水庫大壩除險加固工程設計探究

【摘要】水庫大壩是水利工程中最為常見的建筑，由于各種客觀原因，水庫大壩絕大部分都存在著諸多問題，制約著自身發展。本文結合工程實例，分析了水庫大壩存在的問題，并有針對性提出了加固設計方案，并就具體的處理措施進行了討論，旨在為同類型水庫加固設計提供參考。

【關鍵詞】水庫大壩；除險加固；設計

引言

水庫大壩是我國水利事業當中的重要組成部分，其對于農業灌溉、水利發電以及防洪事業都有著重要意義。然而，目前有絕大部分水庫大壩由于長年運行使用，出現了各種的病險問題，尤其是壩基的滲漏問題越來越嚴重，這將對水庫整體產生極為不利的影響。為了保證水庫大壩的正常運行，相關工作人員必須要重視水庫大壩滲漏現象，采取相應的措施對其進行加固處理，以避免滲漏現象的產生，從而確保水庫大壩的安全運行。

1、概述

某水庫始建于1968年，1969年攔洪蓄水，1972年完成溢洪道工程，是一座以防洪為主，兼有養魚等綜合利用的小型水庫。該水庫壩址以上控制面積9.5km2，壩址上游河道長6.35km，總平均坡度0.91%。水庫原設計標準為20年一遇設計、100年一遇校核。大壩自建成運行以來，1977年汛期，由于溢洪道陡坡塌陷，導致溢洪道決口失事，形成空庫。1978年臨時堵口蓄水，維持灌溉。1978年春開挖新的溢洪道，但因資金短缺沒有全部開挖完成。1991年在其右側重新修建水庫溢洪道，運行至今。水庫原始資料已經無從查找。

2、大壩工程現狀

該水庫壩長228m，堤頂高程最高101.40m，最低101.20m，最大壩高7m，壩頂寬最寬4.80m，最窄4.00m。2005年5月～2006年6月對水庫進行了除險加固。大壩迎水坡水位以上為干砌石護坡，塊石厚40cm，坡比1：3，背水坡為碎石護坡，厚20cm，坡比1：2.5。大壩由樁號0+020～0+075處壩腳建有貼坡排水，貼坡排水下游為20m寬壩后蓋重，蓋重結構自下而上為：砂墊層30cm，碎石30cm，干砌石60cm，壩后蓋重60m×20m。兩側有旱田的50m壩段上下游面，按設計坡度削坡到田邊，管理房周圍土地進行平整。大壩無防滲措施，壩后存在多處滲漏問題。

3、大壩壩體存在的問題

大壩壩頂寬度不滿足要求，壩面無排水設施。大壩0+010～0+110壩段嚴重滲水。2003年在大壩0+015處距壩腳5m有管涌現象，同時大壩左端出現一個3m2的沉陷坑，至2004年沉陷坑擴展到8m2，最大深1.5m，同時沿坑頂部有一條長30m的縱向裂縫，錯位達5cm。2005年5月對水庫工程進行了維修加固，但滲漏問題仍然沒有解決。

4、大壩病險情況復核

4.1 壩體

該水庫最大壩高7m，水庫大壩為低壩，壩頂寬度最小5m。水庫現狀壩頂寬最寬4.80m，最窄4.00m，根據SDJ213—83《碾壓式土石壩施工技術規范》，大壩壩頂寬度不滿足要求。

4.2 壩基

本次滲流計算以樁號0+040典型斷面進行計算。計算工況為上游興利水位98.30m、設計水位99.27m（P=10%）及校核水位99.58m（P=5%）3種情況，分別對3種工況進行計算，結果如表1，大壩存在一定滲漏。

4.3 壩坡穩定復核

2005年5月～2006年6月對該水庫進行了除險加固維修，對大壩迎水坡已經進行了防護，護坡型式為干砌石護坡，依據《水庫大壩安全鑒定報告書》，本次穩定計算考慮滲流對下游壩坡穩定的影響，并對下游坡面進行復核計算。

以樁號0+040典型斷面進行計算。計算工況為上游興利水位98.30m、設計水位99.27m（P=10%）及校核水位99.58m（P=5%）3種情況，采用簡化畢肖普法分別對3種工況進行計算。下游坡面最小安全系數如表2。

根據SL274—2001《碾壓式土石壩設計規范》中相關規定，壩體抗滑穩定安全系數正常運用條件不小于1.25，非常運用條件不小于1.15。

由表2可以看出，壩坡穩定所取的斷面3種工況下，下游壩坡穩定安全系數都滿足穩定要求，因此大壩下游壩坡滿足穩定要求。

5、大壩加固設計

5.1 壩頂高程

經計算大壩壩頂安全高程100.71m，現狀大壩壩頂高程為101.2～101.4m，滿足要求，故不需要加高壩頂高程。

5.2 壩體滲漏處理

5.2.1 下游最高水位確定

水庫大壩下游現狀水位92.56m，由于該地區無詳細水文資料，無法確定下游水位，根據水庫現狀，綜合考慮，確定下游最高水位為下游現狀水位加安全超高。安全超高按照大壩設計洪水安全超高考慮，取0.5m。確定下游最高水位93.06m。

5.2.2 堆石排水棱體設計

該水庫大壩部分壩段下游已經有貼坡排水及蓋重，在蓋重后新建棱體排水，棱體排水長76m。

棱體排水設置在下游已經有貼坡排水及蓋重后，采用干砌塊石結構。設計洪水對應的波浪爬高0.93m，由此確定棱體排水頂高程94.06m。棱體排水頂寬1m，上、下游邊坡坡比均為1：1.5。

在棱體排水與壩體及壩基接觸面設置2～3層反濾層，根據SL274—2001《碾壓式土石壩設計規范》反濾層位于被保護土層的上部，為Ⅱ型。反濾層共設置3層，由上至下分別為：碎石層，粒徑5～20mm；砂層，粒徑1～5mm；砂層，粒徑0.25～1mm?？紤]安全性在反濾層下鋪設一層土工布，土工布為400g/m2。

5.2.3 組合式排水設計

該水庫大壩部分壩段現狀無排水設施，在壩后新建貼坡與棱體組合排水設施，組合式排水長59m。

組合式排水設置在壩體下游壩腳，采用干砌塊石結構。水庫地區最大凍土深1.4m，貼坡排水體厚1.4m，其中干砌塊石厚850mm，反濾層厚550mm。貼坡排水體邊坡坡比1：1.5，由此確定頂部水平寬2.53m。

水庫大壩為Ⅴ級，貼坡排水頂高程96.33m，貼坡及棱體排水頂寬均為1m，棱體排水頂高程94.03m，貼坡排水貼坡排水，棱體排水上、下游邊坡坡比均為1：1.5。在組合式排水與壩體及壩基接觸面設置2～3層反濾層，反濾層依據SL274—2001《碾壓式土石壩設計規范》進行。

6、結語

總之，水庫作為最基本的水利設施，其重要性不言而喻。滲漏現象對水庫大壩的質量安全有著重要的影響，甚至會引起不可挽回的經濟損失。因此，水利工作者必須認真分析水庫大壩滲漏現象產生的原因，結合工程實際情況，具體問題進行具體分析，制定出合理的加固處理方案，以避免滲漏現象的產生，確保水庫發揮更大的經濟效益。實踐證明，本工程的加固設計方案實施是成功的，能夠有效解決水庫存在的壩體滲漏問題，保障了水庫大壩安全運行。

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