某水庫除險加固工程初步設計方案

趙 延

（中國電建集團昆明勘測設計研究院有限公司，云南 昆明 650000）

1 工程概況

項目區位于黑龍江省鶴崗市，水庫存在工程標準低、質量差、年久失修、險工隱患、安全監測和管理設施不完善、壩坡雜草樹木叢生、設備設施老化失效等問題，通過對項目區的地理位置、氣象、水文地質等情況的分析，進行對水庫除險加固的初步設計，該設計的完成能夠使與水庫息息相關河流保持流量在正常領域，給周圍人們帶來便利，通過預先制定風險策略科學、合理地安排相應的資金投入，以盡可能低的投入來獲取較高的收益，并最大程度上保證水庫的正常運行。

根據省水文局統一布置各站進行的歷史洪水調查，利用觀測和插補后的數據，結合歷史洪水序列，利用最大值獨立選樣法計算歷年最大洪峰流量和最大1 d、3 d 時段洪量，按矩法初步估算了各統計參數，采用P-Ⅲ理論頻譜，Cs=2.25 Cv，以接近設計頻率（P=5%～1%）的點據和理論曲線進行擬合，并考慮到中、高水點據的影響，設計洪水統計參數，成果見表1。

表1 設計洪水成果表

地震動峰值加速度為0.05 g，相對應的地震基本烈度為Ⅵ度，屬于區域構造基本穩定區。水庫臨時占地由料場占地及施工臨時用地組成，共20 376 m2，黏土料場及施工臨時占地類型均為荒地。

2 工程布置及建筑物

2.1 設計依據

2.1.1 工程等別及建筑物級別及地震烈度

水庫總庫容782 萬m3，按照要求，該水庫工程規模為一小（1）型，工程等別為Ⅳ等，主要建筑物4級，次要建筑物為5級，防洪標準為20年一遇設計，100年一遇校核。

2.1.2 存在問題

①土壩壩體填筑雜填土、壓實質量較差，大壩壩頂較寬、壩頂新建混凝土路面，上游混凝土板護坡工程完好，壩后無排水設施，下游壩坡不規整、表層多為煤矸石及碎屑，下游壩坡過陡，影響大壩穩定，心墻頂高程保護層過薄，不滿足凍深要求。②水庫沒有大壩安全監測設備及水文測報系統，缺少通信設施及交通工具，無管理站房，影響防汛工作。③水庫右岸溢洪道：溢洪道閘門及啟閉機老化失修，啟閉困難、閘門腐蝕嚴重、多處漏水，并且閘室段為漿砌石結構，閘門牛腿與閘墩連接處存在裂縫。溢洪道進出口漿砌石邊墻結構基本完好。④水庫左岸溢洪道：漿砌石結構墻體外襯混凝土多處剝蝕、脫落，消能設施不完善、海漫破壞。⑤水庫輸水洞：輸水洞主體工程較好，輸水洞出口無消力池、無海漫。

2.2 除險加固方案

2.2.1 設計依據

對水庫進行了“工程質量評估”和“壩體結構安全性評估”的各項安全評定等級為C。根據SL258-2000《水庫大壩安全評價導則》，其中一項安全等級為C級，而水庫屬于三級壩。某水庫屬于三類壩，屬于病險型。

2.2.2 大壩除險加固方案

土壩軸線仍采用原用軸線，壩長466 m，壩頂寬16.00～21.00 m，壩頂高程為157.20～157.60 m，上游邊坡維持現狀，下游邊坡由1∶1.30～1∶1.70 放緩到1∶2.00，采用8 cm 厚空心磚護砌，為了方便施工，設置一級2.0 m寬馬道，壩腳增設貼坡排水體，排水體頂高程為151.30 m，水平段長度為2.00 m。排水體由外向內依次為干砌石30 cm、20 cm 碎石、最外層為無紡布（規格400 g/m2）。

2.2.3 溢洪道除險加固方案

右岸溢洪道：位于大壩0+460處，此次除險加固，閘室段漿砌石結構拆除，新建鋼筋混凝土U型槽閘室，底板厚1.60 m，底板高程為151.00 m，單孔，孔凈寬10 m，邊墩為1.50 m，邊墩兩側上有齒墻與壩體相連，厚度為0.50，長度為2.00 m。同時更換閘門及啟閉設備。與閘室連接的進出口漿砌石段，由于內側破損嚴重，此次對其內側鑿錨20 cm，掛一層鋼筋網，外層噴錨C25F300混凝土。

左岸溢洪道：位于大壩0+006處，此次除險加固，對出口增設消力池，其中消力池及陡坡段總長為13.30 m，池深為0.80 m；陡坡段采用坡度為1∶4與消力池相連接。新填筑海漫段長度為18 m，渠頂寬1.50 m，渠底寬20.00 m，內坡為1∶2.0，外坡為1∶1.5。

2.2.4 輸水洞除險加固方案

位于大壩0+067處，此次除險加固，對出口增設消力池，其中消力池及陡坡段總長為13.4 m，池深為0.8 m；陡坡段采用坡度為1∶4 與消力池相連接。海漫段長度為12 m，渠底寬3.0 m，內坡為1∶2.0，外坡為1∶1.5。

2.3 土壩工程

2.3.1 壩頂高程復核

水庫大壩為粘土斜墻壩，壩長466 m，壩頂寬15.8～21.0 m，現狀壩頂高程為“157.20～157.60 m，斜墻頂高程為156.20～156.60 m，最大壩高8.90，上游邊坡為1∶2.7～1∶3.1，下游邊坡1∶1.3～1∶1.7。

①設計基本資料：庫前水位和風區內水域平均水深Hm。②吹程：水庫水面較規整，從1/2 000 地形圖上量得，20 年一遇洪水情況取與風向相對應風區長度1 800 m，50年一遇洪水情況取與風向對應風區長度1 900 m，百年一遇洪水情況取與風向對應風區長度2 000 m。③結論：根據計算結果測算，設計壩頂高程為156.92 m，低于現狀壩頂最低高程157.20 m；同時又按防滲體構造要求確定斜墻設計頂高程為155.36 m，低于現狀斜墻最低斜墻頂高程156.20 m，大壩防滲體的高程滿足規范要求，水庫大壩現有防洪能力能抵御100 年一遇洪水標準，防洪滿足要求。

2.3.2 壩體滲流分析及控制

壩體滲流計算穩定分析：土壩為黏土斜墻砂殼壩，壩頂寬10 m，心墻頂寬2 m，底寬5 m。心墻巖性基本為低液限黏土構成，壩殼巖性為砂礫石。斜墻填土的滲透系數平均值為1.04×10-6，為微透水。壩殼砂礫石的滲透系數為3.12×10-2，為強透水。壩基巖性為級配不良細礫，強透水，滲透系數平均值為6.48×10-2。

考慮大壩已有黏土截水槽，并且結合地質資料與現場檢查，截水槽與巖基連接。

2.3.3 壩坡穩定復核

復核現狀壩坡穩定，計算時選擇壩高斷面（0+200），上游邊坡1∶3.3，下游邊坡1∶1.3，采用瑞典圓弧法進行抗滑穩定復核計算。通過計算，大壩下游邊坡放緩到1∶2.0，0+200 壩段在穩定滲流期下游邊坡抗滑穩定系數大于1.15，壩坡抗滑穩定滿足規范要求。

2.3.4 滲流分析

此次復核采用滲徑系數法。輸水洞其下土層為級配不良細礫，允許滲徑系數值取4。輸水洞設計基礎防滲長度為41 m。

計算結果：輸水洞滲徑滿足規范要求。

3 結論

①此次除險加固設計主要包括下游增設排水體、右岸溢洪道閘室拆除重建、左岸溢洪道及輸水洞下游增設消力池、海漫等，根據黑龍江省已建或在建的類似工程施工情況，即準備工程2個月，主體工程施工期6個月，竣工整理期2個月。從進度安排看，施工銜接有序，強度均衡，工期順利。

②導流工程：初期施工時間為兩個月，輸水洞及左溢洪道加固時，原有樞紐建筑物大壩擋水，右岸溢洪道泄流（由于右岸溢洪道堰頂高程（151.00 m）較低，且泄量較大，而輸水洞及左溢洪道主要是壩下游側加固，左溢洪道堰頂高程（153.70 m）較高，輸水洞此時進口閘門關閉），而不需要有專門的導流建筑物即可滿足施工要求；末期施工時間為年前，右岸溢洪道施工時，可利用輸水洞放水，右岸溢洪道施工時采取一次斷流方式，圍堰擋水施工。