上蔣水庫大壩除險加固工程防滲效果分析

王志江

(臨海市基層水利事務(wù)中心，浙江 臨海 317016)

0 引 言

水庫在使用過程中其安全性可能出現(xiàn)一定的變化，導(dǎo)致滲流量過大或者壩坡穩(wěn)定性不滿足相關(guān)要求[1-2]。從而導(dǎo)致水庫安全性降低，對水庫下游居民的安全產(chǎn)生極大的威脅。因此，及時復(fù)核水庫安全情況，針對病險水庫采取除險加固措施是十分重要的[3-5]。

上蔣水庫是一座小(2)型水庫。水庫壩址以上集雨面積為0.96km2，水庫設(shè)計洪水重現(xiàn)期30a一遇洪水，校核洪水重現(xiàn)期300a一遇洪水。

1 現(xiàn)狀大壩滲流分析

1.1 現(xiàn)狀大壩滲流分析

1)分析方法：本水庫滲流穩(wěn)定分析采用河海大學(xué)工程力學(xué)研究所的autobank程序進(jìn)行有限元法滲流計算，本程序是把整個壩體不同的小單元，并對小單元進(jìn)行賦值計算，適用于各種土壩的滲流穩(wěn)定分析。

2)計算工況：水庫死水位為80.50m，正常蓄水位為93.12m，設(shè)計洪水位為94.11m，校核洪水位94.37m。根據(jù)規(guī)范要求，結(jié)合本工程情況，確定計算工況為：穩(wěn)定滲流期：上游正常蓄水位，設(shè)計洪水位，校核洪水位。非穩(wěn)定滲流期：校核洪水位降至正常蓄水位，正常蓄水位降至死水位。

3)參數(shù)選取：本次滲流計算參數(shù)根據(jù)《臨海市上蔣水庫除險加固工程地質(zhì)勘察報告》選取，詳見表1。

表1 巖土物理力學(xué)計算參數(shù)表

4)計算成果：經(jīng)計算，大壩在正常蓄水位、設(shè)計洪水位和校核洪水位時，浸潤線均在下游棱體逸出。大壩穩(wěn)定滲流期下游壩坡逸出點處滲透坡降為0.31，逸出點高程為72.38m，最大逸出坡降為0.69。水位降落期上游壩坡逸出點最大滲透坡降為0.41。壩體內(nèi)最大水力坡降為5.41，出現(xiàn)在下游大壩Ⅱ-2含砂黏土與塊石土的交界處。滲流分析計算成果見表2。

表2 大壩滲流分析計算成果表

續(xù)表2 大壩滲流分析計算成果表

1.2 現(xiàn)狀大壩穩(wěn)定分析

1)分析方法：壩坡穩(wěn)定分析程序采用河海大學(xué)工程力學(xué)研究所編slope壩坡穩(wěn)定分析系統(tǒng)進(jìn)行計算。浸潤線等相關(guān)數(shù)據(jù)利用滲流穩(wěn)定分析成果。本次程序計算采用計條塊間作用力的簡化畢肖普法進(jìn)行計算，程序自動搜索最小安全系數(shù)和相應(yīng)的臨界滑裂面。

2)計算工況：①穩(wěn)定滲流期上游為正常水位93.12m時，大壩下游壩坡穩(wěn)定情況；②穩(wěn)定滲流期上游為設(shè)計水位94.11m時，大壩下游壩坡穩(wěn)定情況；③非穩(wěn)定滲流期上游為校核水位94.37m時，大壩下游壩坡穩(wěn)定情況；④上游從校核水位94.37m下降至正常水位93.12m時，大壩上游壩坡穩(wěn)定情況；⑤上游從正常水位93.12m下降至死水位80.50m時，大壩上游壩坡穩(wěn)定情況。

3)參數(shù)選取：本次壩坡穩(wěn)定計算參數(shù)根據(jù)《臨海市上蔣水庫除險加固工程地質(zhì)勘察報告》選取，采用簡化畢肖普法對壩坡穩(wěn)定進(jìn)行分析計算，壩體土料物理力學(xué)計算參數(shù)詳見表3。

表3 巖土物理力學(xué)計算參數(shù)表

4)計算成果：大壩各工況的計算結(jié)果分別見表4。

表4 大壩壩坡穩(wěn)定分析計算成果表

1.3 安全鑒定階段主要問題復(fù)核結(jié)論

1)現(xiàn)狀大壩防洪能力滿足設(shè)計30a一遇、校核300a一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)。

2)大壩浸潤線均在下游棱體逸出，最大逸出坡降為0.69。根據(jù)施工資料，壩腳采用小石碴堆砌作為反濾層，能有效保護含砂黏土不發(fā)生滲透破壞。根據(jù)地質(zhì)勘察報告，大壩心墻土體的壓實度和滲透系數(shù)均不能滿足現(xiàn)行《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》(SL274-2001)的要求。

3)大壩穩(wěn)定滲流期下游坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均不能滿足規(guī)范要求。

2 除險加固方案及加固效果分析

2.1 除險加固方案

水庫現(xiàn)狀大壩壩頂高程為95.83-96.11m，壩頂未設(shè)防浪墻。水庫現(xiàn)狀壩頂高程高于計算壩頂高程95.36m。本次除險加固確定壩頂高程為95.90m，壩頂不設(shè)防浪墻。現(xiàn)狀大壩壩頂長83.30m，壩頂平均寬度為4.0m，壩頂未設(shè)防浪墻。根據(jù)《小型水利水電工程碾壓式土石壩設(shè)計導(dǎo)則》，壩頂寬度可采用3-6m。本次除險加固設(shè)計壩頂長83.30m，寬4m，壩頂采用5cm厚彩釉磚護頂，壩頂面向下游側(cè)傾斜2%。為保證管理人員在臺風(fēng)影響期間巡查的安全，上游側(cè)設(shè)C30混凝土擋墻，墻頂高程為96.70m。下游側(cè)設(shè)C20混凝土路緣石，每10m設(shè)一排水孔。

大壩迎水坡現(xiàn)狀采用干砌塊石護砌，綜合坡比為1∶2.0，高程81.20m以下為干砌塊石擋墻護腳，擋墻外坡綜合坡比為1∶1.5。本次除險加固迎水坡拆除原干砌塊石護坡后，采用干砌塊石重新砌筑，坡比為1∶2.0，護坡結(jié)構(gòu)自上而下分別采用30cm厚干砌塊石、10cm厚碎石找平層。

大壩背水坡現(xiàn)狀采用干砌塊石護砌，綜合坡比為1∶1.5，高程80.50m以下為堆石棱體，棱體外坡綜合坡比為1∶2.6。本次除險加固背水坡拆除原干砌塊石護坡后，在高程78.00m處設(shè)堆石棱體，頂寬2m，外坡為1∶1.5。堆石棱體以上壩體采用石碴填筑，坡比為1∶2.25，護坡結(jié)構(gòu)自上而下分別采用30cm厚干砌塊石、10cm厚碎石找平層。

2.2 加固效果分析

2.2.1 大壩滲流穩(wěn)定分析

大壩加固后滲流計算方法及參數(shù)與現(xiàn)狀大壩滲流分析方法及參數(shù)一致。經(jīng)計算分析，在穩(wěn)定滲流期，大壩浸潤線均在下游棱體逸出，最大逸出坡降為0.65。根據(jù)施工資料，壩腳采用小石碴堆砌作為反濾層，能有效保護含砂黏土不發(fā)生滲透破壞。在非穩(wěn)定滲流期，大壩上游壩坡的最大滲透坡降為0.39，大壩上游壩坡滿足防滲要求。大壩滲流計算成果見表5，大壩滲流分析計算見圖1。

表5 大壩滲流計算成果表

(a)校核洪水位

2.2.2 壩坡穩(wěn)定分析

壩坡穩(wěn)定分析程序采用河海大學(xué)工程力學(xué)研究所編slope壩坡穩(wěn)定分析系統(tǒng)進(jìn)行計算。《根據(jù)小型水利水電工程碾壓式土石壩設(shè)計導(dǎo)則》小型工程為了簡化試驗，抗剪強度也可近似采用固結(jié)快剪指標(biāo)計算。浸潤線等相關(guān)數(shù)據(jù)利用滲流穩(wěn)定分析成果。本次程序計算采用計條塊間作用力的簡化畢肖普法進(jìn)行計算，程序自動搜索最小安全系數(shù)和相應(yīng)的臨界滑裂面。通過計算分析，大壩各工況的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均能滿足規(guī)范要求。壩坡穩(wěn)定分析成果見表6。大壩穩(wěn)定分析計算見圖2。

表6 大壩壩坡穩(wěn)定分析計算成果表

(a)大壩校核洪水位

3 結(jié) 論

1)通過數(shù)值分析上蔣水庫大壩在穩(wěn)定滲流期間壩坡穩(wěn)定性系數(shù)較低，不滿足相關(guān)規(guī)范要求，需采取除險加固工程。

2)結(jié)合工程情況及相關(guān)經(jīng)驗，確定采用調(diào)整壩坡坡比，重新砌筑壩坡的方式進(jìn)行除險加固治理。通過計算，加固后上蔣水庫大壩滿足滲流及壩坡穩(wěn)定性要求。