八岔溝水庫除險加固分析

侯裕清

（遼寧省大連水文局，遼寧 大連116023）

1 基本概況

八岔溝水庫位于長興島臨港工業區八岔溝村西北，是一座集防洪、灌溉用水于一體的水庫。該水庫始建于1970年10月，壩址以上集雨面積1.7km2，河道長2.5km，最大庫容20.07萬m3。現壩頂平均高程38.0m，壩長170m，壩寬3.0m，最大壩高16.1m，大壩迎水坡比1∶2.5，塊石護坡，背水坡比1∶2.0，草皮護坡，下游坡有貼坡排水體，壩體防滲體為黏土心墻；溢洪道位于大壩左側，型式為寬頂堰，底高程34.2m，凈寬7.3m；輸水洞位于大壩的右側，型式為壩下埋管，洞進口底高程為28.12m，進出口之間坡度為1/100，洞長57.0m，洞徑為準250，壩后閥門。

八岔溝水庫為小（2）型水庫，根據GB50201—94《防洪標準》中工程等別和級別劃分，八岔溝水庫工程等別為Ⅴ等，主要建筑物和次要建筑物級別為5級，防洪標準執行SL252—2000，按20年一遇洪水標準設計，200年一遇洪水標準校核［1］。

2 存在的主要問題

八岔溝水庫始建于1970年10月，施工時壩基未開挖到弱風化巖層，造成水庫滲漏，至今蓄不上水；大壩現有防洪能力不滿足規范要求。目前水庫存在的險情主要有：①大壩壩基坐落在全風化及強風化巖層上，下游壩腳滲漏明顯；②大壩迎水坡護坡石現已凹凸不平，殘缺不全；③溢洪道兩側無襯砌，巖石風化嚴重，末端無消能設施；④輸水洞工作閘閥損壞，滲漏嚴重，無法正常運行；⑤水庫無防汛路；⑥大壩無管理設施［2］。

3 除險加固計算分析與工程設計

本次除險加固設計為八岔溝水庫壩頂平均高程38.0m，壩長170m，最大壩高16.1m，壩頂寬3.0m，壩體防滲體為黏土心墻。溢洪道位于大壩左側，型式為正槽開敞式，底高程34.2m，凈寬7.3m，兩側無襯砌，末端無消能防沖設施。輸水洞位于大壩右側，型式為壩下埋管，進口底高程為28.12m，總長57m，內徑為0.25m混凝土圓管，采用壩后式閘閥放水灌溉兼泄洪［5］。

3.1 壩頂高程校核分析

壩頂高程計算按SL274—2001《碾壓式土石壩設計規范》的規定，分別計算設計洪水位加正常運行情況的壩頂超高與校核水位加非正常運行情況的壩頂超高的兩種運行情況，取其中最大值復核壩高程［3］。

式中 h超為壩頂超高（m）；h爬為最大風浪在壩頂上的爬高；e為最大風壅水面高度（m）；A為安全加高（m），計算正常運行情況A=0.5m，非正常運行情況，A=0.3m。

計算風速的確定。根據氣象站觀測統計本水庫多年平均年最大風速為14.4m/s。

平均波高h計算：

式中 g為重力加速度，g=9.81（m/s2）；H為水域平均水深（m）；D為由計算點逆風向量到對岸的距離（m）；W為設計洪水位取1.5倍的多年平均年最大風速，校核洪水位取多年平均年最大風速。

平均波長λ按式（3）計算：

式中 T為平均波周期，按公式T=4.438h×0.5計算；H為水域平均水深（m）。

平均波浪爬高的計算，采用莆田試驗站公式：

式中 K△為斜坡的糙率滲透性系數，護面類型為砌石護坡，K△=0.77；KW為經驗系數；m為斜坡坡率，m=2.5；為坡前波浪的平均波高（m）；λ為壩前波浪的波長（m）。

設計波浪爬高h爬，按爬高分布進行換算，該工程為5級建筑物，確定波高累積頻率P=5%。

風壅水面高度e計算（該值很小，忽略不計）。

安全加高A確定。根據S274—2001《碾壓式土石壩設計規范》表5.3.1取用：設計水位時，A=0.4m；校核水位時，A=0.3m。

經分析計算，壩頂高程由非常運用條件控制，故非常運用條件下的壩頂高程為：

H壩頂=36.51+0.67=37.18m，現壩頂高程38.0m，滿足洪水復核要求。

3.2 大壩滲流穩定分析

由于八岔溝水庫大壩無滲流觀測資料，本次滲流安全復核以大壩現場安全檢查結果為依據，進行滲流安全分析評價。經現場檢查發現，大壩壩基坐落在全風化及強風化巖上，大壩基礎滲漏，下游壩腳有明顯的漏水點，心墻土料質量較差，壩體局部滲漏，大壩存在滲流安全隱患［3］。

3.3 壩坡穩定校核分析

八岔溝水庫大壩為黏土心墻壩。現壩頂平均高程38.0m，壩長170m，最大壩高16.1m，壩頂寬3.0m，大壩迎水坡比為1∶2.5，背水坡比為1∶2.0，壩坡穩定計算是采用瑞典圓法計算出圓弧滑裂面的安全系數，各種工況下的壩坡穩定計算，結果如表1。

表1 壩坡穩定計算成果

從表1計算工況看，大壩上、下游坡的抗滑穩定安全系數均能滿足規范要求。

3.4 工程設計

3.4.1 結構確定

經復核確定大壩壩頂寬度3.0m，最大壩高16.1m，壩長170m，大壩上游坡比為1∶2.5，塊石護坡厚300mm，下游坡比1∶2.0，草皮護坡，并增設貼坡排水，大壩防滲體采用土工膜防滲。

本次除險加固主要解決壩基壩體滲漏問題。處理方法為：在上游壩坡采用兩布一膜200g/0.3mm/200g進行貼坡式防滲。具體做法為拆除上游壩坡干砌塊石，在壩腳開挖基礎，挖至巖石層，即弱風化巖層深0.5m，鋪設土工膜，作為防滲體，土工膜砂礫墊層上下各200mm，上部高程要達到37.00m，長度170m，下部巖石基槽填筑黏土夯實，使土工膜與基巖嚴密結合。

3.4.2 護坡工程

上游坡護坡石翻新，鋪設干砌石厚300mm，碎石墊層厚300mm；下游坡采用草皮護坡。

3.4.3 排水體工程

本工程采用試算法求出下游壩坡逸出點的高度h為2.5m，同時參照SL189—96《小型水利水電工程碾壓式土石壩設計導則》對貼坡排水的要求，本次設計增設下游貼坡排水體，排水體高4m，長70m；結構型式為：鋪設塊石厚300mm，碎石墊層厚300mm。

3.4.4 溢洪道工程設計

3.4.4.1 規模及總庫容確定

通過計算，確定溢洪道底部高程為H溢底=H正=34.20m，溢洪道形式為寬頂堰。根據調洪演算成果，取溢洪道寬度7.3m，則溢洪道水深2.31m，校核洪水位36.51m，泄流量37.93m3/s，正常庫容12.31萬m3，防洪庫容7.76萬m3，總庫容20.07萬m3。

3.4.4.2 溢洪道設計

經設計確定溢洪道堰頂高程34.20m，寬7.3m，溢流段長度110m。溢洪道底及兩側采用漿砌石襯砌。

3.4.5 輸水洞工程設計

現輸水洞放水閥銹蝕，滲漏嚴重，無法正常運行，需更換新的放水閥。本次輸水洞放水閥根據工程實際情況和實測資料采用了適合本工程的埋件和止水結構，在主輪結構中采用了自潤滑軸承，啟閉機采用液壓啟閉機，液壓站設置2套泵組設備，1套工作，1套備用［1］。

3.4.6 其他設計

為滿足運行管理要求，增設1座50m2的管理房，為瓦屋面磚混結構。因水庫無防汛路，本次設計1.0km防汛路，路寬6m，路面采用厚200mm砂礫石路面。

4 結語

通過對八岔溝水庫存在主要問題的分析，提出了對八岔溝水庫除險加固設計，并根據相關規范要求和實際情況進行了計算與分析，確定了除險加固工程對壩體、壩基進行防滲處理；更換輸水洞閥門，增設閥門房；更新迎水坡護坡石，增設下游排水體；對溢洪道進行襯砌，增設消能設施。水庫除險加固完成后將確保水庫正常運行，促進農村產業結構調整，發展農村經濟，提高農民經濟收入，對加快農業兩化進程起到積極的推動作用。

［1］張建平.小型水庫除險加固工程設計問題的探討［J］.水利規劃與設計，2013（4）：81-82.

［2］王洪偉，馬麗，劉智.營口市小型水庫病險分析及加固措施［J］.水利規劃與設計，2014（7）：88-89，82.

［3］陳延生.葦子溝水庫大壩除險加固設計［J］.黑龍江水利科技，2014（12）：160-163.

［4］項偉.海龍川水庫大壩除險加固設計與計算［J］.黑龍江水利科技，2014（12）：177-179.

［5］袁瑩.北鎮市龍門水庫除險加固工程設計分析［J］.黑龍江水利科技，2014（11）：154-156.