，滲流 量為0.12 m3／d·m。

2）當 設 計 洪水 位 為 116.62 m時，滲流 量為0.14 m3／d·m。

3）當 校 核 洪水 位 為 110.30 m時，滲流 量為0.16 m3／d·m。

由上可知，校核水位情況下，壩基及壩體滲漏流量 為0.16 m3／d·m，該 壩 全 年總滲 透 量 為0.98萬m3，占水庫總水量的 0.11%。由于滲透量較小，不會對水庫的正常運行造成影響，因此，對壩基及壩體可不采取防滲處理［3-4］。

2.2.3 滲透穩(wěn)定性分析

由于浸潤線在下游壩坡不存在逸出點，且壩腳處建有排水設施，因此，壩體具有良好的滲透穩(wěn)定 性［5］。

2.3 壩體穩(wěn)定性分析

在進行穩(wěn)定性分析時，采用了有效應力法。計算工況有2種：

1）正常運用。

2）非常運用［6］。

邊坡穩(wěn)定計算結果詳見表6。

表6 邊坡穩(wěn)定計算結果表

2.4 主壩加固方案

結合水利工程相關設計標準和規(guī)范，首先進行壩頂清基工作。由于壩頂需要修筑道路，故應先進行碎石的鋪筑，其鋪筑厚度為0.35 m，考慮到冬季嚴寒的影響，心墻頂部應與壩頂相距一定的距離，由于本地區(qū)最大凍深為1.2 m，并結合工程實際，確定心墻頂部應與壩頂相距1.55 m。但心墻頂部應高于水庫最大洪水位，此高度差確定為1.7 m［7］。

當壩頂清基工作結束后，可直接進行其他故障。在背水坡修筑排水溝，但要保證排水溝之間的間距為50 m。此外，為進一步增強護坡效果，可在背水坡上種植花草。

由于主壩迎水坡受損嚴重，應首先清理干凈原有的護坡材料，并采用干砌石進行護坡，其厚度確定為0.3 m。

3 結 語

某水庫設計施工并投入使用后，不但提高了水庫的防洪能力，增加了水庫的安全性，而且增加了水庫的蓄水量，為本地區(qū)提供了可靠的供水水源地。此外，水庫設計減少了初期投資，且運營后帶來了可觀的經(jīng)濟效益。

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［4］王紅彥.樹脂錨固劑在水庫大壩加固工程施工中的應用［J］.水科學與工程技術，2014（03）：159-160.

［5］袁海霞，吳俊，康慷.水庫主壩除險加固工程的設計措施［J］.科技資訊，2014（05）：273-275.

［6］周大鵬.談談病險水庫除險加固土石壩設計問題［J］.科技創(chuàng)新導報，2014（11）：98.

［7］張文濤，賈玉震 .大壩垂直鋪塑施工工藝分析及質量控制［J］.河北水利，2011（01）：4.

TV698.23

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1007-7596（2015）02-0052-03

2014-12-24

王丹丹（1979-），女，遼寧臺安人，工程師，研究方向為水文水資源。