除險加固工程設計中滲流和穩定計算在小型水庫中的應用

王飛瀟

（承德市雙峰寺水庫工程建設管理中心，河北 承德 067000）

一、水庫概況

某水庫屬于小型水庫位于萊山區萊山街道東莊村東南1.0km。水庫控制流域面積1.08km2，主河道長度2.12km。原設計東莊水庫總庫容16.70 萬m3，調洪庫容7.70 萬m3，興利庫容7.00 萬m3，死庫容2.00萬m3；校核洪水位57.26m，設計洪水位56.66m，興利水位55.22m，死水位52.42m；是一座防洪、農業灌溉等綜合運用的小Ⅱ型水庫。

二、我國水庫除險加固的現狀和采用的措施及水庫存在的問題

（一）我國水庫除險加固的現狀和采用的措施

根據我國水庫的現狀除險加固工程一般分為：土石壩的除險加固；溢洪道的除險加固；輸水洞的除險加固三種。主要采取的措施是：一是增加容器渠道；二是強化水庫加固的前期工作；三是加固的實施控制；四是建立專門的管理機制。按照提高水庫工程質量的除險加固措施分為：一是水平防滲除險加固措施；二是垂直防滲除險加固措施。按照提高水庫防洪標準的除險加固措施分為：一是提高大壩的高度；二是加深抑或是增建水庫的溢洪。

（二）病險水庫存在的問題

1.水庫的抗洪能力較低：水庫的防洪標準低于部頒防洪標準,壩高低于設計洪水位的要求;瀉洪設施不完善。

2.存在嚴重的滲漏問題：滲流安全問題主要表現為以下幾種形式:一是壩基滲漏,主要通過壩基未處理的第四紀沖洪積層、風化層及透水的裂隙向下游滲漏;二是壩體滲漏,主要 形式是沿壩體產生的縱向裂縫以及結構面發生的集中滲漏。三是繞壩滲漏,主要表現在兩壩肩,壩體與基巖的結合層面上的滲漏,以及通過風化層、透水的破碎帶向下游繞滲。

3.穩定問題：首先是壩基、壩肩的抗滑穩定問題。其次是邊坡穩定問題,主要表現在滑移邊界條件的存在,以及邊坡出現變形。第三是滲透穩定問題,主要表現在沿壩基和壩肩或壩體與岸坡的接觸部位產生管涌、流土等。

（三）水庫存在的主要問題

根據大壩現場檢查的結果，東莊水庫目前存在以下險情隱患：（1）水庫經過近五十年的運行，地面沉降嚴重，水庫現狀的防洪能力已經不滿足防洪標準的要求。（2）水庫的壩體為均質壩，其壓實度經過測算，已經不符合規范的要求會出現洪水漫壩，危及大壩安全；并且壩面坑洼不平，壩頂寬度局部窄；上游壩坡局部陡，上游興利水位以上為混凝土護坡，多處開裂，以下無護坡，坡面長滿雜草，無上壩臺階；下游壩坡局部陡，坡面凹凸不平、雜草叢生，無排水設施，大壩壩體高水位時壩后有滲水現象。還會出現垮壩、潰壩的嚴重問題，使下游城鎮居民面臨洪水的威脅。（3）壩肩式溢洪道局部斷面小；左岸坡陡，巖石風化強烈；右岸原漿砌石擋土墻勾縫砂漿脫落，邊墻高度不足。（4）漿砌石方涵洞身淤堵，進口吊球及啟閉設施老化破損嚴重，不能正常運行。（5）防汛路路況差，水庫無管理房，不滿足運行管理要求。

三、東莊水庫除險加固的內容

根據上文中東莊水庫存在的主要問題，其除險加固的主要內容是：大壩及防滲體加高，壩頂局部加寬，新建防浪墻，壩頂下游側安裝路緣石，新建泥結碎石路面。

（1）大壩上游興利水位以上原混凝土護坡及興利水位以下坡面雜草清除，缺土部分用現有混凝土護坡碎塊填補，新建干砌塊石護坡及上壩臺階。（2）大壩下游坡雜草清除，缺土部分用砂礫料填筑培厚，播撒草種護坡，壩坡新建上壩臺階、橫向排水溝及岸坡排水溝，壩腳新建排水體及排水溝，新建上壩臺階。（3）溢洪道底部雜草清除，左岸山體削坡，右岸控制段原有擋土墻重新勾縫維修，墻頂新建漿砌石護坡，新建擋土墻。（4）漿砌石放水洞洞身內襯PE 管，壩后新建閘閥室并安裝閘閥控制；進口新建八字墻并在進口設置攔污柵。

四、除險加固工程的設計及加固后的滲流穩定計算

（一）工程設計標準：東莊水庫大壩正常運用（設計）洪水標準為20 年一遇，非常運用（校核）洪水標準為200 年一遇。溢洪道消能防沖設計標準為10 年一遇。

（二）大壩工程加固設計：大壩的加固設計主要是壩頂高程及防滲體頂高程的確定。

（三）大壩工程設計：主要大壩工程的設計包括：（1）大壩上游坡設計；（2）上游護坡工程設計；（3）下游壩坡設計；（4）橫向排水溝設計；（5）岸坡排水溝設計；（5）壩腳排水體、排水溝設計。

（四）大壩加固后滲流計算：除險加固工程設計中的滲流計算和穩定計算是整個設計的重要環節，計算的準確性是決定除險加固工程是否達標的標準和依據。滲流的定義是指流體在孔隙介質中的流動。在實際工程建設中，如果發生滲流，將對工程的建筑物地基造成破壞，形成滲透變形，嚴重影響工程質量。

五、結論

總之小型水庫在我國的工農業發展中占有重要的地位，發揮著基礎水利設施的重要作用，尤其是對農村生產條件的改善有很大的幫助。水庫除險加固后，可以保證水庫自身安全，明顯降低水庫下游地區防洪風險，有效發揮水庫灌溉供水的作用；可以防止垮壩事件的發生，緩解區域經濟水資源緊張的狀況，維持地下水的采補平衡，有利于地下水資源的可持續發展；還可以擴大灌溉面積，增加植被覆蓋率，涵養地下水源，改善區域生態環境。