砌石拱壩加高方案探討

曾冬梅，雷 剛，陳衛東，潘君燕

（1.新疆農牧區水利規劃總站，新疆 烏魯木齊 830000；

2.四川大學水力學與山區河流開發保護國家重點實驗室，四川 成都 610065）

1 概述

據調查統計，全國已建的水庫大壩8.5萬多座，由水利系統管理的8.37萬多座水庫中，防洪標準、工程質量都存在問題的壩有3萬多座，約占大壩總數的36%[1]。山區水庫大壩的主要問題中，水庫防洪標準低是普遍存在的，主要原因有[2-5]：1）很多工程本身設計洪水標準低，不滿足實際運用要求；2）隨著水文系列資料的延長，特別是受實測大洪水系列資料的影響，重新核定后，工程的實際防洪標準低于國家標準；3）隨著科技進步和社會經濟的發展，工程建設規程和規范的要求在不斷強化和統一，原有標準不滿足新規范要求。因此如何增加壩高，增大水庫庫容量成了關鍵問題，特別是有壩頂溢流堰的拱壩。以下以某水庫為例進行探討。

2 拱壩加高方案探討

某水庫是一座以灌溉為主，兼顧防洪的綜合利用的中型水利工程，總庫容1 945萬m3，有效庫容1 794萬m3，且地處高寒地區，晝夜溫差大。樞紐工程由大壩、壩頂溢流堰、灌溉放水設施，導流沖沙洞等成，水庫大壩為漿砌石拱壩，最大壩高78 m，樞紐工程為Ⅲ等中型工程。

隨著該水庫所在地區經濟和社會的發展，對水資源的利用和需求日益增加，該水庫目前的現狀遠遠不能適應經濟和社會發展的要求。因此，迫切需要對該水庫的開發目的加以調整和充分利用，擬增加該水庫興利庫容，充分發揮其地區社會和經濟發展的重要作用。同時，進一步增大其蓄水量和防洪庫容，對提高水庫防洪標準，進一步保障水庫下游人民生命財產安全，有效地防止洪水災害也具有重要的意義。

經過調洪計算及壩頂高程復核結果表明，現狀壩頂高程1 785.00 m，1 000年一遇校核洪水時，所需壩頂高程為1 788.51 m，在現有溢洪設施情況下，大壩防洪標準不能滿足1 000年一遇校核標準，需要采用適當增加壩高和防浪墻等措施，下面列出幾種加高方案：

1）方案一，直接從壩頂增加壩高，俗稱“戴帽”加高[2]。即從壩頂上直接加高，迎水面可用防浪墻直立加高，背水面上部坡度加陡一些，可通過穩定分析確定，但如果單純增加壩高，溢流堰頂以上部分壩體失去拱效后為重力壩，而且此例中壩體為漿砌石拱壩，且壩頂拱圈厚度較小，因此該部分壩體本身的穩定難以保證。

2）方案二，從大壩背水坡培厚加高。當“戴帽”加高不滿足要求時，需從大壩背水坡培厚加高，以滿足大壩穩定滲流條件。對土石壩一般要求背水面加培宜用風化料等透水料，迎水面加培宜用粘土、壤土料。這一措施，比“戴帽”加高工程量要大得多，造價也高。具體加高根據需要來定，以滿足規范要求的防洪標準。

3）方案三，大壩加高與溢流堰改建相結合。同時加高壩頂和溢流堰高程，并適當擴寬溢流堰。根據調洪演算結果，溢流堰加高3 m，壩頂加高1.0 m。

4）方案四，大壩加高與增建泄洪設施相結合。為提高水庫防洪標準，增加水庫調蓄庫容，加大下泄流量，大壩適當加高結合新建溢流堰、利用原有導流洞、增設溢洪道等措施。

5）方案五，此方案中溢流堰高程保持不變，使大壩和中間溢流堰邊墩一起加高，采用鋼筋混凝土結構，在溢流表孔壩段上方形成一個整體的框架結構，與兩邊增加的壩體形成一個整體拱圈。該方案拱壩的壩體設置孔口，結構復雜，在壩頂拱圈和閘室結合處以及箱體四周容易產生應力集中，設計難度較大，設計周期較長。

3 結果分析

本文對上述5種方案的優缺點進行了分析，現對以上5個方案的工程量、預算費用及優缺點進行綜合對比分析。5個方案的綜合指標見表1。

通過對5種方案的綜合對比分析，在本工程實例中建議采用方案三作為推薦方案。

但在大壩加高的同時，也帶來以下問題需要處理：交通洞與壩體連接及擋水防滲成了主要問題；由于壩體加高所帶來的壩體斷面的突變將引起局部的應力集中問題，對壩體的穩定不利；壩體防滲體系的封閉性較難處理。

表1 該工程壩體加高方案對比表

［1］王萍，夏仲平.險水庫除險加固中的主要技術措施［J］.人民長江，2006，37（8）：87-88.

［2］肖艷，張光科，劉超.石城子水庫砌石拱壩除險加固設計［J］.東北水利水電，2007（8）：14-15.

［3］林奮.安全保壩加固技術［J］.12-17.

［4］梁妙屏，徐均明.試論病險水庫加固措施［J］.水利建設.2007（9）：289-290.

［5］辛俊錄，宋怡馨，中小型病險水庫現存問題及除險加固措施［J］.東北水利水電，2009（8）：63-65.