三楂塢水庫(kù)大壩除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)及穩(wěn)定性研究

徐伊琳 馬立

（杭州水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司，浙江 杭州 311200）

1 工程概況

三楂塢水庫(kù)是一座以灌溉為主，兼有防洪、養(yǎng)魚(yú)等綜合利用的小（1）型水庫(kù)。水庫(kù)位于建德市大同鎮(zhèn)，壩址以上主流長(zhǎng)1.22 km，集雨面積1.72 km2，原設(shè)計(jì)總庫(kù)容為191.26 萬(wàn)m3，正常庫(kù)容152萬(wàn)m3。樞紐主要建筑物由攔河壩（含主壩和副壩）、溢洪道、輸水建筑物等組成。攔河壩分為主壩和副壩，其中主壩壩型為類(lèi)均質(zhì)壩，壩頂高程133.10～133.61 m，壩頂寬度2.50～3.60 m，碎石路面，壩頂長(zhǎng)度為160 m。

2 工程地質(zhì)條件

三楂塢水庫(kù)位于千里崗山北東余脈的水爬尖山西北坡，天然庫(kù)盆由海拔150～200 m 的殘丘構(gòu)成，平面形態(tài)不規(guī)則，為一山間湖泊型水庫(kù)。庫(kù)壩區(qū)出露地層較單一，主要為白堊系下統(tǒng)勞村組泥巖、粉砂巖和第四系松散堆積物。場(chǎng)地地質(zhì)構(gòu)造較發(fā)育，巖體較破碎，NE向、NW向裂隙較發(fā)育。

現(xiàn)場(chǎng)鉆探揭示，壩體填筑土主要為含礫粉質(zhì)粘土，礫（角礫、碎石）含量10%～30%，可塑～硬塑；大壩清基處理尚好，無(wú)淤泥、粉細(xì)砂等軟弱層存在，巖層緩傾上游，未見(jiàn)大斷層通過(guò)。

3 壩體主要工程問(wèn)題及除險(xiǎn)加固

3.1 主要工程問(wèn)題

三楂塢水庫(kù)運(yùn)行40 多年來(lái)已經(jīng)歷多次洪水的考驗(yàn)，在灌溉、防洪等方面發(fā)揮了較大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。但水庫(kù)建造年代較早，受當(dāng)時(shí)條件限制，各種問(wèn)題越來(lái)越明顯。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查，大壩右岸壩腳存在滲漏點(diǎn)，防滲體系存在嚴(yán)重缺陷；大壩上下游無(wú)護(hù)坡，下游壩面雜草叢生，上游壩面沖刷嚴(yán)重；溢洪道側(cè)墻老化嚴(yán)重，局部坍塌，泄槽底板未做襯砌，雜草叢生；輸水涵管啟閉機(jī)室混凝土老化嚴(yán)重；啟閉設(shè)備及閘門(mén)磨損、銹蝕嚴(yán)重，拉桿基座嚴(yán)重老化；大壩管理設(shè)施不配套，無(wú)管理房和必要的安全監(jiān)測(cè)設(shè)施。另外，經(jīng)復(fù)核計(jì)算壩頂高程不滿(mǎn)足防洪標(biāo)準(zhǔn)要求，壩體背坡抗滑穩(wěn)定不符合規(guī)范要求。

總體上，目前水庫(kù)大壩存在的主要問(wèn)題包括：壩頂高程不滿(mǎn)足規(guī)范要求，大壩下游壩腳靠右岸側(cè)存在集中滲漏問(wèn)題，大壩下游壩坡局部穩(wěn)定安全系數(shù)不滿(mǎn)足規(guī)范要求，無(wú)必要的大壩監(jiān)測(cè)設(shè)施等。這些問(wèn)題不但嚴(yán)重影響了水庫(kù)綜合效益的正常發(fā)揮，而且還會(huì)對(duì)下游人民的生命財(cái)產(chǎn)安全造成威脅。

3.2 除險(xiǎn)加固措施

針對(duì)大壩存在的壩坡穩(wěn)定問(wèn)題，需綜合整治上下游壩坡，平整下游壩坡坡比為1:2，并在高程125.40 m增設(shè)2 m寬?cǎi)R道；平整上游壩坡坡比為1:2.25，下部采用干砌石坡腳，邊坡1:2。具體措施包括：主壩壩頂寬5 m，壩頂采用植草磚，上游側(cè)設(shè)路燈，間距50 m，下游側(cè)建0.30 m×0.30 m排水溝，大壩經(jīng)除險(xiǎn)加固后，主壩頂長(zhǎng)度159.75 m，壩頂高程為133.70 m。副壩壩頂寬4 m，壩頂采用瀝青混凝土，大壩經(jīng)除險(xiǎn)加固后，副壩頂長(zhǎng)度47.56 m，壩頂高程為133.70 m。主壩下游壩坡設(shè)兩條馬道，高程分別為125.40 m 與117.20 m，上游壩坡混凝土預(yù)制塊護(hù)坡，下游壩坡草皮護(hù)坡，主壩在左側(cè)山坡新建上壩道路，副壩在壩坡設(shè)上壩道路，直通壩頂。

針對(duì)大壩存在的滲漏安全問(wèn)題，結(jié)合大壩壩型特點(diǎn)，壩基采用帷幕灌漿進(jìn)行防滲處理，徹底解決可能存在的壩體滲漏、壩基和繞壩滲漏等問(wèn)題。具體方案為：沖抓回填粘土形成防滲心墻，回填土經(jīng)壓實(shí)后滲透系數(shù)減小，在夯實(shí)的同時(shí)，也同步加固壩體。之后在套井中心線布置1排灌漿孔進(jìn)行固結(jié)灌漿，孔徑6 cm、孔距1.50 m，需深入相對(duì)不透水層線（q≤5 Lu）以下5 m。

4 壩體滲流及抗滑穩(wěn)定復(fù)核

4.1 壩體滲流穩(wěn)定分析

采用平面有限元滲流計(jì)算程序開(kāi)展土壩滲透穩(wěn)定計(jì)算。壩坡采用設(shè)計(jì)斷面，上游壩坡為1∶2.25，下游壩坡為1∶2。

計(jì)算工況：工況1，穩(wěn)定滲流期，上游正常蓄水位▽130.60 m，下游▽105.17 m；工況2，非穩(wěn)定滲流期（水位驟降期），庫(kù)內(nèi)水位由校核洪水位▽132.59 m降至正常蓄水位▽130.60 m，對(duì)應(yīng)下游▽105.17 m；工況3，非穩(wěn)定滲流期（水位驟降期），庫(kù)內(nèi)水位由正常蓄水位▽130.60 m降至死水位▽108.07 m，對(duì)應(yīng)下游▽105.17 m；工況4，平均水位計(jì)算滲流量，上游水位▽122.55 m，對(duì)應(yīng)下游▽105.17 m。

滲流計(jì)算成果見(jiàn)表1，典型工況1的浸潤(rùn)線分布見(jiàn)圖1。在各計(jì)算工況下，下游邊坡滲流逸出最大坡降均小于土體最大允許坡降，可滿(mǎn)足滲透穩(wěn)定要求。

圖1 工況1浸潤(rùn)線分布特征圖

表1 大壩滲流計(jì)算成果表

另外，水庫(kù)多年平均年徑流量約為137 萬(wàn)m3。經(jīng)計(jì)算，大壩年滲漏總量為1.47 萬(wàn)m3，約為多年平均年徑流量的1.07%，大壩的滲漏量在合理范圍內(nèi)，說(shuō)明當(dāng)前防滲方案是有效的。

4.2 壩體抗滑穩(wěn)定分析

大壩主要建筑物級(jí)別為4 級(jí)，為類(lèi)均質(zhì)壩，可采用瑞典圓弧法計(jì)算。穩(wěn)定分析斷面與滲流計(jì)算斷面一致，土層物理力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 大壩各分區(qū)土體的物理力學(xué)指標(biāo)表

大壩邊坡穩(wěn)定分析的計(jì)算工況如下：工況1，穩(wěn)定滲流期，上游正常蓄水位▽130.60 m，下游▽105.17 m，計(jì)算下游壩坡；工況2，非穩(wěn)定滲流期（水位驟降期），庫(kù)內(nèi)水位由校核洪水位▽132.59 m降至正常蓄水位▽130.60 m，對(duì)應(yīng)下游▽105.17 m，計(jì)算上游壩坡；工況3，非穩(wěn)定滲流期（水位驟降期），庫(kù)內(nèi)水位由平均水位▽122.55 m 降至死水位▽108.07 m，對(duì)應(yīng)下游▽105.17 m，計(jì)算上游壩坡；工況4，施工期庫(kù)內(nèi)外均無(wú)水，計(jì)算上游壩坡；工況5，施工期庫(kù)內(nèi)外均無(wú)水，計(jì)算下游壩坡。

穩(wěn)定計(jì)算成果見(jiàn)表3，典型工況1 的最危險(xiǎn)滑弧斷面見(jiàn)圖2。計(jì)算表明在加固處理后，水庫(kù)大壩各工況下的穩(wěn)定性均滿(mǎn)足規(guī)范要求。

表3 壩坡穩(wěn)定分析成果表

圖2 工況1最危險(xiǎn)滑裂面形態(tài)圖

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)開(kāi)展系統(tǒng)性的除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)及處理后，該水庫(kù)大壩滲流及結(jié)構(gòu)安全計(jì)算均可滿(mǎn)足規(guī)范規(guī)程要求，進(jìn)而保證了整個(gè)小型水利設(shè)施的安全運(yùn)行及功能高效發(fā)揮。相關(guān)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)對(duì)同類(lèi)工程也具有一定的借鑒和參考價(jià)值。