淺析蘆毛溝水庫大壩除險加固設計

(1.新余市大江工程規劃設計院，江西 新余 338000； 2.新余市水務局，江西 新余 338000)

蘆毛溝水庫位于新余市渝水區下村鎮步橋村境內。壩址以上控制流域面積1.99km2，水庫正常蓄水位75.80m，設計洪水位76.33m，校核洪水位76.59m，總庫容216萬m3。

主壩于1958年建成，壩高9m，蓄水量60萬m3，是一座小(2)型水庫。1979年全面加高、加固，達小(1)型水庫規模。經過對蘆毛溝水庫長期監測，發現存在以下兩方面問題：?主壩上游壩面預制混凝土塊護坡局部有坍塌破損，壩腳棱體排水已淤塞，塊石縫隙長滿雜草灌木；?副壩上下游均為護坡，上游壩坡較陡，下游未設排水溝，副壩右側存在缺口，最低高程為75.93m，不滿足水庫正常蓄水要求。

本文通過對蘆毛溝水庫地質條件分析，探討其除險加固措施，以期為同類工程提供借鑒。

1 地質條件分析

1.1 壩肩

壩肩持力層為強風化砂巖，其承載力及抗剪指標均大于壩體土體對應指標，不存在壩肩抗滑穩定問題。壩肩局部覆蓋層缺失，出露強風化砂巖，屬中等透水性。左、右壩肩存在繞壩滲漏隱患。

1.2 壩基

壩基持力層為沖、洪積粉質黏土，其承載力和抗剪指標均大于壩體對應指標。壩基承受較大荷載，經過多年壓實固結，土體變形程度能滿足壩體荷載要求，不存在壩基抗滑穩定問題，壩基無變形。

壩基覆蓋層為沖、洪積粉質黏土，鉆孔揭露厚度2.3～4.9m，土滲透系數為4.0×10-5cm/s，屬弱透水層。下伏基巖為強風化砂巖，屬中等透水層。

壩基覆蓋層隔水性良好，實際運行中未發現壩基滲漏問題。

1.3 基巖

基巖為二疊系中統龍潭組(P2l)砂巖。強風化砂巖，風化裂隙發育，巖石破碎，巖質較軟，質量等級為Ⅴ級。中風化砂巖，節理裂隙發育，巖石較破碎，巖質堅硬，根據測試結果，其單軸飽和抗壓強度為25MPa，屬較軟巖，巖石質量等級為Ⅳ級。

1.4 填土層

填筑土中黏粒、粉粒含量為40%～60%，砂含量為20%～30%，2mm以上礫石、碎石含量為20%～30%，壩體填料質量差。筑壩時碾壓較為均勻，填筑土干密度為1.52g/cm3，孔隙比為0.850，壓縮系數為0.48MPa-1，為中等壓縮性土。

根據野外注水試驗結果，主壩填筑土滲透系數8.47×10-5～3.13×10-4cm/s，平均值為1.55×10-4cm/s。取原狀土樣11組進行室內試驗，滲透系數為8.89×10-5cm/s，綜合室內外測試結果，壩體滲透系數取1.3×10-4cm/s，填筑土為中等透水性。

2 除險加固設計

2.1 壩頂改造

根據《水利水電工程等級劃分及洪水標準》(SL252—2017)，壩頂超高按下式計算：

Y=R+A

式中Y——壩頂超高，m；

R——最大波浪的壩坡爬高，m；

A——安全加高，m。

由于主壩單坡的坡度系數為2.5，波浪爬高計算公式為

式中Rm——平均波浪爬高，m；

m——單坡坡度系數；

KΔ——斜坡糙率滲透性系數；

由以上公式計算出主壩、副壩的壩頂超高，主壩、副壩的壩頂設計高程為庫水位加上壩頂超高即可。主壩、副壩設計壩頂高程分別為77.38m和77.86m，而目前蘆毛溝水庫主、副壩的現有壩頂高程均為78.50m，由此可知其滿足規范要求。

主壩壩頂寬4.10m，除險加固中維持壩頂寬度不變，將路面破損處維修。副壩壩頂寬3m，除險加固設計中，在上游填筑黏土培厚，放緩壩坡。

2.2 防滲加固

a.加固設計。主壩填筑土綜合滲透系數為1.3×10-4cm/s，中等透水性，不滿足規范要求。實際運行中壩坡無滲漏現象，壩體存在滲漏隱患。壩基覆滲透系數為4.0×10-5cm/s，弱透水性，運行中壩腳局部散浸、壩基存在接觸滲漏隱患。壩肩局部覆蓋層出露強風化砂巖，屬中等透水性，運行中未見滲漏現象，但存在繞壩滲漏隱患。

根據實際情況，此次加固設計擬不對主壩壩體、壩肩進行防滲處理，只翻修壩腳排水體，進行壩腳保護。

b.滲流安全復核。由于水庫無滲流觀測資料，滲流安全復核以理論計算為依據，結合現場安全檢查結果，進行滲流安全分析評價。根據壩基地質情況，滲流計算斷面選取均靠近壩軸線中部，此斷面為最大壩高處，透水層最深，可反映整個大壩的實際滲流情況。

計算工況：上游正常蓄水位75.80m、下游相應水位65.40m；上游設計洪水位76.33m、下游相應水位65.40m；上游校核洪水位76.59m、下游相應水位65.40m。經計算，主壩斷面滲透分區及滲透系數見表1。

表1 主壩滲透分區及滲透系數

主壩加固后各種工況下出逸點坡降值、計算滲流量值見表2。

表2 加固后穩定滲流期計算坡降值及滲流量

由表2可以看出，主壩浸潤線在貼坡排水體內出逸，出逸點坡降均小于允許坡降0.30，主壩能夠安全運行。

2.3 壩坡加固

a.上游護坡。現狀為混凝土預制塊護坡，局部出現破損坍塌,該次除險加固對主壩上游壩坡破損處進行維修處理。副壩上游壩坡未設護坡，加固設計對副壩上游壩坡進行草皮護坡。

b.下游壩坡。將大壩下游坡的雜物清除后，平整壩坡，重新滿鋪草皮護坡，采用順坡平鋪法，草種選用結簍草，草皮移植在春季進行，接植過程注意保持水分。

c.排水體設計。該次加固設計對現有棱體排水拆除重建，擬采用貼坡式。設計排水體頂高程67.90m，高3.50m，頂寬1.89m，外坡1∶2.5。反濾層顆粒大小關系應滿足層間系數ξ=D50/d50≤8～10；各層不均勻系數η=D60/d10≤10。設計反濾層材料分三層：砂卵石混合料層0.15m，砂粒徑0.5～2mm，卵石粒徑5～20mm；碎石層0.15m，碎石粒徑60～120mm；塊石層0.4m，塊徑250～400mm。副壩壩體較矮，可暫不對壩腳設置排水體。

2.4 穩定計算

壩坡穩定計算分加固前復核和加固后計算，包括上游壩坡、下游壩坡兩部分。因副壩最大壩高僅4.5m，此次除險加固對副壩不進行穩定復核，主壩具體計算內容如下：

a.正常運行條件。正常蓄水位75.80m時的下游壩坡、設計洪水位76.33m時的下游壩坡、校核洪水位76.59m時的下游壩坡。

b.非常運行條件。正常蓄水位75.80m降至死水位68.40m時的上游壩坡；庫水位由校核洪水位76.59m降至正常蓄水位75.80m時的上游壩坡。

經計算，主壩加固后5種工況下，上游、下游壩坡的最小安全系數見表3。

表3 主壩加固后壩坡穩定計算結果

經計算，主壩加固后上游、下游壩坡穩定安全系數均大于規范允許值，滿足規范要求。

3 結 語

蘆毛溝水庫位于新余市渝水區下村鎮步橋村境內，壩址以上控制流域面積1.99km2，水庫正常蓄水位75.80m，總庫容216萬m3。水庫雖然經過多次除險加固，但主壩依然存在安全隱患，急需進行處理。

通過對蘆毛溝水庫地質條件分析，發現其壩肩存在繞壩滲漏隱患，而壩基承載力和抗剪能力滿足除險加固要求。依據水庫安全運行隱患，結合壩體地質條件，本文進行壩頂安全高程復核，選定主壩壩頂路面維修、副壩壩頂填筑黏土加高培厚等措施；對填筑土體滲透安全性進行分析，確認翻修壩腳排水體進行壩腳保護等措施；研究上下游護坡破損坍塌狀況，推選草皮護坡的具體改造參數。

通過計算水庫除險加固后不同水位、工況下的最小安全系數可知，主壩加固后上下游壩坡穩定安全系數均大于規范允許值，滿足規范要求，工程除險加固效益顯著。

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