某水庫樞紐大壩工程除險加固設計要點

簡從義

（畢節市勘測設計研究院，貴州 畢節 551700）

1 工程概況

毛栗水庫位于大方縣西部的文閣鄉太河村境內，有簡易公路直達壩頂，交通較為方便。壩址處地理位置坐標為東經105°28′，北緯27°10′。水庫位于文閣鄉毛栗河的上游，壩址以上集雨面積15.10 km2（其中：地表集雨面積9.50 km2，地下集雨面積5.60 km2），河長4.60 km，河道坡降29.80‰，流域形狀系數0.45?，F狀情況下，水庫正常蓄水位1 545.89 m，按50 年一遇洪水標準設計，設計洪水位1 547.58 m，500年一遇洪水標準校核，校核洪水位1 548.25 m，水庫總庫容392 萬m3，工程是以灌溉、人畜飲水為主，兼有防洪功能的綜合性小（1）型水庫。

庫區河谷為高山峽谷，屬峽谷型水庫。出露地層為三疊系下統飛仙關組第二段（T1f2），為弱透水巖組，地表水、地下水補給庫水。構造主要是大寨背斜，軸部走向NE，橫穿庫區。地震基本烈度Ⅵ度，區域構造穩定性較好。

毛栗水庫大壩包括主壩和副壩各一座，主壩為均質土壩，最大壩高43.50 m，壩頂高程1 549.50 m，壩頂寬5 m，最大壩底寬156 m，壩頂長100 m。迎水面1 526～1 533 m 坡比1：3，1 533～1 539 m坡比1∶2.50，1 539.00～1 549.50 m坡比1∶2，混凝土預制塊護坡。背水面壩頂1 549.50 m至堆石棱體頂1 528.28 m坡比1∶2.30，下游壩面天然草皮護坡，1 528.28 m 以下堆石棱體坡比分別為1∶1及1∶1.50。

副壩位于主壩右壩端約100 m 處，為均質土壩，最大壩高26.60 m，壩頂寬5.50 m，最大壩底寬102.60 m，壩頂長57 m，壩頂高程1 549.10 m。迎水面1 524～1 529 m坡比1∶3；1 529.00～1 535.40 m 坡比1∶2.50；1 535.40～1 548.90 m坡比1 ∶2.30，混凝土預制塊護坡。背水面1 535.38～1 543.40 m 坡比1∶2.37，1 543.40～1 548.90 m坡比1∶2，采用天然草皮護坡，壩腳設有排水棱體。

2 水庫大壩除險加固設計基本參數

2.1 工程等別、建筑物級別及洪水標準

毛栗水庫為?。?）型水庫，Ⅳ等，大壩4級。水庫除險加固設計洪水標準50年一遇（P=2%），500年一遇（P=0.2%）洪水標準校核。溢洪道消能防沖洪水標準按20年一遇洪水設計。

2.2 設計采用參數

壩體滲流基本參數表（略）。壩體填筑粘土夾碎石滲透系數：3.1×10-4cm/s，壩體堆石棱體滲透系數：1×10-3cm/s，土工膜滲透系數：1×10-11cm/s，混凝土滲透系數：1×10-8cm/s。

3 大壩穩定安全復核

3.1 滲流分析

毛栗水庫主壩及副壩均為均質土壩，壩體上游依次為混凝土預制塊護坡、土工膜防滲、粘土斜墻防滲，壩體為均質土壩，下游壩面為草皮護坡，壩腳設干砌塊石排水棱體。

現狀情況下，主壩壩頂高程1 549.50 m，最大壩高43.50 m，壩頂長100 m，平均壩頂寬5 m，最大壩底寬156 m。大壩迎水面壩坡坡比自上而下依次為1∶2、1∶2.50、1∶3，背水面1 528 m以上坡比為1∶2.3，1 529 m以下為臺階狀干砌塊石排水棱體。

現狀情況下，副壩壩頂高程為1 549.10 m，最大壩高26.60 m，壩頂長57 m，平均壩頂寬5.50 m，最大壩底寬102.60 m。大壩迎水面壩坡坡比至上而下依次為1∶2.3、1∶2.5、1∶3，下游壩坡1 535.38 m 以上壩坡坡比分別為1∶2.0、1∶2.37，1 535.38 m 以下壩坡為干砌塊石排水棱體，坡比為1∶0.60。

3.1.1 計算基本參數

采用最新測量成果擬出的結構斷面作為滲流和穩定復核依據，水文計算采用除險加固后水位數據，圖（略）。

3.1.2 計算工況

①上游正常蓄水位與下游相應的最低水位。②上游設計洪水位與下游相應的水位。③上游校核洪水位與下游相應的水位。④庫水位降落時上游壩坡穩定最不利的情況。

3.1.3 計算結果

采用軟件計算。主壩浸潤線示意圖（此略）與副壩浸潤線示意圖（此略）。①正常蓄水位1 546.04 m的壩體穩定滲流：主壩體單寬滲流量1.07×10-7m3/s，按壩體寬度100 m 計算，總滲流量0.90 m3/d，即約0.01 L/s。副壩體單寬滲流量4.97×10-8m3/s，按壩體寬度57 m 計算，總滲流量0.25 m3/d，即約0.003 L/s。②土體破壞時臨界水力坡降

；下游壩坡角β的正切值小于等于飽和土粒間內摩擦角的正切值的一半，即③正常蓄水位1 546.04 m時，因排水棱體降低浸潤線使坡面沒有滲水，故滲流性態安全。④正常蓄水位1 546.04 m降至取水口底板高程1 528 m時，水位降落方式為驟降，因排水棱體降低浸潤線使坡面沒有滲水，故滲流性態安全。

3.2 穩定分析

3.2.1 計算方法及計算參數

壩坡穩定計算方法為剛體極限平衡法，分別采用瑞典圓弧法和畢肖普法。軟件計算采用的土體物理力學指標詳見表格（此略），在遭遇地震后，參照類似工程，采用擬靜力法進行抗震穩定計算，土體物理力學指標詳見表格（此略）。

3.2.2 主壩穩定復核分析

3.2.2.1 主壩計算工況

①正常運用條件一：正常蓄水位情況下穩定滲流期的上、下游壩坡。②正常運用條件二：庫水位1 534 m（1/3壩高）穩定滲流期的上、下游壩坡。③非常運用條件Ⅰ：庫水位由1 546.04 m驟降至1 528 m（取水口高程）時的上游壩坡。

3.2.2.2 主壩計算結果

①正常蓄水位穩定滲流期的上、下游壩坡。正常運用條件，上、下游壩坡穩定計算成果表（此略），穩定計算結果圖（此略）。結果表明均滿足規范要求。②庫水位1 534 m（1/3壩高）穩定滲流期的上游壩坡。正常運用條件，上游壩坡穩定計算成果表（此略），穩定計算結果圖（此略）。計算結果表明，水庫水位在1 534 m（1/3 壩高）時的上游壩坡穩定性滿足規范要求。③水庫水位由正常高水位1 545.89 m驟降至1 528 m時的上游壩坡計算結果表（此略），穩定計算結果圖（此略）。計算結果表明，水庫水位由正常高水位1 546.04 m 驟降放水口1 528 m 時的上游壩坡穩定滿足規范要求。④各工況穩定均滿足規范要求。

3.2.3 副壩穩定復核分析

3.2.3.1 副壩計算工況

①正常蓄水位穩定滲流期上、下游壩坡。②庫水位1 532 m（1/3壩高）穩定滲流期上、下游壩坡。③非常運用條件Ⅰ：庫水位由1 546.04 m驟降至1 528 m時的上游壩坡。

3.2.3.2 副壩計算結果

①正常蓄水位穩定滲流期的上、下游壩坡。正常運用條件，上、下游壩坡穩定計算成果表（此略），穩定計算結果圖（此略）。計算表明滿足規范要求。②庫水位1 532 m（1/3壩高）穩定滲流期的上游壩坡。正常運用條件，上游壩坡穩定計算成果表（此略），穩定計算結果圖（此略）。計算結果表明，水庫水位在1 532 m（1/3 壩高）時的上游壩坡穩定性滿足規范要求。③水庫水位由正常高水位1 545.89 m驟降至1 528 m時的上游壩坡計算結果表（此略），穩定計算結果圖（此略）。計算結果表明，水庫水位由正常高水位1 546.04 m驟降放水口1 528 m時的上游壩坡穩定滿足規范要求。④各工況穩定均滿足規范要求。

3.2.4 土工膜穩定復核

土工膜鋪蓋于迎水面壩坡上，面積大，且為斜坡面，故應考慮土工膜及保持層的穩定性，根據《聚乙烯（PE）土工膜防滲工程技術規范》計算公式：K=f/tga，經計算，主壩土工膜抗滑安全系數K＝1.2＞1.15，副壩土工膜抗滑安全系數K＝1.38＞1.15，主壩、副壩鋪設的土工膜能夠滿足防滑要求。

4 大壩除險加固設計

經前述安全復核，主、副壩現狀情況下穩定均能滿足規范要求。但大壩受此次險情影響，下游壩腳排水棱體受洪水沖刷破壞，臨時采用袋裝土護腳，此次除險加固需局部修復，設計拆除原袋裝土護腳，采用干砌塊石重新砌筑受沖刷破壞排水棱體。

大壩下游左壩肩因受三元支渠洪水漫出沖刷，壩肩排水溝破壞嚴重，為防止雨水沖刷，此次設計修復下游左壩肩排水溝，尺寸為b×h=0.3 m×0.3 m，側墻及底板均為C15混凝土結構，厚0.15 cm，長100 m，沿左壩肩布置至排水棱體，接入下游河道。

對于原上游截流墻因此次搶險而破壞部分，采用混凝土補強修復，并對薄弱部位采用灌漿防滲處理。修復截流墻長約15 m，在新老截流墻接觸部位各布置一個灌漿孔，在新截流墻上布置灌漿孔4 個，孔距為3 m，共布置灌漿孔6 個，孔深進入截流墻以下2 m。鉆孔總進尺27 m，灌漿進尺12 m。

壩頂高程復核顯示，副壩頂無防浪墻，不滿足防洪要求，因此設計需增設副壩防浪墻。設計副壩防浪墻采用M7.5漿砌石砌筑，厚40 cm，內外均采用M10 水泥砂漿抹面。防浪墻每隔15 m設伸縮縫1道，縫寬2 cm，縫內填充瀝青砂漿止水。

5 結語

確定水庫大壩除險加固設計基本參數；重點圍繞大壩工程滲流分析和穩定分析進行大壩穩定安全復核；并從大壩現狀與除險加固設計兩方面分析研究大壩除險加固設計方案。