水庫除險加固工程攔河壩設計

羅發鑫

（安順市平壩區羊昌鄉水利和移民工作站 貴州安順 561109）

水庫除險加固工程攔河壩設計

羅發鑫

（安順市平壩區羊昌鄉水利和移民工作站 貴州安順 561109）

近年來，隨著社會經濟的迅速發展，水利基礎設施建設受到了社會相關人員的廣泛關注，水庫除險加固設計作為水利工程施工的重點內容，受到了高度重視。此背景下，本文以某水庫為例，對水庫除險加固工程中的攔河壩設計相關內容進行了詳細的闡述，以供參考。

水庫；除險加固；攔河壩設計

1 引言

當前，我國大多數水庫依舊存在不同程度的病險問題，已經對水庫大壩的安全造成了較大的影響，并嚴重威脅到了下游群眾的生命財產安全。針對此情況，必須重視水庫除險加固，這就要求制定良好的除險加固設計方案，為工程的順利開展奠定堅實的基礎，促進水利工程的良好發展。

2 工程概況

羊昌鄉龍海村磨石沖小型（山塘）水庫總庫容為1.4萬m3，根據《水利水電工程等級劃分及洪水標準》以及《防洪標準》中的相關規定可知，該水庫工程等級為Ⅳ等，規模屬于小（1）型，樞紐永久性建筑物等級4級，主要包括大壩、溢洪道與輸水洞。同時，永久性次要建筑物等級為5級，主要包括溢洪道尾水渠等；臨時性水工建筑物等級為5級。此外，該水庫工程項目校核洪水標準重現期為300年，設計洪水標準30年。在此水庫工程項目中，其溢洪道消能防沖標準為20年一遇洪水。依據《中國地震動峰值加速度區劃圖》，該水庫樞紐工程設計烈度為7度。

3 樞紐工程總布置

3.1 攔河壩

該水庫大壩壩型屬于黏土心墻壩，整體長度為36m，大壩高程為3.2m，壩頂高度為3.2m，防浪墻頂高3.4m，比壩頂高超出了0.4m，壩頂寬度達3.5m。同時，水庫大壩的壩頂路面為混凝土路。心墻頂部高3.2m，底部寬度為16m，最大寬度達17m，黏土心墻與巖基直接相連，巖基實際開挖深度達1.5m，基槽底部寬度為2.0m。此外，水庫上游壩坡坡比1：2.5，下游壩坡坡比1：2.0在高度為3.3m部位的上下游處，各自布設了一道寬度達1.5m的戧臺。壩殼部位填筑施工主要采用風化砂材料進行。

3.2 溢洪道

該工程溢洪道布設在大壩的右端，屬于開敞式正堰溢洪道，其主要由進口段、收縮段、消能段、控制端與泄槽段共同構成。同時，堰型屬于WES實用堰，寬度為3m，堰頂高1.2m，不設置閘門。此外，該水庫工程堰下屬于收縮段，長度為3m，由原先的8m收縮為當前的6m，下部連接陡槽，陡槽與挑坎的實際寬度為8m，溢洪道總長度達15m。

3.3 輸水洞

該水庫工程輸水洞位于大壩的左端，施工主要采用壩下埋管的方式，輸水管選用承插式預制混凝土管，其直徑D為200mm，長18.5m，樁號0+034.5～0+037.5處為豎井，豎井內部設置了直徑D為200mm的閘閥，閘閥前端部位安裝了參數為1.0×1.0m的鑄鐵閘門。此外，該水庫輸水洞進口高3m，進口是一種長5m的混凝土方字，輸水洞出口消力池與渠道直接相連。

4 攔河壩設計

4.1 壩頂高程復核

4.1.1 壩頂超高

該水庫壩頂超高可按照以下公式計算：

y=R+e+A

式中：y-壩頂超高，單位m；R-最大波浪在壩坡上的爬高，單位m；e-最大風雍水面高度，單位m；A-安全加高，單位m。依據相關規范規定，Ⅳ級壩（山區、丘陵區）設計情況下A=0.5m，校核情況下A=0.3m。

4.1.2 壩頂高程與防浪墻頂高程確定

該水庫壩頂高程與防浪墻頂高程的確定見表1。

表1 壩頂高程與防浪墻頂高程確定

該水庫設計選取最大值，計算防浪墻頂部高程3.4m，實際壩頂高3.3m，防浪墻頂高程3.4m，由此可知，不滿足防浪墻設計高程要求。針對此，該水庫設計將壩頂高度加高至校核洪水位3.3m，選取1m作為防浪墻高程，所以該次設計防浪墻頂高程3.4m，比計算防浪墻頂高程高出了0.02m，可滿足項目設計高程要求。

4.2 壩體穩定復核

4.2.1 滲流穩定分析

（1）下游壩坡逸出點驗算

該水庫大壩下游壩坡滲透系數主要涉及以下內容：

心墻黏土滲透系數K0=5.2×10-6cm/s；

上下游壩殼風化砂K1=5.2×10-4cm/s；

地基砂質粉土滲透系數K2=6.5×10-3cm/s。

同時，對于其各層厚度，具體為：地基砂質粉土層平均厚度T1=4.2m；心墻厚度d1=2.0m，d2=7.0m，d3=7.0m。

（2）正常環境下浸潤線計算

通過探查發現，該水庫邊界條件為：水庫上游正常高水位達3.3m，下游沒有水，地面高程為3.2m。心墻滲透系數K0與壩殼K1之間存在10倍的差距，所以將水庫水位作為1-1斷面水位偏向安全。同時，該水庫基巖面以下部位屬于透水層，由《水力計算手冊》可知，在有限透水地基上，中心墻土壩的心墻為不透水層。該項目浸潤線、大壩主河槽單寬、滲流量為：

由上述公式可得：h1=5.18m，h0=1.22m，q=6.1×10-4m3/s。所以，該水庫項目心墻下游側浸潤線高3.2m，排水體處逸出高程3.9m。通過計算壩體浸潤線可知，下游壩坡逸點在排水棱體內，滿足滲流穩定要求。

4.2.2 壩體邊坡穩定計算

對于水庫壩體邊坡穩定計算，需確保其滿足土壩規范（SL274-2001）中的相關規定，可采用簡化畢肖普法進行。該水庫大壩已經建成并投入運用多年，其壩體邊坡復核計算主要包括穩定滲流期上下游壩坡穩定與水庫水位驟落期的上游壩坡穩定的計算。新設計的大壩斷面是在原大壩斷面上建設的，壩頂高度增加0.24m，上下游坡比保持原先設計。該水庫壩坡穩定工程狀況為：正常蓄水位3.40m，設計（P=3.33%）3.8m，校核（P=0.33%）3.9m。由此可知，各工程情況下的水庫壩坡穩定均滿足相關規范要求。

4.3 上游塊石護坡穩定計算

4.3.1 塊石護坡直徑計算

對于該水庫工程項目護坡塊石直徑的確定，主要依據《碾壓式土石壩設計規范》進行，計算公式為：

式中：D-石塊的換算球形直徑，單位m；m-坡率，取2.5；kt-隨坡變化的系數，取1.3；ρk-塊石密度，選取2.7t/m3（片麻巖）；ρw-水的密度，取1.0t/m3；hp-通過相關計算，護坡塊石直徑為0.28m，本次設計護坡塊石直徑選用0.30m。

4.3.2 護坡厚度計算

依據《碾壓式土石壩設計規范》，該水庫工程護坡厚度計算公式為：

式中：t-護坡厚度，單位m；K-隨頻率變化的系數，選取1.3。通過計算可得，護坡厚度為0.17m，本次設計護坡厚度選用0.3m，并在其下方設置了厚度為0.2m碎石墊層與100mm厚的混合砂。

4.4 防浪墻設計

該水庫工程原先的防浪墻為磚砌結構，頂部高程3.4m，底部高程3.7m，結構形式為L型擋墻，墻厚400mm。本次設計將原防浪墻全部拆除，重新修建混凝土防浪墻，墻頂高程為3.4m，底高程為3.3m，墻厚250mm，防浪墻結構形式為L型擋墻。

5 結語

綜上所述，通過落實水庫除險加固工程攔河壩設計，可有效避免水害事故的發生，從而在確保人民群眾生命財產安全的基礎上，對水庫水利資源進行充分的、合理的利用。但在設計過程中，還需對水庫整體情況進行綜合的考慮，確保設計方案的合理性、有效性、可行性，從而實現全面提升水庫除險加固工程攔河壩設計質量，促進水利工程的良好發展。

[1]李 浩.莫家溝水庫除險加固工程設計[J].中國科技信息，2011（13）：45～46.

[2]李曉麗，李釗成，叢日義，等.八道溝水庫除險加固工程設計[J].中國科技信息，2013（06）：78.

[3]劉洪娜.正南溝水庫除險加固工程設計[J].工業 c，2015（44）：160～161.

TV64

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1004-7344（2016）21-0129-02

2016-7-5

羅發鑫（1971-），男，布依族，中級工程師，大專，主要從事水利工作。