創業水庫除險加固工程設計方案研究與分析均質土壩除險加固工程的應用與分析

李英承

【摘要】創業水庫除險加固工程采用原均質土壩除險加固，既可保證灌區耕地的用水要求，使現有水資源得到充分的利用，又改善了當地的自然生態環境的需要。

【關鍵詞】水庫；除險加固；應用與分析

1、工程概況

某市創業水庫是一座以農業灌溉為主，兼顧養殖業，結合旅游業的綜合利用的平原水庫。可滿足下游灌區0.2935萬畝耕地的需水要求。根據《水利水電工程等級劃分及洪水標準》SL252-2000，本工程規模為小（1）型，工程等別為Ⅳ等，主要建筑物為4級，次要建筑物為5級，水庫樞紐工程主要由大壩、放水涵洞組成。

創業水庫建成于1989年，屬于無勘察、無設計、無施工檢查及驗收的“三無工程”。水庫建設初期受客觀條件限制，工程建設不配套。水庫由于施工質量較差，運行中險情不斷，現已成為一座病險庫，無法正常運行，使下游灌區的經濟發展受到很大的限制，已成為制約下游灌區農牧民脫貧致富奔小康的“瓶頸”問題。

2、基本資料

2.1 氣象。水庫區域多年平均氣溫為7.8℃、極端最高氣溫為41.8℃，極端最低氣溫為-37.5℃。最冷月為1月份，平均氣溫-15.6℃，屬嚴寒地區，凍融循環次數小于100次，無霜凍日數175天，最大凍土深1.50m。

2.2 水文。創業水庫主要以泉水補給為主，泉水徑流較地表徑流穩定，泉水徑流的年際變化較小，創業水庫入庫不同保證率設計年徑流量成果，見表1。

2.3 工程地質條件

2.3.1 壩體工程地質。壩體土為低液限粘土，可塑狀態，天然密度（ρ）為1.84g/cm3，干密度（ρd）為1.58g/cm3，含水量（W）為16.7%，孔隙比（e）為0.73，液性指數（IL）為0.03～0.66，塑性指數（Ip）為11.6，凝聚力（C）為19.0kPa，摩擦角（φ）為26.1°，滲透系數為3.1×10-4cm/s，屬中等透水，綜合確定承載力值為100KPa，壓縮模量（Es）為1.6MPa，具高壓縮性。

2.3.2 壩基工程地質條件

（1）壩基土物理力學性質

壩基土均由第四系全新世沖洪積（Q4al+pl）組成，主壩段（0-431～0+363）壩基土為低液限粘土，可塑狀態，天然密度（ρ）為1.92g/cm3，干密度（ρd）為1.57g/cm3，含水量（W）為21.9%，孔隙比（e）為0.73，液性指數（IL）為-0.17～0.41，塑性指數（Ip）為11.9，凝聚力（C）為17.0kPa，滲透系數為4.1×10-4cm/s，屬中等透水，綜合確定承載力值為100KPa，壓縮模量（Es）為2.3MPa，具高壓縮性。

西副壩大部分無壩體。壩基土為低液限粘土，揭露厚度約3.0m，軟塑狀態，天然密度（ρ）為1.77～1.90g/cm3，干密度為（ρd）為1.44～1.52g/cm3，含水率（W）為22.6～25.3%，孔隙比（e）為0.781～0.877，液性指數（IL）為0.25～1.40，塑性指數（Ip）為7.6～21.5，凝聚力（C）為24.0～30.0kPa，摩擦角（φ）為16.4°～26.2°，滲透系數為4.21×10-4～2.2×10-5cm/s，屬微～中等透水，綜合確定承載力值為80KPa，壓縮模量（Es）為3.62～10.68MPa，具高～中等壓縮性。

東副壩大部分無壩體。壩基土為低液限粘土，軟塑狀態，滲透系數為6.23×10-6～9.51×10-5cm/s，屬微透水，綜合確定承載力值為80KPa，壓縮模量（Es）為3.92～3.15MPa，具高壓縮性。

2.3.3 放水涵洞工程地質條件。依據ZK1勘察結果在10.00m深度范圍內閘基土為低液限粘土，可塑狀態。屬微透水，綜合確定承載力標準值（fk）100kPa，壓縮模量（Es）為2.5MPa，屬高壓縮性土。

3、工程設計

3.1 工程總體布置。水庫樞紐建筑主要包括大壩、放水涵洞。創業水庫大壩壩型為均質土壩，整個大壩由主壩和副壩組成，主壩段呈向河谷下游凸出的圓弧型式，左副壩與主壩相交于壩樁號0-431處；右副壩與主壩相交于壩樁號0+333處。放水涵洞與壩軸線正交，放水涵洞由進口段、閘井段、洞身段、消能段組成。

3.2 大壩工程

3.2.1 主壩、左、右副壩輪廓設計。主壩、左副壩、右副壩均為碾壓式均質土壩。最大壩高5.39m，壩頂寬度4.0m。在壩頂上、下游側設置砼路沿石。主壩段壩腳設一道倒梯形阻滑墻。

3.2.2 放水涵洞輪廓設計。放水涵洞與壩軸線正交，側墻、頂板與底板均為鋼筋C20、F200、W4砼；閘井段從上往下依次由啟閉機室、豎井和閘室三部分組成，啟閉機為兩臺5t手電兩用螺桿式啟閉機；洞身斷面型式為城門洞形；消能段由陡坡段、消力池段和扭面段組成。

4、水庫工程除險加固分析

4.1 創業水庫除險加固是灌區經濟發展、加快新農村建設，推進以農民增收問題為核心的“三農”工作的需要。創業水庫除險加固增加農民收入，為新農村建設提供強大的經濟保障，以農業為龍頭，帶動加工業，促進工業的發展，實現經濟良性、快速發展，以水利促進農業發展，以點帶面，為某市經濟增長尋求新的亮點，增加其發展后勁，盡快提高當地農民生活水平，為某市的可持續發展奠定堅實的基礎，可見創業水庫除險加固是加快新農村建設，推進以農民增收問題為核心的“三農”工作的需要。

4.2 創業水庫除險加固是解決水資源時空分布不均矛盾，充分利用水資源，提高水資源利用率的需要。創業水庫的徑流特點，一是時間上的不均勻，非灌溉期水量大，二是冬季水資源不能充分利用。創業水庫除險加固以后，枯水年在此規模下可保證0.2935萬畝耕地足水灌溉。可見創業水庫除險加固不僅可保證灌區耕地的用水要求，使現有水資源得到充分的利用。

4.3 創業水庫除險加固是改善當地的自然生態環境的需要。創業水庫除險加固完成后，灌區防護林面積將達到480畝。既能直接供給人民日常生活需要的木材，涵養水源、抗擊自然災害、保障農作物豐收；同時又可調節氣候、改造自然條件、增強人民體質。另外創業水庫除險加固可使該水庫成為青山綠水的風景區，為人們的精神生活帶來無限的樂趣，為發展旅游也創造良好的條件。