水庫除險加固工程設(shè)計研究
——以大沖庵為例

喻勇

（寧鄉(xiāng)市水利水電勘測設(shè)計院，湖南 寧鄉(xiāng) 410600）

一、除險加固設(shè)計

（一）工程任務(wù)和規(guī)模

大沖庵水庫位于寧鄉(xiāng)縣南部，屬湘江流域溈江一級支流烏江上游。大壩位于灰湯鎮(zhèn)新聯(lián)村，地理位置為東經(jīng)112°22′01″，北緯27°58′24″。壩址距灰湯集鎮(zhèn)5.2Km，距寧灰公路3km。水庫是一座以灌溉為主，兼有防洪、養(yǎng)魚等綜合利用的小（Ⅱ）型水庫。水庫控制集雨面積0.32km2，壩址以上干流長度0.7km，干流平均坡降58‰，總庫容65.37 萬m3，正常庫容為61.4 萬m3，死庫容為0.29 萬m3，為年調(diào)節(jié)水庫。設(shè)計灌溉農(nóng)田0.08 萬畝，實際灌溉農(nóng)田0.08 萬畝。

大沖庵水庫為無閘溢洪道的小型水庫，水庫洪水超過溢洪道堰頂時即自行泄流，水庫洪水調(diào)度管理方便，運行可靠。

（二）水庫加固工程主要項目及內(nèi)容

本次設(shè)計現(xiàn)場檢查情況和地勘報告內(nèi)容，大沖庵水庫大壩工程存在的險情如下：

1.大壩

大壩填筑土料為粉土質(zhì)砂，施工夯壓不密實，壩體散浸嚴(yán)重。

2.溢洪道

溢洪道為人工開挖的土渠，其內(nèi)雜草叢生，淤塞較嚴(yán)重，已被新修公路全部封堵，人為破壞現(xiàn)象嚴(yán)重。無消能設(shè)施。

3.輸水涵洞

輸水臥管建于全風(fēng)化花崗巖體內(nèi)，地基不均勻沉陷破壞導(dǎo)致臥管局部開裂破壞，存在較嚴(yán)重的滲漏問題；輸水涵洞位于壩體填筑土與全風(fēng)化花崗巖界面部位，正常蓄水位運行時其滲漏量達(dá)Q=0.4L/s，運行狀況較差。

針對以上險情，結(jié)合本次水庫實地勘察、地勘資料以及水庫運行的實際情況，本次初步設(shè)計確定的水庫除險加固項目內(nèi)容如下：

1.大壩：壩體旋挖回填；上游坡干砌塊石護坡加固；下游坡草皮護坡并做字；下游排水棱體整修。

2.溢洪道：對溢洪道進行恢復(fù)、整修與加固，并新建消力池。

3.輸水涵洞：對現(xiàn)有輸水涵洞進行廢除封堵，并新開輸水隧洞。

4.增設(shè)大壩水位觀測設(shè)施。

5.整修防汛公路200m。

二、設(shè)計依據(jù)

（一）工程等級及建筑物級別

大沖庵水庫總庫容65.37 萬m3，根據(jù)《水利水電樞紐工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252-2000）確定該水庫為小（Ⅱ）型水庫，樞紐工程為Ⅴ等工程，其主要建筑物為5 級建筑物，次要建筑物為5 級建筑物。本次初步設(shè)計擬定設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為30 年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為300 年一遇。正常運行情況下壩頂安全超高為0.5m，非常運行情況下為0.3m，溢洪道消能防沖工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為10 年一遇。

（二）設(shè)計控制標(biāo)準(zhǔn)

壩坡穩(wěn)定最小安全系數(shù)控制標(biāo)準(zhǔn)：

根據(jù)《碾壓土石壩設(shè)計規(guī)范》第8.3.10 條的規(guī)定，采用瑞典圓弧法計算壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)最小值如表1 所示。

三、大壩除險加固設(shè)計

（一）大壩除險加固前大壩現(xiàn)狀及存在的問題

大沖庵水庫大壩為均質(zhì)土壩，控制流域面積為0.32km2，壩頂高程236.94m，最大壩高27.8m，壩頂軸線長134m，壩頂寬4.0m，壩底寬131.1m。上游坡坡比1：2.4，無護坡；下游坡分為3 級，坡比從下到上依次為1：3.4、1：2.4、1：2.2，高程216.90m 處平臺寬4.5m，220.71m 處平臺寬3.6m，下游坡面為草皮護坡。

目前大壩存在的主要問題有：壩體散浸嚴(yán)重；上游無護坡；下游壩腳排水棱體失效。本次大壩除險加固設(shè)計的主要內(nèi)容為：對壩體進行旋挖回填；上游坡干砌塊石護坡；下游坡草皮護坡并做字；壩腳排水設(shè)施改造。

（二）大壩除險加固前滲流穩(wěn)定計算

滲流計算：

（1）參數(shù)指標(biāo)的確定

根據(jù)《小型水利水電工程碾壓式土石壩設(shè)計導(dǎo)則》（SL189-96）和《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》（SL274-2001）中相關(guān)規(guī)定：滲流計算依照設(shè)計導(dǎo)則中的公式計算；在進行滲流計算時，對某些較復(fù)雜的實際條件可作適當(dāng)簡化。如：

①對滲透系數(shù)比較接近（如相差3～5 倍以內(nèi)）的相鄰薄土層可視為一層，采用加權(quán)平均滲透系數(shù)作為計算依據(jù)。

②雙層結(jié)構(gòu)地基，如下臥土層不厚，且其滲透系數(shù)比上覆土層的滲透系數(shù)小100 倍以上時，可將下臥土層視為不透水層。

本次計算軟件采用北京理正滲流分析程序，計算方法為滲流公式法進行分析計算，再根據(jù)大壩多年運行觀測的實際情況修正所求浸潤線。

（2）滲流計算參數(shù)的確定

土壩形式：均質(zhì)土壩。壩基形式：不透水基礎(chǔ)。特征水位：正常蓄水位235.27m，死水位217.07m。

滲透系數(shù)：根據(jù)《大沖庵水庫壩體填筑土物理力學(xué)性質(zhì)試驗成果統(tǒng)計表》中滲透系數(shù)參數(shù)：經(jīng)地質(zhì)勘探取樣，壩體填筑土滲透系數(shù)4.8×10-4cm/s，屬中等透水區(qū)；壩基強風(fēng)化花崗巖區(qū)q=13.6～15.6Lu，約為1.5×10-4cm/s，屬中等透水巖區(qū)。

計算工況：根據(jù)《小型水利水電工程碾壓式土石壩設(shè)計導(dǎo)則》（SL189-96）中相關(guān)規(guī)定，本次滲流計算按以下工況進行：①上游正常蓄水位與下游相應(yīng)的最低水位。②庫水位從正常蓄水位降落到死水位，同時下游相應(yīng)最低水位時，上游壩坡穩(wěn)定滲流最不利的工況。

結(jié)論：壩體加固后，由于壩體旋挖回填防滲等措施，使得壩體浸潤線降低，通過穩(wěn)定計算水庫上、下游壩坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)，正常蓄水位時Kmin=1.352，水庫水位下降時Kmin=1.209，均大于壩體加固前穩(wěn)定安全系數(shù)且滿足規(guī)范要求，所以大壩加固后上下游壩坡是穩(wěn)定的。