油榨塘水庫大壩滲流安全評價研究

朱林鋒

(湖南湘恒工程檢測有限公司，湖南 長沙 410017)

0 前 言

油榨塘水庫屬湘江水系，位于湖南省株洲市天元區雷打石鎮新林村境內，在灣塘港支流的上游，地點叫油榨塘。其距雷打石鎮15 km。油榨塘水庫流域面積0.28 km2，河道干流長度0.637 km，干流平均坡降26%。大壩防洪標準為：設計洪水10年一遇，校核洪水50年一遇。經本次復核，水庫正常蓄水位81.30 m，相應庫容20.6萬m3，死水位74.5 m，死庫容0.2萬m3，設計洪水位81.57 m，相應庫容23.42萬m3，校核洪水位81.69 m，總庫容24.9萬m3。

水庫樞紐工程由大壩、溢洪道及輸水涵洞等建筑物組成。大壩壩型為均質壩，壩頂高程83.20 m，最大壩高11.10 m，壩頂軸長46 m，壩頂寬5 m。溢洪道位于大壩左岸，為正槽開敞式，過水斷面為矩形，底寬1.1 m，深1.6 m，長58.6 m，設計底板高程81.30 m。輸水涵洞長50m，斷面為原漿砌石矩形箱涵(凈高800 mm，寬400 mm)內襯DN280mm的PE管，進水口高程為74.50 m。

1 滲流安全評價內容

庫樞紐工程由大壩、溢洪道及輸水涵洞等建筑物組成。大壩壩型為均質壩，壩頂高程83.20 m，最大壩高11.10 m，壩頂軸長46 m，壩頂寬5 m。按《水利水電工程等級劃分及洪水標準》(SL 252—2017)第5.1.2條，其洪水標準按山丘區標準確定。根據《防洪標準》(GB 50201—2014)，確定等別為Ⅴ等工程，主要建筑物級別為5級，設計洪水標準為20年一遇，校核洪水標準為200年一遇，消能防沖標準為10年一遇。大壩主要存在大壩防洪標準偏低、大壩壩體、壩基滲漏、無排水棱體、輸水涵破損、老化、滲漏嚴重、取水臥管損壞、滲漏嚴重、溢洪道破損、底板開裂、隆起、無消能設施、防汛公路不暢等問題[1-5]。壩基根據巖土的巖性及風化情況，構造綱要見圖1。

滲流安全評價采用現場檢查法與計算分析法相結合的方法。現場檢查法包括現場觀察及現場鉆孔檢查、檢測等，有關的現場檢查及評價詳見“工程質量評價”和“大壩運行管理評價”部分[6-8]。計算分析法就是采用模擬各種巖土介質的滲透特性和各種入滲、排水邊界條件，計算壩體及壩基各種水位的滲流場，并且可根據現狀水位實測滲流場，預測未來高水位的大壩滲流場，通過滲流場中的滲流比降與允許滲透比降的比較來評價大壩滲流安全評價[9-10]。本文主要通過現場檢查及結構分析法對大壩防滲體及輸水涵洞進行滲流安全評價，運用計算分析法對大壩在穩定滲流和非穩定滲流運行情況下進行滲流安全評價。

圖1 構造綱要圖

2 穩定滲流計算

2.1 荷載組合

根據《碾壓式土石壩設計規范》(SL 274—2001)第8.1.2條規定以及大壩的實際情況，滲流計算應考慮下列水位組合：①上游正常蓄水位與下游相應的最低水位；②上游設計洪水位與下游相應的水位；③上游校核洪水位與下游相應的水位；④庫水位降落時上游壩坡穩定最不利的情況；⑤上游1/3壩高水位與下游相應的水位。

2.2 上、下游水位的確定

本次滲流分析計算，水庫特征水位按油榨塘水庫洪水標準復核成果進行計算，正常蓄水位81.30 m，設計洪水位為81.57 m，校核洪水位81.69 m，1/3壩高水位75.80 m，下游無水。

2.3 大壩滲流計算內容及結果

1)上游正常蓄水位81.30 m，下游無水，通過計算程序得出壩體滲流結果為：壩體逸出點最大滲透坡降，0.20；允許滲透坡降J允許，0.30；滲流量，0.151 m3/d·m。

2)上游設計洪水位81.57 m，下游無水，壩體滲流結果為：壩體逸出點最大滲透坡降，0.22；允許滲透坡降J允許，0.30；滲流量，0.185 m3/d·m。

3)上游校核洪水位81.69 m，下游無水，壩體滲流結果為：壩體逸出點最大滲透坡降，0.23；允許滲透坡降J允許，0.30；滲流量，0.194 m3/d·m。

4)上游三分之一壩高水位75.80 m，下游無水，壩體滲流結果見為：壩體逸出點最大滲透坡降，0.15；允許滲透坡降J允許，0.30；滲流量，0.119 m3/d·m。

3 非穩定滲流計算

3.1 庫水位最快可能降落曲線的確定

非穩定滲流計算考慮庫水位最快可能降落這種最不利組合，即假設計算時段內無降雨，閘門全開，涵洞及涵洞以設計最大流量快速往下游宣泄，得出油榨塘水庫最快可能庫水位降落曲線。據此分成兩個時段進行非穩定滲流計算，各時段庫水位及其相應間隔時間見表1。

表1 大壩非穩定滲流計算時段及水位

3.2 大壩非穩定滲流計算

假定庫水從校核洪水位(81.69 m)以最快速度降落，本文列出庫水位降落到81.30和死水位74.50 m水位時的計算結果表2。

表2 大壩計算斷面非穩定滲流計算結果

1)大壩滲流安全評價。通過地質勘察報告推薦值得知，大壩允許滲透坡降[J]=0.30。經過理正滲流軟件計算分析各個工況下水庫大壩逸出點最大坡降都小于大壩允許滲透坡降，不存在發生滲透破壞的可能；而且各個工況下水庫大壩下游壩坡浸潤線出逸點都在貼坡排水頂高程76.10 m之下，滿足要求。

2)輸水設施滲流安全評價。輸水涵洞長50 m，斷面為原漿砌石矩形箱涵(凈高800 mm，寬400 mm)內襯DN280 mm的PE管，進水口高程為74.50 m。2012年對大壩進行除險加固過程中，輸水涵采用DN280 mmPE100級硬塑管襯套，泵送C20混凝土填充的辦法進行加固，臥管翻新重建，滲漏問題已解決，經過多年運行，未出現新滲漏問題。現場檢查未發現涵洞異常滲漏現象，抗滲能力基本能滿足規范要求。

3)泄水設施滲流安全評價。溢洪道位于大壩左岸，為開敞正槽式寬頂堰，過水斷面為矩形，底寬1.1 m，深1.6 m，長58.6 m，堰頂高程81.3 m。由短型泄洪槽組成，消力池完好。

根據《溢洪道設計規范》(SL 253—2018)相關規定，溢洪道滲流安全基本滿足要求。

4 結 論

1)通過大壩上一次除險加固，對壩體上游采用黏土斜墻和防滲槽的組合方案解決大壩滲漏問題。 根據鉆孔資料的數據，壩基巖石透水率多為弱透水層，巖石透水率小于10Lu。這說明壩基防滲處理效果較好，抗滲能力滿足規范要求。

2)通過地質勘察報告推薦值得知，大壩允許滲透坡降[J]=0.30。經理正滲流軟件計算分析各個工況下水庫大壩逸出點最大坡降都小于大壩允許滲透坡降，不存在發生滲透破壞的可能；而且各個工況下水庫大壩下游壩坡浸潤線出逸點都在貼坡排水頂高程76.10 m之下，滿足要求。

3)現場檢查未發現涵洞異常滲漏現象，抗滲能力基本能滿足規范要求。

4)現場檢查未發現溢洪道異常滲漏現象，抗滲能力基本能滿足規范要求。

綜上所述，參照《水庫大壩安全評價導則》(SL 258—2017)的規定，油榨塘水庫的滲流性態安全性分級評定為A。

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