小都水庫除險加固設計

□張仕杰（五華縣小水電管理站）

水庫的除險加固在現今階段的水利工程建設中至關重要,需充分運用投放的有限資金在最大程度上解決水庫中遺留的安全隱患,這是影響到人們生命財產安全的重要工作。為有效的完成水庫除險加固工作,本文就以小都水庫除險加固設計展開探究分析。按照防洪準則與水利水電工程的等級測定及洪水的標準規定，水庫的工程級別可分為Ⅳ等，即工程的規模是小型的I等級，而樞紐的永久性建筑物與次要的建筑物級別一般是4級、臨時可變動性的水工建筑物是5級。參照洪水的標準期限為200年，設計的洪水標準是20年。因此預測出溢洪道的消能防沖標準是20年出現一次洪水。按照中國地震動的峰值加速度區劃圖顯示小都水庫的樞紐工程設計烈度是Ⅵ度。

1.樞紐工程的規模

小都水庫的總庫容有114萬m3，整體的工程布置分為主壩、輸水洞與溢洪道等。

1.1 主壩的設置

在小都水庫的除險加固設計中，大壩的壩型是黏土模式的心墻壩。總長有100m，壩頂的總體高度為339.24m，最大壩高高達28m，其防浪墻頂的高程為340.24m，多出壩頂高度1.0m，壩頂的寬度是4.0m。黏土模式的心墻壩頂高337.70m、底寬4.0m、最大寬度為7.0m，且與巖基相連接。而巖基的開挖深度是1.5m，基槽的底寬是4.0m。在上游的壩坡中，其中坡比為1∶2.5、1∶3.0；下游的壩坡中坡比為1∶2.0、1∶2.5，此外在高程330.00m高度的上下游方位分別安置戧臺1道，其寬度設定在1.5m。壩殼的填筑料由風化砂來完成，壩頂的路面由碎石土組成。

1.2 輸水洞的設立

輸水洞設立在大壩的左邊位置，運用壩下設管的方式借助承插式的特設混凝土管道，總長度73.50m，直徑設定為800mm。在預設的樁號0+034.5至0+037.5設置為豎井，其內部所設的直徑是600mm的閘閥，閘閥的前側安置1道1.0×1.0的鑄鐵閘門，而輸水洞的進口高度建設成325.00m，進口由混凝土的八字墻模式組建，其長度設定在5.0m，輸水洞的出口消力池連接在渠道上。

1.3 溢洪道的設計

溢洪道的位置建設于大壩的右側，其模式建設成開敞式的正堰溢洪道。主要包括進口段、收縮段、控制段、消能段及泄槽段。堰型選擇WES的實用堰，其寬度設立為18.0m，而堰頂的高度設置為336.40m，不添設閘門。堰下部分作為收縮段，長度測設為8.0m，從18.0m縮減至16.0m，下面承接陡槽，其與挑坎的寬度為16.0m，進而溢洪道的總長度是80m。

2.主壩的設計方案

2.1 壩頂的高程復核準則

壩頂的超高計算公式為y=R+e+A，在式中：y指壩頂的超高（m）；R為最大波浪在壩坡頂部的爬高（m）；e是最大的風壅水面高度（m）；A即安全的加高度（m）。依據準則計算得出，Ⅳ級的大壩設計規則為A=0.5m，校核過程中A=0.3m。

而壩頂的高程及防浪墻頂的高程在設計中應取最大值，其中測算的防浪墻頂是340.22m，實際的壩頂高程是339.00m，防浪的墻頂為340.00m，這組數據沒有達到防浪墻設計的高程標準。因此，這次的設計把壩頂的高程增高和校核洪水位相平339.24m的高度，防浪墻的高度為1.0m，所以，這次的設計將防浪墻的頂高設立為340.24m，高出預算的0.02m，符合要求。

2.2 上游的塊石護坡穩固測算規律

塊石護坡的直徑計算按照碾壓式土石壩的設計要求確定出護坡塊石的直徑公式為

式中：D指石塊的計算球形直徑（m）；M為坡率，取值2.5；Kt是隨坡的變化系數，取指1.3；Ρk即塊石密度，2.7t/m3；Ρw即水的密度，1.0t/m3；Hp為累計的頻率為5%的坡高。

通過計算得出，護坡的塊石直徑是0.28m，此次設計的護坡塊石直徑為0.30m。

2.3 壩體的穩定復核措施

水庫的原來主壩是黏土心墻壩，其長度為230.0m、頂高是339.00m、頂寬4.0m，其防浪墻的頂高為340.00m，上游的壩坡比例為1∶2.5及1∶3.0；下游的壩坡比例是1∶2.0及1∶2.5。此次的加固設計壩頂增高出0.24m，總長339.24m，防浪墻的頂高為340.24m，但上下游的坡比無變動。

2.3.1 壩體的邊坡穩定設計

在小都水庫的除險加固設計中，邊坡的穩定計算方式是依照土壩準則內容，借助簡化畢肖普法測算壩坡的防滑穩定性。小都水庫已有多年的歷史，因此壩體的邊坡復核只是對比穩定滲流期出現的上下游壩坡平穩與水庫的水位下落期發生的上游壩坡平穩測算。

新設計的大壩斷面是根據原大壩斷面的本體，增高出0.24m，而上下游的坡比例無變動。壩坡的平穩現象為自動蓄水達336.40m；設計（P=3.33%）338.45m；審核（P=0.33%）339.24m。如穩定計算成果表所示，各工況下顯示的壩坡平穩度均達標。

2.3.2 滲流的平穩系數歸納

滲流的平穩系數需依照達西定律計算，其透水地基上的心墻土壩一般高水位的平穩滲流正常浸潤線同樣運用達西定律設立方程式得出數據結果。

下游的壩坡高出點計算檢驗，如滲透系數：心墻的黏土滲透系數方程式K0=5.2×10-6cm/s；地基的砂質粉土滲透系數方程式為K2=6.5×10-3cm/s；而上下游的壩殼風化砂方程式為K1=5.2×10-4cm/s；各層的厚度：地基的砂質粉土層平均厚度為T1=4.2m；心墻的厚度d1=2.0m，d2=7.0m，d3=4.0m,在正常運轉環境下的浸潤線測算。邊界條件要求：上游的正常水位高336.40m；而下游的地面為320.0m；其心墻的滲透系數K0及壩殼K1距離較遠，因此水庫的水位為1—1的斷面水位，屬于安全；基巖面下面是不透水層。

依照水力計算的手冊準則可得出，中心墻的土壩構建于有限透水地基面上，其心墻在不透水層，計算公式為：

由公式得出浸潤線與大壩的主河槽單寬滲流量h1=5.18m，h0=1.22m，q=6.1×10-4m3/s。

其心墻的下游浸潤線高度是325.64m，排水體的逸出高度是319.0m。

經壩體浸潤線計算，下游壩坡逸點在排水棱體內，滿足滲流穩定要求。

2.3.3 護坡的厚度測算

對比碾壓式土石壩的設計準則歸納出，護坡的厚度驗算公式為：t=1.67K/D，式中：t為護坡的厚度（m）；K即隨頻率變化的系數，取值1.3。

通過驗算其護坡的厚度可得出是0.17m，此次設計的護坡厚度運用0.30m，下側設計為0.20m的碎石墊層及100mm的混合砂。

2.4 大壩的上游護坡整體規建

大壩構建的上游塊石護坡因壩體下沉、風浪沖創與水位浮動，導致塊石護坡面極其不平實，一般的正常蓄水位置上面的塊石常被翻起、墊層被大量的淘空及塊石所受的風化較為嚴重。因此，此次的除險加固設計重新依據實際情況改革設計理念，將壩坡上受嚴重風化的塊石清除出。在水庫的固定水位上面新鋪設300mm厚度的塊石，下面部位鋪設200mm的碎石及100mm的混合砂。此外，原防浪墻的內部結構均為磚砌而成的，其頂高達到340.00m，底高為337.70m，結構模式由L型擋墻組建，墻體的厚度為400mm。這次的設計全部摒棄了原來的防浪墻，重新設計建筑了混凝土防浪墻，其墻頂的高程達到340.24m，底部的高程是337.70m，墻體的厚度為250mm,防浪墻的結構模式為L型擋墻。且下游的壩坡無護坡，由土坡構筑，這次的加固設計將下游的護坡鋪設為草皮護坡。

3.結語

總而言之，水庫的除險加固，作為造福民眾的一項民生工程，需受到國家及施工企業的高度重視。通過對水庫除險加固技術的有效應用，可保障水庫安全度過汛期且靈活蓄水，提升防洪除險加固的社會效益及經濟效益，從而保障了水庫下游居住的人們生命財產安全，實現農村水利的持續發展。

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