尚志市南金水庫土壩除險加固設計實例

程旨輝，張祥敏

（1.黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱 150080;2.泥河水庫管理處，黑龍江蘭西 151500）

1 工程概況

南金水庫位于黑龍江省尚志市南金村附近，螞蟻河支流大泥河無名溝上，行政上隸屬尚志市水利局直接管轄。

南金水庫于1958年始建，1987年續建輸水洞和土壩加高培厚，1998年對溢洪道和輸水洞進行了維修。水庫原設計可灌溉水田面積600 hm2，現狀實際灌溉水田面積28 hm2，并對下游1個村屯、人口400人、100 hm2耕地以及哈綏公路起到一定的防洪保護作用。

南金水庫始建于1958年，運行至今，水庫大壩存在比較嚴重病險，主要包括壩體填筑質量差，結構穩定和滲流穩定不滿足要求;溢洪道和輸水洞存在結構安全隱患;大壩運行管理差，無安全監測設施。

土壩壩基基本為土基。上部為低液限黏土，大部分地段黏性土厚度在3.5 m以上，最薄處厚度為3.0 m，抗滑穩定性較好，無滲漏及滲透穩定問題。其下為級配不良細礫，強透水性，該層內未見軟弱夾層，抗滑穩定性較好。

溢洪道地基為雙層結構地基。上部有厚度≥1.80 m的微弱透水性低液限黏土，允許承載力建議值〔R〕=160 kPa，屬中等壓縮性土;凝聚力（C）平均值為23.5 kPa，內摩擦角（φ）平均值為21.0°，抗滑穩定性較好。其下為級配不良細礫，強透水性，該層內未見軟弱夾層，抗滑穩定性較好。

輸水洞地基可視為單一結構地基。上部有厚度≥4.80 m的微弱透水性低液限黏土，屬中壓縮性土;凝聚力（C）平均值為23.5 kPa，內摩擦角（φ）平均值為 21.0°，抗滲透性能較好，抗滑穩定性較好。其下為級配不良細礫，強透水性，該層內未見軟弱夾層，抗滑穩定性較好，一般不會產生不均勻沉陷。

2 土壩設計

壩頂寬度根據原有壩頂寬度以及按碾壓式土石壩設計規范第4.3.1的規定和考慮交通要求確定為4 m。

2.1 壩頂高程的確定

式中：y為壩頂超高;R為最大波浪在壩坡上的爬高;e為最大風雍水面高度;A為安全加高，按土壩設計規范采用。壩頂高程計算成果見表1。

表1 壩頂高程計算成果 m

壩頂高程等于水庫靜水位與壩頂超高之和。設計情況下壩頂高程為103.07 m，校核情況下的壩頂高程為103.01 m，壩頂高程采用較大值，故壩頂計算高程應為103.07 m。為保證安全壩頂高程采用103.1 0 m。

2.2 斷面擬定

土壩長度為794 m，壩頂高程為103.19～105.12 m，最大壩高7.88 m，壩頂寬度根據原有壩頂寬度以及按土壩設計規范和考慮交通要求確定為4 m。土壩上、下游坡均為單級坡，上游坡比 1∶2.5 ～1∶3.07，下游坡比1∶2.5，均不設馬道。

2.3 壩體穩定分析

2.3.1 土壩滲流計算

壩體為均質黏土，滲透系數為7.8×10-6cm/s，壩基為黏土，滲透系數為為1×10-7cm/s，經計算正常蓄水位情況下壩體年滲透量為7.5萬m3。壩體滲流計算成果見表2。

表2 不同運行情況壩體滲流計算成果

2.3.2 土壩穩定分析計算

壩坡穩定計算采用計及條間作用力的簡化畢肖普法。土料物理力學指標見表3，土壩穩定分析成果見表4。

表3 土料物理力學指標

表4 土壩穩定分析成果

壩坡穩定安全系數，按《碾壓式土石壩設計規范》（SL274-2001）規定，工程等級為四級時，壩坡抗滑穩定的安全系數：正常運用條件下≥1.25，非常運用條件下≥1.15。南金水庫壩坡穩定安全系數均符合規范要求。

3 溢洪道設計

溢洪道位于土壩左端，為無閘控制開敞式溢洪道，漿砌石結構，實用堰，經多年運行溢洪道進口已無鋪蓋，滲徑較短，消力池滲漏嚴重。

本次設計對原有溢洪道進行維修加固處理，加固后為開敞式，WES實用堰，分3孔，每孔凈寬9 m，總凈寬27 m，中墩厚度為1.5 m。堰頂高程為100.80 m，堰后接消力池，消力池長度為10 m。溢洪道經維修后過流能力、結構穩定均能滿足規范要求。

4 輸水洞設計

輸水洞位于土壩右側，為壩下埋管，進口底檻高程96.00 m，為鋼筋混凝土箱涵，斷面尺寸0.8 m（寬）×0.8 m（高），洞長28 m。

輸水洞年久失修，閘室傾斜;洞身混凝土經多年運行老化嚴重，強度降低;出口與土壩接觸處有漏水現象，下游無消能設施，沖刷嚴重。

輸水洞位于樁號0+224處。本次設計拆除重建，涵洞為一孔方涵，尺寸為1.5 m×1.8 m，涵洞長度為36 m，洞底高程94.50 m;消力池長度10 m，為鋼筋混凝土結構。

[1]黃河水利委員會勘測規劃設計研究院.SL274-2001碾壓式土石壩設計規范[S].北京：科學出版社，2002.

[2]水利部天津水利水電勘測設計研究院.SL253-2000溢洪道設計規范[S].北京：中國水利水電出版社，2000.

[3]黑龍江省水利水電勘測設計研究院.尚志市南金水庫除險加固工程初步設計報告[R].哈爾濱：黑龍江省水利水電勘測設計研究院，2011.