壩頂?shù)缆芳孀鞴犯脑鞂?duì)大壩安全影響分析

劉偉時(shí)

（江蘇省水利勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司 揚(yáng)州 225000）

1 引言

水庫大壩是保障水庫安全運(yùn)行，合理發(fā)揮水庫防洪、發(fā)電、供水、灌溉及景觀等綜合功能的重要水工建筑物[1-3]。早期修建的水庫大壩工程僅注重防洪、發(fā)電、灌溉等實(shí)際效益，而忽略了庫區(qū)景觀美化功能[4-6]。這與新時(shí)代人民群眾日益增長的美好生活需求嚴(yán)重不符。為此，老舊水庫景觀改造修建工程日益增多[7、8]。一般情況下，水庫改造勢必會(huì)對(duì)水庫大壩安全產(chǎn)生一定影響，改造前應(yīng)進(jìn)行水庫大壩安全影響分析。本文以江淮分水嶺天長段美麗鄉(xiāng)村精品路線及精品村建設(shè)項(xiàng)目道路工程為例，針對(duì)該道路工程擬利用川橋水庫大壩壩頂兼做公路影響大壩安全問題進(jìn)行安全影響分析。

2 工程概況

川橋水庫位于天長市鄭集鎮(zhèn)與新街鎮(zhèn)交界處，川橋小街以南，距天長市區(qū)約10km。水庫控制來水面積164km2，該水庫樞紐工程等別為Ⅲ等。水工建筑物的防洪標(biāo)準(zhǔn)：設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)重現(xiàn)期50年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)重現(xiàn)期2000年一遇，總庫容4983萬m3。主壩長2050m，頂寬6.0m，為混凝土路面，壩頂高程為23.0m，設(shè)有鋼筋混凝土防浪墻，墻頂高程23.5m，最大壩高14.30m。

由于風(fēng)景道路工程建設(shè)需要，擬對(duì)水庫大壩頂進(jìn)行加寬，利用水庫大壩壩頂兼做公路。該項(xiàng)目的建設(shè)勢必會(huì)對(duì)水庫大壩安全產(chǎn)生一定的影響。因此，需全面分析該項(xiàng)目建設(shè)對(duì)大壩的安全影響，并針對(duì)安全影響提出相應(yīng)的補(bǔ)救措施，確保水庫大壩正常安全運(yùn)行。

3 安全影響分析

3.1 防洪安全分析

川橋水庫大壩主壩段、副壩段壩頂高程均由校核工況控制，要求壩頂高程分別為22.91m、22.73m。道路工程建設(shè)后壩頂高程仍為23.0m，防浪墻頂高程23.50m。由此可知，項(xiàng)目建設(shè)后壩頂高程能夠滿足水庫防洪安全要求。根據(jù)道路線路布置，于泄洪閘下游泄洪渠上，距泄洪閘118m處新建跨河橋梁。橋梁建設(shè)完成后未改變水庫蓄水和洪水調(diào)度起調(diào)水位，不影響泄洪閘的泄洪能力。道路建設(shè)不涉及非常溢洪道，不占用非常道現(xiàn)狀行洪通道，因此道路建設(shè)不會(huì)影響非常溢洪道的泄流能力。

3.2 大壩滲流穩(wěn)定分析

根據(jù)道路建設(shè)方案，選取大壩0+550（一般路基段）、1+250（7m長樁基處理段）、1+850（5m長樁基處理段）斷面作為滲流有限元計(jì)算分析的典型斷面，另外增加計(jì)算施工期1+250、1+850斷面。大壩0+550、1+250、1+850斷面滲流穩(wěn)定計(jì)算工況選取正常運(yùn)行、設(shè)計(jì)洪水和校核洪水時(shí)的滲流穩(wěn)定。另外增加計(jì)算施工期上游水位18.0m，1+250、1+850斷面的滲流穩(wěn)定，計(jì)算工況詳見表1。

表1 大壩0+550、1+250、1+850斷面滲流穩(wěn)定計(jì)算工況表

大壩滲流穩(wěn)定計(jì)算采用河海大學(xué)工程力學(xué)系開發(fā)的AutoBANK7.7水工結(jié)構(gòu)有限元分析系統(tǒng)軟件進(jìn)行計(jì)算。大壩各斷面各工況下的滲流計(jì)算結(jié)果見表2、表3。

表2 大壩工程建設(shè)滲流計(jì)算主要成果表

表3 工程建設(shè)施工期大壩滲流計(jì)算主要成果表

由計(jì)算結(jié)果可知：（1）各運(yùn)行工況壩體土和壩基土的水力坡降均小于允許水力比降，滿足滲透穩(wěn)定性要求；（2）在校核水位工況下，1+250、1+850斷面浸潤線在老壩體18.0m高程平臺(tái)附近出逸，壩后出逸點(diǎn)高程較高，對(duì)大壩壩坡穩(wěn)定性帶來不利影響；（3）施工期下游攪拌樁的建設(shè)對(duì)大壩滲流穩(wěn)定影響不大，出逸點(diǎn)仍為壩后一級(jí)平臺(tái)處，壩身壩基的滲透穩(wěn)定滿足要求；（4）從滲漏量上來看，以壩長2050m計(jì)，大壩日滲漏量約為148.97～470.82m3，和現(xiàn)狀相差不大，水庫總體滲漏損失不大。

3.3 大壩邊坡穩(wěn)定分析

大壩壩頂?shù)缆方ㄔO(shè)后，壩頂行車道為雙向交通道路，作為交通道路增加了壩體的受力。因此，有必要在壩坡穩(wěn)定計(jì)算中將壩頂車輛荷載與人群荷載計(jì)入在內(nèi)。基于《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTG B01—2014）的規(guī)定，本文計(jì)算采用的車輛荷載按公路-Ⅱ級(jí)的汽車荷載取用，荷載標(biāo)準(zhǔn)值為70kN/m，按2輛車通行計(jì)入車輛荷載，另外人群荷載按3.0kN/m計(jì)入。

結(jié)合地勘與邊坡穩(wěn)定計(jì)算分析要求，選擇大壩0+550、1+250、1+850斷面作為抗滑穩(wěn)定計(jì)算分析斷面，另外增加計(jì)算1+250、1+850斷面施工期對(duì)大壩邊坡穩(wěn)定的影響。根據(jù)《碾壓土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL274—2020），結(jié)合水庫泄洪設(shè)施，大壩邊坡穩(wěn)定計(jì)算工況見表4～表6。

表4 大壩工程建設(shè)靜力抗滑穩(wěn)定計(jì)算工況表

表5 大壩工程建設(shè)抗震穩(wěn)定計(jì)算工況表

表6 大壩工程建設(shè)施工期穩(wěn)定計(jì)算工況表

根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 274—2020），對(duì)于3級(jí)建筑物，采用簡化畢肖普法時(shí)，對(duì)上游坡水位非常降落運(yùn)行條件，當(dāng)同時(shí)采用總應(yīng)力法與有效應(yīng)力法進(jìn)行分析時(shí)，應(yīng)以其中較小的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)作為依據(jù)。大壩抗滑穩(wěn)定分析采用AutoBANK7.7水工結(jié)構(gòu)有限元分析系統(tǒng)軟件進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表7～表9。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，道路工程建設(shè)對(duì)大壩上游邊坡影響不大。由表7、表8可知，老河槽1+250斷面在多種工況下，下游邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)均小于規(guī)范值，壩坡穩(wěn)定不滿足規(guī)范要求。由表9可知，施工期大壩上、下游壩坡穩(wěn)定均滿足規(guī)范要求。

表7 大壩工程建設(shè)靜力抗滑穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果表

表8 大壩抗震穩(wěn)定計(jì)算安全系數(shù)成果表

表9 大壩工程施工期靜力抗滑穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果表

3.4 涉壩建筑結(jié)構(gòu)安全分析

該項(xiàng)目建成后對(duì)所涉及東涵無較大影響，涵洞按設(shè)計(jì)要求接長后涵洞過流能力滿足要求，洞身結(jié)構(gòu)按規(guī)范考慮交通車輛荷載后，結(jié)構(gòu)滿足安全要求。但新老涵接縫處僅設(shè)了閉孔泡沫板分縫，未設(shè)止水。長期運(yùn)行會(huì)導(dǎo)致接頭處存在接觸滲漏現(xiàn)象，存在安全隱患。

3.5 水庫運(yùn)行管理安全分析

該項(xiàng)目建設(shè)后，壩頂?shù)缆芳訉捵優(yōu)殡p向車道，有利于防汛搶險(xiǎn)。但壩頂車輛通行可能會(huì)對(duì)水庫安全產(chǎn)生影響，需要通過限高限載等措施，合理限制通行車輛類型。此外還應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的防沖撞措施，防止車輛不慎墜入水庫，并應(yīng)做好相應(yīng)的安全警示及安全防護(hù)措施。

4 結(jié)語

壩頂?shù)缆芳孀鞴犯慕〞?huì)對(duì)壩體安全產(chǎn)生一定影響，對(duì)改建后的大壩進(jìn)行安全影響分析顯得尤為重要。本文結(jié)合工程實(shí)際情況，從防洪安全、大壩滲流穩(wěn)定、大壩邊坡穩(wěn)定、涉壩建筑結(jié)構(gòu)安全及水庫運(yùn)行管理安全等方面，詳細(xì)分析了壩頂?shù)缆犯慕ê髮?duì)大壩產(chǎn)生的具體影響。針對(duì)改建后大壩存在的滲流隱患，建議采取相應(yīng)工程措施，降低壩體浸潤線，增加壩體滲流穩(wěn)定；針對(duì)壩坡穩(wěn)定安全隱患，建議對(duì)大壩下游壩坡采用壓重措施，增加壩坡穩(wěn)定性