信陽市海營水庫大壩上游坡穩定分析及處理設計

□向廣銀（信陽市水利勘測設計院）

信陽市海營水庫大壩上游坡穩定分析及處理設計

□向廣銀（信陽市水利勘測設計院）

海營水庫大壩上游壩坡現狀為混凝土護坡，大部分已嚴重碳化、斷裂、滑塌，無法抗御風浪，致使多處壩坡沖刷嚴重，坡率不一。文章通過對水庫大壩上游壩坡穩定分析，提出相應的護坡處理方案,通過除險加固處理，水庫面貌煥然一新，現已成為信陽市一道靚麗的風景線。

壩坡穩定復核;混凝土護坡;海營水庫

1 基本情況

海營水庫位于信陽市工業城管理區祠堂村，處在淮河水系小洋河支流上，是一座以防洪、灌溉為主，結合水產養殖等綜合利用的小（1）型水庫，控制流域面積1.73km2，總庫容116.70萬m3。水庫主要建筑物包括大壩、溢洪道、輸水洞等。

大壩為均質土壩，壩長222m，現狀壩頂高程為116.80～117.20m，最大壩高14.80m，壩頂寬4.60m，鄉村公路從壩頂通過。大壩實測上游坡比1∶2.5、下游坡比1∶2.4，上游壩坡為混凝土護坡，損毀嚴重，下游為草皮護坡，無橫向排水溝。2010年，當地修建“村村通”道路，在海營壩頂澆筑C20混凝土路面，寬4m。

2 大壩上游坡抗滑穩定復核

2.1 計算斷面

選取最大壩高處斷面作為大壩穩定分析的典型剖面，見圖1。

圖1 大壩抗滑穩定計算典型剖面圖

2.2 計算參數選取

計算參數均取自2008年9月信陽市水利勘測設計院編制的《河南省信陽市海營水庫除險加固初步設計階段工程地質勘察報告》。筑壩材料各種物理特性指標匯總見表1。

表1 筑壩材料物理特性指標（采用值）

2.3 計算工況

根據《碾壓式土石壩設計規范》(SL274-2001)的要求，計算工況如下：

壩坡穩定按穩定滲流期和水庫水位降落期兩種工況進行復核。

上游壩坡：①上游最不利水位112.53m；②校核水位115.60m突降至正常蓄水位114.50m。

下游壩坡：①上游設計水位115.33m；②正常蓄水位114.50m；③上游校核水位115.60m。

2.4 規范允許值

海營水庫大壩為4級建筑物，根據《碾壓式土石壩設計規范》(SL274-2001)規定，正常運用條件下，壩坡抗滑穩定最小安全系數應不小于1.15；非常運用條件(即水位非常降落條件)下，壩坡抗滑穩定最小安全系數應不小于1.05。

2.5 壩坡穩定計算

壩坡穩定分析采用瑞典圓弧法分析。計算公式如下：

式中：W—土條重量；Q、V—分別為水平和垂直地震慣性力；W—作用于土條底面的孔隙壓力；α—條塊重力線與通過此條塊底面中點的半徑之間的夾角；b—土條寬度；c′、φ′—土條底面的有效應力抗剪強度指標；MC—水平地震慣性力對圓心的力矩；R—圓弧半徑。

大壩結構安全最小安全系數復核成果見表2。

表2 大壩壩坡穩定安全分析成果表

海營水庫大壩屬4級建筑物，根據《小型水庫碾壓式土石壩設計導則》對4級建筑物最小安全系數的規定：正常情況為1.15，非常情況為1.05。由表2可見，校核水位工況下，下游坡壩坡穩定安全系數不滿足規范要求，其余工況下均滿足規范要求。

3 大壩上游坡護坡設計

本次除險加固擬對大壩上游坡原混凝土護坡予以拆除翻修，護坡翻修范圍為高程死水位110.10m至壩頂。護坡類型，擬選兩種方案進行比較：

方案①：采用混凝土護坡，厚0.15m，下鋪筑0.15m厚砂石墊層，計需拆除混凝土268m3，原墊層167m3，澆筑混凝土738m3，鋪設砂石墊層577m3，工程投資43.02萬元。

混凝土護坡厚度計算：

計算公式：(見SL274-2001《碾壓式土石壩設計規范》)

式中：η—系數，對整體式大塊護面板取1.00；hp—累積頻率為 1%的波高，m，hp=1.75m；b—沿壩坡向板長，m，b=3m；ρc—板的密度，t/m3，取 ρc=2.40t/m3；ρw—水的密度，t/m3，取ρw=1.00t/m3；m—邊坡系數，m=2.50；Lm—平均波長，m，Lm=11.23m。

經計算，t=0.15m，取混凝土護坡厚度為0.15m。

方案②：采用干砌石護坡，厚0.30m，下鋪0.10m厚碎石墊層，計需拆除混凝土268m3，原墊層167m3，砌筑干砌石1320.70m3，碎石墊層379m3，工程投資39.40萬元。

塊石護坡厚度計算：

計算公式：(見SL274-2001《碾壓式土石壩設計規范》)

式中：D—石塊的換算球形直徑，m；kt—隨坡率變化的系數，查表得 kt=1.20；ρw—水的密度，kg/m3，取 ρw=1.00×103kg/m3；ρk—塊石密度，kg/m3，取 ρk=2.60×103kg/m3；hp—累積頻率為1%的波高，hp=1.10m；m—邊坡系數，m=2.50。

經計算，t=0.28m，取砌石護坡厚度為0.30m。

兩種方案工程造價相差不大，方案②塊石原材料外購困難，且塊徑大多不能滿足規范要求，施工質量難以保證。綜合比較，護坡類型采用方案①。C20混凝土護坡厚0.15m，下鋪0.15m厚砂石墊層。護坡按3m×3m分縫，縫寬100mm，縫內填塞無砂混凝土排水帶，排水帶下鋪300mm寬土工布，護坡周邊槽采用C20混凝土澆筑。

由于原混凝土護坡大部分已嚴重碳化，斷裂，滑塌，無法抗御風浪，致使多處壩坡沖刷嚴重，坡率不一，所以在上游護坡翻修前應對上游壩坡進行整坡，整坡后坡比為1:2.5。

4 結語

海營水庫除險加固主要內容包括：大壩水泥土攪拌樁防滲加固處理；上游混凝土護坡，下游草皮護坡，配套壩腳排水棱體及坡面排水溝，壩頂混凝土路面；溢洪道加固處理；輸水洞拆除重建。隨著信陽城市發展，海營水庫現已納入主城區發展范圍，通過除險加固處理，水庫面貌煥然一新，現已成為信陽市一道靚麗的風景線。

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2014-01-08

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