水庫增容方案的設計思路分析與研究

【摘要】隨著我國城市建設進程不斷推進，當今水庫增容工程也不斷增加，為了能夠保證增容工程的安全性和可靠性，必須要加強水庫增容方案設計工作。在設計過程中，要重點考慮如何充分利用現有工程，合理的對新老工程進行融合，從而保證投資效益和施工安全。基于此，本文重點對水庫增容方案設計做出深入探究。

【關鍵詞】水庫；增容方案；設計思路；安全性

引言

無論是城市建設還是新農村建設，都會出現大量工業、農業項目快速投入運行，這就需要重點考慮水資源問題。水資源短缺已經成為嚴重制約社會經濟發展的重要因素。當今，尋找新的水源地并通過水庫調節供水已經成為了最為艱巨的任務，其中水庫增容就是最為重要的一環。在開展水庫增容設計過程當中，做好施工方案尤為重要，需要設計人員必須要加以重視。如今大部分地區的水庫都是農用和生態水庫，水庫初期建設規模較小、標準不高。因此水庫增容的設計關鍵點就是如何充分現狀進行水壩加高，結合新老工程，從而實現最終的設計目的。

1、水庫增容方案設計原則

絕大部分水庫都有一個特點就是占據耕地面積大，在當今我國土地資源愈加緊張的背景下，根據地基條件，包括地基承載力、沉降變形、壩體塑性變形、滲透變形等，增加壩高是首選的設計方案。之后才是擴大占地面積的增容方案。水庫增容方案設計原則為：滿足水庫增容目標；最大程度降低占用土地數量；控制投資量；施工安全可靠。

2、水庫增容工程方案分析與論證

我國大部分水庫的原有壩高在3-6m，筑壩材料多是粉細砂、沙壤土、裂隙黏土等，這些水庫土質不高、壩坡多是土坡，進行護砌的水壩數量少，在加上常年受到雨水沖刷，從而導致侵蝕嚴重，沖溝在0.5-1m左右。在加上水庫建設年頭不同，施工質量參差不齊，從而導致水庫工程質量各不相同。在水利工程長期運行中，庫內土料已經不適合應用做筑壩材料，從而增加了材料購置費和排水費用。

在水庫增容設計當中，壩體質量和筑壩土料是需要重點關注的問題。質量較好的壩體，可直接在原壩體上增加高度；如果壩體質量差、不符合規范要求，如果直接增加壩體高度會帶來很多的安全隱患，這就需要對現狀壩體進行清除，并按照規范標準開展回填工作，從而增加了工作量、投資量，不符合經濟性原則。因此，本文提出一種分區壩設計理念，將壩體設計成為分區壩，也就是將現狀壩體作為加高的一部分，通過對壩坡穩定性和滲流性進行計算，并結合試驗內容對土料進行設計，結合提高筑壩體設計指標、防滲措施、減低變形措施等，讓整個壩體能夠滿足各類運行要求。通過上述方法即可增加水庫的容量，也能夠避免施工量大、占地多的問題。當然，如果該方案無法實施，依然需要增加占地面積。總之，該項設計方案需要在充分考慮現狀壩體、檢定筑壩土方上最大程度上潛挖了現狀水庫，從而提高增容能力。

3、水庫增容方案設計思路和方法

3.1工程概況

假設某一平原水庫增容工程的水庫容量為600萬m3，工程圍壩長度約16km、壩高3m，水庫區面積為9平方km，由于受到周圍土地限制因素影響，整體上呈現不規則平面布置形態。圍壩頂寬8.5m，上游坡度在1：10～1：14之間，下游坡度在1：2.8～1：3.1之間，山下游坡度都是黏土貼坡泰興，貼坡厚度為0.25～0.55m之間，粘土在經過常年暴曬失水后，表面出現了很多裂縫，并在常年的雨水沖刷下，貼坡出現了很多沖溝，溝間距在0.8m左右、寬20cm左右、深度30cm左右，并且大沖溝較多。壩體土料是為沙壤土，可以滿足設計要求，個別部分產生了透鏡體，無法達到設計要去。部分壩段視為裂隙粘土，出現了不規律的砂壤土薄層或透鏡體，土地表現缺乏均勻性，也就是壩體整體無法滿足增容（增加壩高）標準。

3.2料場與壩體分區

結合現場勘察工作所提出的地質報告，案例水庫和周邊壩料是以裂隙粘土、砂壤土為主，并且裂隙粘土粒徑較大，天然水含量不符合最優含量標準，不符合防滲土料施工標準和施工技術要求。砂壤土天然含水量與最優含水量差別大，不抗吹、不耐沖，是典型的液化土層，不符合壩料質量技術要求。所以，結合土量儲備、原壩體裂隙粘土、土場運輸等情況，開展經濟、技術比較，優先選擇裂隙粘土和砂壤土結合的分區壩型，包括現狀壩體、砂壤土、裂隙粘土三段區域。通過綜合考慮粘土質量、土工試驗、碾壓試驗等，最終確定的指標為：

第一，加高部分壩體采用2m厚沙土用新筑裂隙粘土包裹里面；

第二，上游坡復合工土膜、碎石墊層、預制混凝土護坡；

第三，下游用草皮護坡，避免裂隙粘土受到外界因素影響，控制新生裂縫形成。

3.3圍壩斷面設計

（1）投資比較

結合水壩工程實際情況，包括壩體整體質量和增容實際要求，總共擬定了三個方案。第一，順下游1：3上游加高圍壩，之后對圍壩底寬全部落座在現有壩體上。該方案優點是充分利用先后工程，筑壩土方減少近40萬m3，但是對工程安全所有影響；第二，順上游坡1：3坡向下游加圍高，現有工程位于上游坡腳居于范圍內。該方法的優點是對整個壩體影響相對較少，但是開挖截滲會占用新的土地，筑壩土壤量大；第三，在8.5m寬的壩頂上樹立一個擋土墻，上游壩肩建鋼筋混凝土，這樣即可提高防滲性，下游壩肩漿砌石擋土墻，之后進行填土。因此，在按照投資方面上看，方案一最優。

（2）技術可行性

通過分析三個方案滲流量可知，滲流量都符合標準要求；分析工況、蓄水運行情況、水位設計蓄水情況、地震情況等， 方案一、二可以在各種情況下滿足安全需求，但是方案三可能出現壩肩擋土墻出現傾斜或脫落問題。在壩基和壩體應力方面，方案一的三個區應力都能夠滿足實際要求，非別為0.97、0.98、1.0，都大于標準值0.95，但是不連續，在長期使用中會慢慢固結，不易產生塑性變形。方案二壩基應力水利在小于0.95，為0.93，滿足要求。方案三壩體在基礎位置上容易產生應力集中和不均勻沉降現象現象，平均值均大于0.95，可能產生滑坡。所以方案一、二均可行。

總結

通過上述的一系列分析，方案一現狀能夠滿足水庫增容的要求，并且設計方案也更加經濟，并且不會產生不均勻沉降、滲透變形、裂縫等問題，工程整體性能良好。

參考文獻：

[1]賈知明.哈密市射月溝水庫瀝青心墻壩水庫增容加高方案設計論證[J].河南水利與南水北調，2016（03）：76-77.

[2]張歡，謝新生，謝秀新，黃華.香樟水庫增容擴建工程大壩擴建方案分析[J].陜西水利，2014（06）：78-79.