大塅水庫安全鑒定漿砌石重力壩結構復核分析

黃 濤

(江西省銅鼓縣大塅水庫服務中心，江西 宜春 336200)

1 工程概況

大塅水庫位于銅鼓縣城東北的大塅鎮太坪村，為修水上游支流山口水的第一梯級。壩址以上控制流域面積610.45 km3，總庫容1.18×104萬m3，是一座具有防洪、灌溉、供水、發電等綜合利用的大(2)型水庫。水庫樞紐建筑物主要由主壩、副壩、放空底孔、溢洪道、引水發電隧洞等建筑物組成。水庫地理位置重要，水庫下游有大塅鎮和山口鎮，人口約6.0萬人,灌溉面積0.27萬hm2，有銅修公路等重要設施。

主壩為漿砌石重力壩，壩頂高程215.20 m，防浪墻頂高程216.40 m(防浪墻高1.20 m)，壩頂寬8.00 m，最大壩高43.40 m，壩頂長357.00 m，從左至右分別為左岸非溢流壩段、溢流壩段、右岸非溢流壩段及右岸刺墻段，其中，左岸非溢流壩段長52.50 m，溢流壩段長81.00 m，右岸非溢流壩段長194.50 m，右岸刺墻段長29.00 m。溢流壩段由5 孔組成，單孔凈寬12 m，由露頂式弧形鋼閘門控制，溢流堰堰頂高程204 m，堰面采用WES 型曲線，采用底流消能。溢流堰后接一、二級消力池，一級消力池為矩形斷面，寬70.0 m，長50 m，底高程175.50 m，尾坎高5.30 m；二級消力池為深挖式消力池，池底高程為172.60 m，深4.0 m，長42 m，寬70～92 m。消力池兩側邊墻墻身為C15埋石混凝土，墻頂高程為188.00 m。

2 主壩漿砌石重力壩結構穩定復核

本次復核采用100年一遇洪水標準設計，1000年一遇洪水標準校核。消能設施采用50年一遇洪水標準設計。

2.1 主壩穩定及基底應力復核

(1)計算斷面。本次計算選取了非溢流壩段兩個典型斷面、溢流壩段一個典型斷面進行大壩穩定及基底應力計算，計算斷面如下：

斷面1：非溢流壩段，最大壩高(43.4 m)斷面，基底高程171.80 m，壩基巖體為微風化角巖；

斷面2：溢流壩段，最大壩高(43.4 m)斷面，基底高程171.80 m，壩基巖體為微風化角巖[1]；

斷面3：非溢流壩段，大壩高度為27.2 m，基底高程為188.00 m，壩基巖體為弱風化角巖。

(2)計算工況及參數。根據《砌石壩設計規范》(SL 25—2006)的規定，大塅水庫主壩抗滑穩定及基底應力計算考慮以下兩種工況：

基本組合(100年一遇設計洪水位)：自重+靜水壓力+揚壓力+浪壓力+泥沙壓力；

特殊組合(1000年一遇校核洪水位)：自重+靜水壓力+揚壓力+浪壓力+泥沙壓力[2]。

各計算工況上游庫水位及下游水位見表1。

主壩壩基巖石物理力學參數建議值詳見表2。

(3)計算結果。根據規范SL 25—2006中抗剪斷強度計算公式(5.3.2-1)計算抗滑穩定安全系數，根據材料力學偏心受壓公式。計算上、下游邊緣應力。

經復核，計算成果見表3。

表1 主壩抗滑穩定復核計算水位 m

表2 主壩壩基巖體物理力學參數建議值

表3 主壩抗滑穩定安全系數及基底應力計算成果

由表可知，在設計洪水位及校核洪水位運行工況下，主壩抗滑穩定安全系數計算值均大于規范允許值，基底應力最大值均小于地基允許承載力，且壩踵垂直應力未出現拉應力。綜合可知，大塅水庫主壩抗滑穩定及基底應力均滿足要求。

2.2 主壩溢流壩段泄流復核

主壩溢流孔采用WES 型實用堰，根據《混凝土重力壩設計規范》(SL 319—2018)的要求，其泄流能力計算公式(1)如下[3]：

Q=CmεσsB(2g)1/2H3/2

(1)

式中：Q為流量，m3/s；C為上游堰坡影響修正系數，上游堰面鉛直，取1.0；m為流量系數，可按表A.3.1為1 查得；ε為側收縮系數，取0.90；σs為淹沒系數，取1.0；B為溢流堰凈寬，m；H為計入行進流速水頭的堰上總水頭，m。

經計算，主壩溢流壩段泄流能力詳見表4。

表4 大塅水庫主壩溢流壩段水位流量關系

2.3 主壩溢流壩段消力池結構復核

2.3.1 消力池水力計算

根據《水利水電工程等級劃分及洪水標準》(SL 252—2017)，大塅水庫溢流壩消力池按50年一遇設計洪水復核，50年一遇洪水時水庫水位為211.63 m，溢流壩的下泄流量為2509.21 m3/s；消力池邊墻高度按1000年一遇校核洪水復核，1000年一遇洪水時水庫水位為214.42 m，溢流壩的下泄流量為4123.83 m3/s，根據《水力計算手冊》(第二版)，溢流壩底流式消力池收縮斷面水深hc及水躍共軛水深hc″的計算結果詳見表5，消力池長度與消能坎高度復核計算結果見表6。

表5 消力池水力學計算結果

表6 消力池長度與尾坎高度計算成果

現狀一級消力池池長50 m，尾坎高5.3 m，邊墻高17.0 m；二級消力池池長42 m，尾坎高4.0 m，邊墻高15.4 m。由此可知，消力池總長為92 m，大于計算值61.09 m，滿足設計要求；一級、二級消力池尾坎高度均小于計算值7.31 m，不滿足設計要求；一級消力池邊墻高度大于校核洪水位下躍后水深16.07 m，滿足設計要求。

2.3.2 消力池邊墻穩定計算

(1)計算斷面。消力池邊墻為重力式擋墻結構，本次復核計算選取了2 個典型斷面進行邊墻穩定復核計算，選取的斷面如下：

斷面1：消力坎處斷面，墻高16.5 m，墻頂寬1.2 m，墻后采用黏土回填[4]；

斷面2：消力池收縮水深處斷面，墻高12 m，墻頂寬1.2 m，墻后采用黏土回填。

(2)計算工況。工況1：消力池50年一遇設計洪水；工況2：消力池無水。

(3)計算結果。經復核，計算成果詳見表7。

表7 溢流壩段消力池邊墻抗滑穩定及基底應力計算成果

從表中結果可知主壩溢流壩段消力池邊墻抗滑及基底應力均滿足規范要求。

3 主壩結構安全復核結論

(1)主壩(漿砌石重力壩)壩體漿砌石塊石結構完整，無變形、坍塌現象，經復核，在各運行工況下，主壩抗滑穩定滿足規范要求，基底應力均小于地基允許承載力，且壩踵垂直應力未出現拉應力。

(2)主壩溢流壩及溢洪道結構完整，質量較好。經復核，溢流壩泄流能力滿足設計要求；溢流壩消力池長度滿足規范要求，但尾坎高度不滿足現行規范要求。

4 結 語

大塅水庫主壩漿砌石重力壩在各種運行工況下，抗滑穩定及基底應力復核計算結果均滿足規范要求；溢流壩段消力池邊墻抗滑定及基底應力復核計算亦均滿足規范要求；溢流壩段泄流能力、消力池長度均滿足規范要求；消力池尾坎高度不滿足規范要求，但不會對壩體結構安全造成大的影響，漿砌石重力壩壩體結構安全。