自貢市觀音壩水庫存在的主要問題及除險加固設計

靳 偉

(自貢市水利電力建筑勘測設計院,四川 自貢 643000)

1 工程概況

觀音壩水庫位于自貢市沿灘區永安鎮境內,壩址座落在沱江水系釜溪河一級支流望子河上游。該水庫為年調節水庫,集雨面積12.08k m2,水庫總庫容618.7萬m3,調節庫容379.2萬 m3,死庫容22.5萬m3,壩軸線長116 m。水庫是以灌溉為主,兼顧防洪、鄉鎮供水等綜合利用的小(1)型水庫,水庫樞紐位置特別重要,大壩下游50m處為內宜高速公路,一旦失事將直接威脅下游劉山鄉 0.6萬人的生命財產安全和840h m2農田以及高速公路。

2 觀音壩水庫樞紐工程存在的主要問題

①水庫防洪標準低:上游壩面只在正常蓄水位以上采用混凝土預制塊護坡,護坡不完善,且局部預制塊滑塌,下游壩面無護坡。②壩體內存在滲水通道,壩基和兩壩肩均存在滲漏;下游壩腳未設置排水棱體,導致浸潤線從下游壩坡出逸;下游沿魚池邊界壩坡腳有局部明顯的沉陷和坍塌現象。③溢洪道消力池底板嚴重水毀;尾端尾水渠兩側未襯砌,且淤積嚴重,疊板閘門和2個D N400控制閘閥均嚴重銹蝕,2個閘閥均已無法開啟;下涵洞雖已封堵廢棄,但仍有較大滲漏,約6 L/s。④水庫無任何觀測設施和設備,管理用房基本喪失使用功能;水庫約1.2 k m的防洪專用公路路況極差。

3 除險加固設計

3.1 水庫防洪能力整治

觀音壩水庫屬無資料地區,設計洪水由暴雨推求,采用《四川省中小流域暴雨洪水計算手冊》推薦的推理公式法進行分析計算。經計算,觀音壩水庫30 a一遇的設計洪水為75.53 m3/s,300 a一遇的校核洪水為131.34m3/s。

調洪計算和壩頂高程復核,30 a一遇設計洪水,經調洪下泄流量23.13 m3/s,相應設計洪水位為361.66 m,要求壩頂高程為363.37m;300 a一遇校核洪水,經調洪下泄流量為39.96 m3/s,相應校核洪水位為362.22 m,要求壩頂高程為363.20 m;考慮地震壅高情況下,要求壩高為361.89m。

根據水文復核成果,觀音壩水庫在正常運行情況下要求壩頂高程為363.23 m,在非常運行情況下要求壩頂高程為363.12 m,而現有壩頂高程為362.90 m,對此,可考慮的整治方案包括:①適當加高大壩,增加調蓄能力;②加大泄洪設施,增加泄量。

本次除險加固工作從簡單、節儉、實用等方面考慮防洪能力不足的整治問題。由于加高大壩方案中,壩高僅增加0.33 m就能滿足防洪要求,但還需在上部增設防護欄桿,故采取增設1.0 m的防浪墻,且施工工序簡單,投資小;而加寬加深溢洪道、加壩高和擴大泄量相結合兩種方案中必須對溢洪道進行拓寬或加深等措施,需對現有溢洪道進行全面整改,且開挖量較大,工序復雜,投資大。經比較分析,本次采取增設防浪墻作為整治方案。

3.2 壩體滲流復核及處理措施

3.2.1 整治前滲流計算

根據地質勘察及其建議值,壩體滲透系數 K=5×10-5m3/s,允許滲透坡降 J=0.6。壩體整治前的滲流計算如表 1。

表1 大壩穩定滲流期計算坡降值及滲流量(整治前)

由表 1可知,大壩整治前在工況 4、5情況下的最大滲流比降均大于允許比降 J=0.6,有具備形成滲透破壞的條件,需要進行整治。

3.2.2 增設排水棱體和下游壩腳整治

根據大壩滲流的復核結論,浸潤線偏高,且工況 4(校核洪水位362.22m形成滲流的情況)和工況 5(校核洪水位362.22 m降至溢洪道底板360.40 m高程情況)的滲透坡降均大于允許滲透坡降,故本次整治在大壩下游壩坡腳增設排水棱體。排水棱體外坡為 1∶1.5,內坡為1∶1,底寬14.7 m,頂寬1.5 m,頂部高程353.70m,采用塊石堆砌并鋪設反濾層,反濾層主要由 0.2厚碎石層和 0.2粗砂層組成。

下游壩腳坍塌部位整治:由于增設排水棱體的同時已經完善了下游坡腳,故不存在坍塌部位的整治,但需回填其壩腳魚池。

3.2.3 整治后滲流復核計算

大壩整治后在其上述工況下的最大滲流比降均小于允許比降J=0.6,滲流計算成果見表2。

3.3 壩體穩定復核及處理措施

根據觀音壩水庫大壩的結構布置情況,壩坡整體抗滑穩定計算斷面選擇大壩壩體最大壩高斷面,并與滲流分析采用斷面相同。

大壩為四級建筑物,根據《碾壓式土石壩設計規范》(S L 274-2001)要求,采用計及條塊間作用力的簡化畢肖甫法時,相應壩坡抗滑穩定最小允許安全系數以及整治前后計算成果如表 4。

表2 大壩穩定滲流期計算坡降值及滲流量(整治后)

表3 筑壩材料物理力學指標

表4 規范允許的壩坡抗滑穩定最小安全系數表

表5 壩坡穩定計算成果表(整治前)

表6 壩坡穩定計算成果表(整治后)

從表 6可以看出,整治前后大壩上游坡和下游坡所有工況的抗滑穩定最小安全系數均滿足規范要求,不存在抗滑穩定安全問題。

穩定復核計算,大壩上、下游壩坡各工況下的抗滑穩定最小安全系數均滿足規范要求,故大壩壩坡是穩定的;但從現場檢查情況來看,上游壩面僅在正常蓄水位以上采用混凝土預制塊護坡,且風浪淘刷嚴重,現局部護坡面混凝土預制塊出現滑塌;下游壩坡表層由為紫紅色、黃褐色黏土組成,雜草從生,易受雨水沖刷及鼠、蟻等的破壞,坡腳局部地段有小規模坍塌,未做護坡處理。

針對上述情況,本次整治對上游迎水面完善護坡,范圍從死水位以上1.5 m護至壩頂部,采用干砌條石襯砌,下鋪0.2 m厚碎石墊層;下游壩坡首先進行壩面清理規整,清除表面的雜草、亂石、松土等,然后沿壩體縱、橫向澆筑0.2 m×0.5m×4m(寬×高×長)的混凝土框格梁,待混凝土框格澆筑完成并進行回填(壓實度同原壩體)夯實后,在框格內采用植草護坡,可先鋪一層 0.2～0.3 m厚的腐植土再撒上草籽。根據規范要求,為避免雨水漫流沖刷壩坡,除砌石或堆石壩坡外應設壩面排水系統,因此沿壩坡與岸坡的連接線、馬道內測以及后壩腳均設置縱橫排水溝,排水溝結構尺寸0.4 m×0.3m,采用M7.5漿砌石砌筑,過水斷面采用 1∶2水泥砂漿抹面;為方便對下游壩坡日常巡查的需要,沿壩坡面增設人行梯步,采用漿砌條石從壩頂鋪設至高程353.70 m,路面寬1.5 m。

3.4 溢洪道整治措施

溢洪道主要存在的問題是:溢洪道消力池底板嚴重水毀;尾端尾水渠兩側未襯砌,且淤積嚴重,水流直接沖刷下游兩側及農田。溢洪道泄槽水力計算成果如表 7。

表7 溢洪道泄槽水力計算成果表

從表 7中結果可以看出,需對二級陡槽段(溢 0+ 042.350～0+065.950)部分兩側邊墻采用 M7.5水泥砂漿MU 20條石加高0.3 m以滿足要求。

3.5 放水建筑物

3.5.1 放水設施存在的主要問題

根據《自貢市沿灘區觀音壩水庫大壩安全評價報告》鑒定結論,放水設施主要存在以下問題:上涵洞出口附近壩坡面存在散浸,其拱頂段(樁號:上涵 0+030.00～上涵 0+ 040.00)存在一定滲漏,該滲漏是壩體滲漏水;下涵洞雖已封堵廢棄,但仍有較大滲漏,約6 L/s。

3.5.2 放水設施整治設計

本次整治工程中,擬定下列方案進行整治:①上涵洞出口附近壩坡的散浸和拱頂段(樁號:上涵 0+030.00～上涵0 +040.00)的滲漏,待壩體灌漿后可得以解決。②對下涵洞滲漏采取從上游壩面間隔2 m梅花形布孔,對原封堵段(樁號:下涵0+000.00～下涵 0+015.00)擬用水泥漿進行灌注封閉,灌漿孔深入涵洞底部不少于0.5 m。

[1] 劉彥琦,舒仲英,劉燕.丹棱縣大寨水庫除險加固設計淺析[J].四川水利,2009(5):55-58.

[2] 薛家營水庫大壩除險加固方案設計[J].山西水利科技,2009 (2):13-15.

[3] 王鈺,黃桂芳.吉林省小(Ⅰ)型水庫土石壩存在的主要問題及除險加固設計的處理措施[J].吉林水利,2009(1):60-61.

[4] 秦愛香,殷進賢,尹慶龍 .東平湖圍壩除險加固工程建設管理經驗[J].人民黃河,2009,31(2):111-112.