三楂塢水庫大壩除險加固設計及穩定性研究

徐伊琳 馬立

（杭州水利水電勘測設計院有限公司，浙江 杭州 311200）

1 工程概況

三楂塢水庫是一座以灌溉為主，兼有防洪、養魚等綜合利用的小（1）型水庫。水庫位于建德市大同鎮，壩址以上主流長1.22 km，集雨面積1.72 km2，原設計總庫容為191.26 萬m3，正常庫容152萬m3。樞紐主要建筑物由攔河壩（含主壩和副壩）、溢洪道、輸水建筑物等組成。攔河壩分為主壩和副壩，其中主壩壩型為類均質壩，壩頂高程133.10～133.61 m，壩頂寬度2.50～3.60 m，碎石路面，壩頂長度為160 m。

2 工程地質條件

三楂塢水庫位于千里崗山北東余脈的水爬尖山西北坡，天然庫盆由海拔150～200 m 的殘丘構成，平面形態不規則，為一山間湖泊型水庫。庫壩區出露地層較單一，主要為白堊系下統勞村組泥巖、粉砂巖和第四系松散堆積物。場地地質構造較發育，巖體較破碎，NE向、NW向裂隙較發育。

現場鉆探揭示，壩體填筑土主要為含礫粉質粘土，礫（角礫、碎石）含量10%～30%，可塑～硬塑；大壩清基處理尚好，無淤泥、粉細砂等軟弱層存在，巖層緩傾上游，未見大斷層通過。

3 壩體主要工程問題及除險加固

3.1 主要工程問題

三楂塢水庫運行40 多年來已經歷多次洪水的考驗，在灌溉、防洪等方面發揮了較大的經濟和社會效益。但水庫建造年代較早，受當時條件限制，各種問題越來越明顯。經現場檢查，大壩右岸壩腳存在滲漏點，防滲體系存在嚴重缺陷；大壩上下游無護坡，下游壩面雜草叢生，上游壩面沖刷嚴重；溢洪道側墻老化嚴重，局部坍塌，泄槽底板未做襯砌，雜草叢生；輸水涵管啟閉機室混凝土老化嚴重；啟閉設備及閘門磨損、銹蝕嚴重，拉桿基座嚴重老化；大壩管理設施不配套，無管理房和必要的安全監測設施。另外，經復核計算壩頂高程不滿足防洪標準要求，壩體背坡抗滑穩定不符合規范要求。

總體上，目前水庫大壩存在的主要問題包括：壩頂高程不滿足規范要求，大壩下游壩腳靠右岸側存在集中滲漏問題，大壩下游壩坡局部穩定安全系數不滿足規范要求，無必要的大壩監測設施等。這些問題不但嚴重影響了水庫綜合效益的正常發揮，而且還會對下游人民的生命財產安全造成威脅。

3.2 除險加固措施

針對大壩存在的壩坡穩定問題，需綜合整治上下游壩坡，平整下游壩坡坡比為1:2，并在高程125.40 m增設2 m寬馬道；平整上游壩坡坡比為1:2.25，下部采用干砌石坡腳，邊坡1:2。具體措施包括：主壩壩頂寬5 m，壩頂采用植草磚，上游側設路燈，間距50 m，下游側建0.30 m×0.30 m排水溝，大壩經除險加固后，主壩頂長度159.75 m，壩頂高程為133.70 m。副壩壩頂寬4 m，壩頂采用瀝青混凝土，大壩經除險加固后，副壩頂長度47.56 m，壩頂高程為133.70 m。主壩下游壩坡設兩條馬道，高程分別為125.40 m 與117.20 m，上游壩坡混凝土預制塊護坡，下游壩坡草皮護坡，主壩在左側山坡新建上壩道路，副壩在壩坡設上壩道路，直通壩頂。

針對大壩存在的滲漏安全問題，結合大壩壩型特點，壩基采用帷幕灌漿進行防滲處理，徹底解決可能存在的壩體滲漏、壩基和繞壩滲漏等問題。具體方案為：沖抓回填粘土形成防滲心墻，回填土經壓實后滲透系數減小，在夯實的同時，也同步加固壩體。之后在套井中心線布置1排灌漿孔進行固結灌漿，孔徑6 cm、孔距1.50 m，需深入相對不透水層線（q≤5 Lu）以下5 m。

4 壩體滲流及抗滑穩定復核

4.1 壩體滲流穩定分析

采用平面有限元滲流計算程序開展土壩滲透穩定計算。壩坡采用設計斷面，上游壩坡為1∶2.25，下游壩坡為1∶2。

計算工況：工況1，穩定滲流期，上游正常蓄水位▽130.60 m，下游▽105.17 m；工況2，非穩定滲流期（水位驟降期），庫內水位由校核洪水位▽132.59 m降至正常蓄水位▽130.60 m，對應下游▽105.17 m；工況3，非穩定滲流期（水位驟降期），庫內水位由正常蓄水位▽130.60 m降至死水位▽108.07 m，對應下游▽105.17 m；工況4，平均水位計算滲流量，上游水位▽122.55 m，對應下游▽105.17 m。

滲流計算成果見表1，典型工況1的浸潤線分布見圖1。在各計算工況下，下游邊坡滲流逸出最大坡降均小于土體最大允許坡降，可滿足滲透穩定要求。

圖1 工況1浸潤線分布特征圖

表1 大壩滲流計算成果表

另外，水庫多年平均年徑流量約為137 萬m3。經計算，大壩年滲漏總量為1.47 萬m3，約為多年平均年徑流量的1.07%，大壩的滲漏量在合理范圍內，說明當前防滲方案是有效的。

4.2 壩體抗滑穩定分析

大壩主要建筑物級別為4 級，為類均質壩，可采用瑞典圓弧法計算。穩定分析斷面與滲流計算斷面一致，土層物理力學參數見表2。

表2 大壩各分區土體的物理力學指標表

大壩邊坡穩定分析的計算工況如下：工況1，穩定滲流期，上游正常蓄水位▽130.60 m，下游▽105.17 m，計算下游壩坡；工況2，非穩定滲流期（水位驟降期），庫內水位由校核洪水位▽132.59 m降至正常蓄水位▽130.60 m，對應下游▽105.17 m，計算上游壩坡；工況3，非穩定滲流期（水位驟降期），庫內水位由平均水位▽122.55 m 降至死水位▽108.07 m，對應下游▽105.17 m，計算上游壩坡；工況4，施工期庫內外均無水，計算上游壩坡；工況5，施工期庫內外均無水，計算下游壩坡。

穩定計算成果見表3，典型工況1 的最危險滑弧斷面見圖2。計算表明在加固處理后，水庫大壩各工況下的穩定性均滿足規范要求。

表3 壩坡穩定分析成果表

圖2 工況1最危險滑裂面形態圖

5 結語

通過開展系統性的除險加固設計及處理后，該水庫大壩滲流及結構安全計算均可滿足規范規程要求，進而保證了整個小型水利設施的安全運行及功能高效發揮。相關設計經驗對同類工程也具有一定的借鑒和參考價值。