老駙馬水庫大壩加固設計方案對比

李玉姝

(朝陽市閻王鼻子水庫工程建設管理局,遼寧 朝陽 122100)

老駙馬水庫大壩加固設計方案對比

李玉姝

(朝陽市閻王鼻子水庫工程建設管理局,遼寧 朝陽 122100)

摘要：老駙馬水庫經安全鑒定為三類壩，需進行除險加固。本文分析了水庫大壩存在問題、現狀工程情況，重點介紹了大壩加固設計方案及其合理性，通過對加固前后的對比，可以看出水庫大壩經加固后，在防洪標準、工程安全方面均滿足設計要求，加固設計方案合理，并能達到水庫大壩的加固修復效果，為發揮水庫的經濟效益和社會效益起到了積極作用。

關鍵詞：大壩；加固設計；復核計算；穩定；壩頂高程

1工程概況

老駙馬水庫位于興城市紅崖子鎮老駙馬村上游，屬興城河支流，流域面積1.12 km2，壩址以上河道長1.72 km，河道平均比降37.6‰。水庫始建于1976年4月，1977年12月竣工。水庫是以灌溉、防洪、養殖為一體的小(Ⅱ)型水庫，工程等別為Ⅴ等。

工程按10 a一遇洪水標準設計，20 a一遇洪水標準校核。水庫樞紐工程由大壩、輸水洞、溢洪道組成。水庫設計洪水位57.24 m，相應庫容為39.8萬m3；正常蓄水位56.4 m，相應庫容為33.3萬m3，校核洪水位57.51 m，相應庫容為42.2萬m3。水庫運行至今已近40 a，期間曾有幾次不同程度的修繕，但修復工作多是從水庫設施及表損現狀進行，水庫潛在的病害及壩體滲漏并未得到科學評估及徹底施治。由于當初受條件限制，建壩時設備落后，工藝落后，缺少可依據的規范和標準，加之資金投入不足，致使大壩在建設初期就存在諸多質量問題和安全隱患。為確保下游人民群眾的生命財產安全，保證下游公路、鐵路的正常運行，發揮水庫的最大效益,2014年12月，興城市水務局組織專家組對老駙馬水庫進行了安全鑒定，鑒定老駙馬水庫為三類壩，需進行除險加固。

實測大壩迎水坡為1∶2.6～1∶3.0，背水坡為二級坡，坡比自上而下依次為1∶2.6～1∶3.1，1∶1.81～1∶1.88。實測大壩壩頂凈寬4.4～5.0 m，壩頂高程59.5～59.8 m，防浪墻頂高程60.6 m，壩長215 m。

2大壩存在的問題

(1)迎水坡護坡塊石風化嚴重，局部產生沉降，凹凸不平，應重新更換塊石。

(2)背水坡坡比不滿足穩定要求，需要填筑培厚，無上壩臺階，沒設排水溝，且壩腳無排水體。

(3)水庫大壩無監測設施，水庫目前無觀測資料對壩體進行觀測分析，處于盲目運行狀態，需對水庫觀測設備進行配置。

(4)上壩道路既窄又陡，雨天泥濘不堪，無法滿足施工和汛期運送搶險物資的要求。

3大壩穩定復核

3.1斷面穩定計算

(1)斷面確定

穩定計算選取實測的3個橫斷面和1個縱斷面。

(2)設計參數的選取見表1。

表1　土壩土料計算指標

(3)滲流分析計算

采用《理正滲流分析計算軟件》得出表2計算滲流量。

表2　滲流分析計算成果表

(4)大壩穩定計算

根據《中國地震力參數區劃圖》(GB 18306-2001)、《中國地震烈度區劃圖》，老駙馬水庫地震基本烈度為Ⅵ度，根據《水工建筑物抗震設計規范》(DL 5073-1997)的規定，老駙馬水庫設計烈度定位Ⅵ度，抗震復核不需計算[1]。

3.2計算工況

依據《小型水利水電工程碾壓式土石壩設計導則》確定。

(1)正常工作條件下:分為正常高水位、設計洪水位、1/3水位時的上游坡及下游坡的穩定滲流期，采用瑞典圓弧法進行現狀穩定計算。

正常高水位：上游坡K計=1.452>K允=1.15；下游坡K計=1.119

設計洪水位：上游坡K計=1.483>K允=1.15；下游坡K計=1.108

1/3水位：上游坡K計=1.234>K允=1.15；下游坡K計=1.236>K允=1.15。

(2)非常運用條件下:分為校核洪水位時上游坡、下游坡的穩定滲流期。采用瑞典圓弧法進行現狀穩定計算。

校核洪水位：上游坡穩定K計=1.492>K允=1.15；下游坡穩定K計=1.104K允=1.15。

通過計算，土壩下游坡穩定計算的邊坡系數小于規范允許值。

4大壩加固設計方案

4.1壩頂

老駙馬水庫大壩現狀壩頂寬為4.4～5.0 m，對壩頂修整，填筑10 cm厚的碎石路面，路面向下游傾斜2%，以利于壩頂排水，下游壩肩鋪設花崗巖路緣石。靠近路緣石側設置橫向排水溝，收集壩頂雨水，排水溝壁厚6 cm，溝寬24 cm，預制鋼筋混凝土板蓋頂。根據現狀斷面大壩壩頂高程復核計算，壩頂高程為58.29 m，現狀壩頂高程59.49～59.8 m，滿足要求，大壩無需加高[2]。

4.2壩坡

迎水坡：將上游壩坡砌石拆除，拋石護砌、修坡，坡比仍為1∶2.6～1∶3.0，外購新石干砌，塊石厚度0.30 m，塊石粒徑大于30 cm,下設20 cm厚碎石墊層，粗砂墊層10 cm。為解決壩體滲漏問題，砂墊層下鋪設土工膜，膜下亦為10 cm厚砂墊層，起到保護防滲膜的效果。

背水坡: 由于背水坡抗滑穩定安全系數不滿足規范要求，本次加固重新設計下游坡面。壩坡為二級坡，戧臺以上坡比由原來的1∶2.6～1∶3.0局部培厚至1∶3.0，而戧臺以下坡比應從現狀1∶1.81～1∶1.88培厚至1∶2.5。清除坡面雜草樹木，平整壩面，采用草籽護坡。新建干砌石貼坡排水，干砌石厚度30 cm，下設20 cm厚碎石墊層和10 cm厚的粗砂墊層，并在背水坡設置一道上壩臺階[3]。

4.3使用年限

老駙馬水庫屬小(Ⅱ)型水庫，根據《水利水電工程合理使用年限及耐久性設計規范》SL 654-2014規定，水庫壅水建筑物大壩本次除險加固設計使用年限為50 a。

4.4設計大壩穩定復核

(1)斷面確定

迎水坡維持不變，仍為1∶2.6;背水坡分為二級，戧臺以上仍為1∶3.0,戧臺以下1∶2.5。

(2)設計斷面滲流分析計算

采用《理正滲流分析計算軟件》得出表3計算成果。

表3　滲流分析計算成果表

(3)設計斷面大壩穩定計算

計算工況依據《小型水利水電工程碾壓式土石壩設計導則》確定。

①正常工作條件下:分為正常高水位、設計洪水位、1/3水位時的上游坡和下游坡的穩定滲流期及設計洪水位驟降死水位上游坡穩定滲流期，采用瑞典圓弧法進行現狀穩定計算。

正常高水位：上游坡K計=1.519>K允=1.15；下游坡K計=1.239>K允=1.15。

設計洪水位：上游坡K計=1.555>K允=1.15；下游坡K計=1.181>K允=1.15。

驟降死水位:上游坡K計=1.564>K允=1.15。

1/3水位： 上游坡穩定滲流期K計=1.287>K允=1.15；下游坡穩定滲流期K計=1.408>K允=1.15。

②非常運用條件下:分為校核洪水位時上游坡、下游坡的穩定滲流期。采用瑞典圓弧法進行現狀穩定計算。

校核洪水位：上游坡K計=1.564>K允=1.15；下游坡K計=1.164>K允=1.15；驟降死水位上游坡K計=1.601>K允=1.15。

經過計算，土壩上游坡、下游坡穩定計算的邊坡系數大于規范允許值，因此，說明設計斷面合理。

4.5壩頂高程確定

(1) 大壩超高計算

根據《碾壓式土石壩設計規范》(SL 274-2001)進行大壩超高計算，計算公式見式(1)：

(1)

式中：Y為壩頂超高，m；R為計算爬高，m；e為最大風雍水高度，m；A為安全加高，A(正常)=0.5 m，A(非常)=0.3 m，A(地震)=1.2 m。

(2)計算結果

根據相關計算，得出水庫壩頂超高及壩頂高程見表4。

表4　水庫壩頂超高及壩頂高程確定計算表

(3)壩頂高程確定

設計洪水位加正常運用情況的壩頂計算超高:57.24+1.05=58.29 m；校核洪水位加非常運用情況的壩頂計算超高:57.51+0.62=58.13 m。

根據計算，本次計算壩頂高程為58.29 m，小于現狀壩頂高程59.5～59.8 m，滿足要求，因此壩頂高程仍為59.5～59.8 m[4]。

5結論

大壩作為水庫的主要建筑物，其除險加固設計要本著因地制宜、經濟科學的原則進行。大壩加固后，在防洪標準、工程安全方面均滿足設計要求，加固設計方案合理、可行，能達到水庫大壩的加固修復效果，能充分發揮水庫的經濟效益和社會效益。

參考文獻：

[1]中華人民共和國水利部.碾壓式土石壩設計規范：SL 274-2001[S].北京：中國水利水電出版社，2002.

[2]中華人民共和國水利部.水工混凝土結構設計規范：SL 191-2008[S].北京：中國水利水電出版社，2009.

[3]李玉姝.興城市老駙馬水庫除險加固工程地質勘察報告[R].遼寧喀左：喀左縣水利勘測設計隊，2015.

[4]中華人民共和國水利部.水庫工程管理設計規范：SL 106-96[S].北京：中國水利水電出版社，1996.

The old prince dam before and after reinforcement scheme comparison analysis

LI Yushu

(ChaoyangCityYanwangbiziReservoirProjectManagementBureauofLiaoningProvince,Chaoyang122100,China)

Abstract：The old prince identified as three types of reservoir dam,need reinforcement.Based on the analysis of the problems existing in the reservoir dam,project status and stability check,focusing on the dam reinforcement design scheme and rationality through of reinforcement comparison before and after the program,we can see the dam after reinforcement,in the flood control standard,the safety of the works meet design requirements,reinforcement design is reasonable,and can achieve the reservoir dam reinforcement effect of repair,in order to give full play to the reservoir of the economic and social benefits to positive role.

Key words：dam;reinforcement design;calculation;stability;crest elevation

作者簡介：李玉姝(1962-),女，助理工程師，主要從事水利工程管理及水庫運行管理工作。

中圖分類號：TV698.23

文獻標志碼：A

文章編號：2096-0506(2016)06-0045-03