水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)研究
——以大沖庵為例

喻勇

（寧鄉(xiāng)市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，湖南 寧鄉(xiāng) 410600）

一、除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)

（一）工程任務(wù)和規(guī)模

大沖庵水庫(kù)位于寧鄉(xiāng)縣南部，屬湘江流域溈江一級(jí)支流烏江上游。大壩位于灰湯鎮(zhèn)新聯(lián)村，地理位置為東經(jīng)112°22′01″，北緯27°58′24″。壩址距灰湯集鎮(zhèn)5.2Km，距寧灰公路3km。水庫(kù)是一座以灌溉為主，兼有防洪、養(yǎng)魚等綜合利用的小（Ⅱ）型水庫(kù)。水庫(kù)控制集雨面積0.32km2，壩址以上干流長(zhǎng)度0.7km，干流平均坡降58‰，總庫(kù)容65.37 萬(wàn)m3，正常庫(kù)容為61.4 萬(wàn)m3，死庫(kù)容為0.29 萬(wàn)m3，為年調(diào)節(jié)水庫(kù)。設(shè)計(jì)灌溉農(nóng)田0.08 萬(wàn)畝，實(shí)際灌溉農(nóng)田0.08 萬(wàn)畝。

大沖庵水庫(kù)為無(wú)閘溢洪道的小型水庫(kù)，水庫(kù)洪水超過(guò)溢洪道堰頂時(shí)即自行泄流，水庫(kù)洪水調(diào)度管理方便，運(yùn)行可靠。

（二）水庫(kù)加固工程主要項(xiàng)目及內(nèi)容

本次設(shè)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)檢查情況和地勘報(bào)告內(nèi)容，大沖庵水庫(kù)大壩工程存在的險(xiǎn)情如下：

1.大壩

大壩填筑土料為粉土質(zhì)砂，施工夯壓不密實(shí)，壩體散浸嚴(yán)重。

2.溢洪道

溢洪道為人工開挖的土渠，其內(nèi)雜草叢生，淤塞較嚴(yán)重，已被新修公路全部封堵，人為破壞現(xiàn)象嚴(yán)重。無(wú)消能設(shè)施。

3.輸水涵洞

輸水臥管建于全風(fēng)化花崗巖體內(nèi)，地基不均勻沉陷破壞導(dǎo)致臥管局部開裂破壞，存在較嚴(yán)重的滲漏問(wèn)題；輸水涵洞位于壩體填筑土與全風(fēng)化花崗巖界面部位，正常蓄水位運(yùn)行時(shí)其滲漏量達(dá)Q=0.4L/s，運(yùn)行狀況較差。

針對(duì)以上險(xiǎn)情，結(jié)合本次水庫(kù)實(shí)地勘察、地勘資料以及水庫(kù)運(yùn)行的實(shí)際情況，本次初步設(shè)計(jì)確定的水庫(kù)除險(xiǎn)加固項(xiàng)目?jī)?nèi)容如下：

1.大壩：壩體旋挖回填；上游坡干砌塊石護(hù)坡加固；下游坡草皮護(hù)坡并做字；下游排水棱體整修。

2.溢洪道：對(duì)溢洪道進(jìn)行恢復(fù)、整修與加固，并新建消力池。

3.輸水涵洞：對(duì)現(xiàn)有輸水涵洞進(jìn)行廢除封堵，并新開輸水隧洞。

4.增設(shè)大壩水位觀測(cè)設(shè)施。

5.整修防汛公路200m。

二、設(shè)計(jì)依據(jù)

（一）工程等級(jí)及建筑物級(jí)別

大沖庵水庫(kù)總庫(kù)容65.37 萬(wàn)m3，根據(jù)《水利水電樞紐工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252-2000）確定該水庫(kù)為小（Ⅱ）型水庫(kù)，樞紐工程為Ⅴ等工程，其主要建筑物為5 級(jí)建筑物，次要建筑物為5 級(jí)建筑物。本次初步設(shè)計(jì)擬定設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為30 年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為300 年一遇。正常運(yùn)行情況下壩頂安全超高為0.5m，非常運(yùn)行情況下為0.3m，溢洪道消能防沖工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為10 年一遇。

（二）設(shè)計(jì)控制標(biāo)準(zhǔn)

壩坡穩(wěn)定最小安全系數(shù)控制標(biāo)準(zhǔn)：

根據(jù)《碾壓土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》第8.3.10 條的規(guī)定，采用瑞典圓弧法計(jì)算壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)最小值如表1 所示。

三、大壩除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)

（一）大壩除險(xiǎn)加固前大壩現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題

大沖庵水庫(kù)大壩為均質(zhì)土壩，控制流域面積為0.32km2，壩頂高程236.94m，最大壩高27.8m，壩頂軸線長(zhǎng)134m，壩頂寬4.0m，壩底寬131.1m。上游坡坡比1：2.4，無(wú)護(hù)坡；下游坡分為3 級(jí)，坡比從下到上依次為1：3.4、1：2.4、1：2.2，高程216.90m 處平臺(tái)寬4.5m，220.71m 處平臺(tái)寬3.6m，下游坡面為草皮護(hù)坡。

目前大壩存在的主要問(wèn)題有：壩體散浸嚴(yán)重；上游無(wú)護(hù)坡；下游壩腳排水棱體失效。本次大壩除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容為：對(duì)壩體進(jìn)行旋挖回填；上游坡干砌塊石護(hù)坡；下游坡草皮護(hù)坡并做字；壩腳排水設(shè)施改造。

（二）大壩除險(xiǎn)加固前滲流穩(wěn)定計(jì)算

滲流計(jì)算：

（1）參數(shù)指標(biāo)的確定

根據(jù)《小型水利水電工程碾壓式土石壩設(shè)計(jì)導(dǎo)則》（SL189-96）和《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL274-2001）中相關(guān)規(guī)定：滲流計(jì)算依照設(shè)計(jì)導(dǎo)則中的公式計(jì)算；在進(jìn)行滲流計(jì)算時(shí)，對(duì)某些較復(fù)雜的實(shí)際條件可作適當(dāng)簡(jiǎn)化。如：

①對(duì)滲透系數(shù)比較接近（如相差3～5 倍以內(nèi)）的相鄰薄土層可視為一層，采用加權(quán)平均滲透系數(shù)作為計(jì)算依據(jù)。

②雙層結(jié)構(gòu)地基，如下臥土層不厚，且其滲透系數(shù)比上覆土層的滲透系數(shù)小100 倍以上時(shí)，可將下臥土層視為不透水層。

本次計(jì)算軟件采用北京理正滲流分析程序，計(jì)算方法為滲流公式法進(jìn)行分析計(jì)算，再根據(jù)大壩多年運(yùn)行觀測(cè)的實(shí)際情況修正所求浸潤(rùn)線。

（2）滲流計(jì)算參數(shù)的確定

土壩形式：均質(zhì)土壩。壩基形式：不透水基礎(chǔ)。特征水位：正常蓄水位235.27m，死水位217.07m。

滲透系數(shù)：根據(jù)《大沖庵水庫(kù)壩體填筑土物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)表》中滲透系數(shù)參數(shù)：經(jīng)地質(zhì)勘探取樣，壩體填筑土滲透系數(shù)4.8×10-4cm/s，屬中等透水區(qū)；壩基強(qiáng)風(fēng)化花崗巖區(qū)q=13.6～15.6Lu，約為1.5×10-4cm/s，屬中等透水巖區(qū)。

計(jì)算工況：根據(jù)《小型水利水電工程碾壓式土石壩設(shè)計(jì)導(dǎo)則》（SL189-96）中相關(guān)規(guī)定，本次滲流計(jì)算按以下工況進(jìn)行：①上游正常蓄水位與下游相應(yīng)的最低水位。②庫(kù)水位從正常蓄水位降落到死水位，同時(shí)下游相應(yīng)最低水位時(shí)，上游壩坡穩(wěn)定滲流最不利的工況。

結(jié)論：壩體加固后，由于壩體旋挖回填防滲等措施，使得壩體浸潤(rùn)線降低，通過(guò)穩(wěn)定計(jì)算水庫(kù)上、下游壩坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)，正常蓄水位時(shí)Kmin=1.352，水庫(kù)水位下降時(shí)Kmin=1.209，均大于壩體加固前穩(wěn)定安全系數(shù)且滿足規(guī)范要求，所以大壩加固后上下游壩坡是穩(wěn)定的。