大溪水懷德水庫擴建要點分析

陳國榮

（東莞市南畬塱排站管理處,廣東 東莞 523325）

1 引言

水庫工程擴建改造工程已經在較多的水利工程中得到了推廣使用,取得了較為成功的應用經驗。目前,老爐下水庫[1]、塘巴水庫[2]、瀟水涔天河水庫[3]、梅子箐水庫[4]等均已進行改擴建工程建設,取得了良好的經濟、生態效益。

現狀大溪水水庫、懷德水庫位于廣東省東莞市西部虎門鎮大嶺山森林公園內,懷德水庫位于大溪水水庫庫區上游,兩庫為“子母庫”。現狀大溪水水庫集雨面積約8.5 km2（含懷德水庫）,興利庫容335.0 萬m3,懷德水庫集水面積約6.1 km2,興利庫容171.0 萬m3,兩水庫現狀總調蓄庫容506 萬m3。根據復核分析,現狀水庫的庫容無法滿足調蓄、應急供水、灌溉等需求,需進行擴建改造工程建設。

擴建大溪水懷德水庫工程是將現狀大溪水水庫、懷德水庫之間的大壩拆除,并在大溪水水庫大壩處新建大壩,將兩庫合二為一,提高正常蓄水位,增加水庫調蓄庫容。水庫擴建后提升正常蓄水位至88.0m,相應調蓄庫容約3568 萬m3。

2 工程概況

大溪水庫地處陂河流域上游大溪水（大溪水庫壩下游稱陂河,上大溪水庫壩下游稱陂河,上大溪水庫壩下游稱陂河,上大溪水庫壩下游稱陂河）,距下游的橫崗水庫壩址約8 km,距離虎門鎮城區約18 km,附近的大溪高鐵擴建后的大溪水懷德水庫的工程量任務以調蓄、應急供水為主,兼顧灌溉及下游防洪任務。大溪水懷德水庫擴建工程項目包含兩個部分：一是大溪水懷德水庫擴建工程,二是沙溪分水口至五點梅水庫群連通管工程。大溪水水庫興建于1973 年,集雨面積約8.5 km2,水庫總庫容589.5 萬m3,興利庫容335.0 萬m3,屬小（1）型水庫,水庫設計洪水標準為100 年一遇,校核洪水標準為1000 年一遇。懷德水庫興建于1950 年,集水面積約6.1 km2,水庫總庫容284.0 萬m3,興利庫容171.0 萬m3,屬小（1）型水庫,設計洪水標準為50 年一遇,校核洪水標準為1000 年一遇。

3 壩體結構設計

3.1 壩頂構造

大壩為粘土心墻土石壩。壩頂路面高程為93.0 m,最大壩高為55 m,大壩壩頂長度為488 m；壩頂寬度按照中壩的要求,并考慮雙車道通車需要,取壩頂寬度為8 m,壩頂采用250 mm 厚混凝土路面,路面雙向排水。

3.2 上下游壩坡

大壩迎水坡坡比為1∶3.0,迎水坡護坡采用C25 砼護坡,護坡厚度250 mm,迎水坡壩腳采用永臨結合土石圍堰固腳；背水坡坡比為1∶2.5,并在每隔15 m 高程處設置2 m 寬的馬道,背水坡由壩頂至排水棱體平臺均采用草皮護坡。迎水坡壩腳采用永臨結合土石圍堰固腳[5-6]。

3.3 壩體材料分區

大壩上游筑壩料為全強風化料；中間為粘土心墻,粘土心墻以壩軸線為中心對稱布置,心墻頂寬4.0 m,上下游坡度均為1∶0.2；大壩下游上部筑壩料為全強風化料、下部為排水棱體。上游壩體全強風化料與粘土心墻之間設置反濾層,厚1500 mm；下游壩體上部全強風化料與粘土心墻之間設置反濾層（厚1500 mm）和排水層（厚3000 mm）；下游壩體全強風化料底層設置粗砂碎石墊層（厚1000 mm）和排水墊層（厚3000 mm）。

3.4 壩體防滲、排水

壩體防滲采用粘土心墻。為有效降低壩體浸潤線和孔隙水壓力,改變滲流方向,防止滲流出逸處產生滲透變形破壞,在大壩下游設置排水層以及在壩腳處設置排水棱體。排水棱體后接壩腳排水溝,將壩體、壩基滲水排入下游。棱體頂高程為53.0 m,高12 m,頂寬2 m,內坡1∶1.5,外坡1:2.0。

3.5 壩基防滲

大壩壩基防滲采用砼防滲墻及帷幕灌漿相結合的方式。防滲墻厚600 mm,墻底深入弱風化層以下1.0 m；在防滲墻底部進行帷幕灌漿,帷幕灌漿深入5 Lu 線以下5.0 m。

4 壩體滲透穩定及抗滑穩定分析

計算采用的主壩各土層及筑壩材料的物理力學指標見表1。根據大壩壩型設計情況,本次計算選取主壩樁號0+175 斷面（最大壩高處）進行計算。

表1 主、副壩各土層及筑壩材料計算參數

根據規范規定,并參照相關規范要求,滲流計算考慮水庫運行中出現的各種不利情況,結合水庫工程實際情況,計算以下四種水位組合：

① 上游正常蓄水位88.00 m；

② 上游設計洪水位89.86 m；

③ 上游校核洪水位90.43 m；

④ 從正常蓄水位88.00 水位驟降至死水位55.00 m。

壩基為強風化巖,灌漿處理后視壩基為相對不透水層,壩體排水為棱體與褥墊結合的綜合式排水。

壩坡出逸段及下游壩基表面最大出逸比降、壩體及壩基滲流量計算結果見表2 及圖1、圖2。

圖1 正常蓄水位等勢線圖

圖2 驟降工況等勢線圖(由正常蓄水位驟降至死水位)

表2 主壩各工況滲流計算結果

根據表2 的計算結果,下游壩坡出逸段最大比降均小于壩體填筑材料的允許滲透比降0.5～0.6,因此,壩體滲透穩定滿足要求。

5 壩體穩定計算

5.1 計算方法及計算工況

大壩壩坡穩定分析采用。計算方法采用瑞典條分法,不考慮土條間的相互作用力。對于各種計算工況,均采用簡化畢肖普法計算。

正常運用條件：

② 正常蓄水位88.0 m；

② 設計洪水位89.86 m；

④ 從正常蓄水位88.0 m 驟降至死水位55.0 m。

非常運用條件Ⅰ：

⑤ 校核洪水位90.43 m；

⑥ 施工期上、下游壩坡穩定；

⑦ 從校核洪水位90.43 m 水位驟降至死水位55.0 m。

非常運用條件Ⅱ：

⑧ 正常蓄水位88.0 m 遇地震；

⑨ 設計洪水位89.86 m 遇地震；

⑩ 從正常蓄水位88.0 m 驟降至死水位55.0 m 遇地震。

5.2 穩定計算結果與分析

各工況壩坡抗滑穩定安全系數計算結果見表3,計算結果圖見圖3、圖4。

圖3 正常蓄水位工況壩坡穩定滑弧圖(有效應力法)

圖4 正常蓄水位遇地震工況壩坡穩定滑弧圖(有效應力法)

表3 壩坡穩定計算成果表

根據以上計算結果,主壩壩體的抗滑穩定均滿足要求。

6 結論

大溪水懷德水庫擴建工程是珠江三角洲水資源配置工程的重要組成部分,對整個工程效益的發揮具有非常重要的作用。為了提升大溪水懷德水庫的效益,對水庫大壩進行改造擴建。大壩為粘土心墻土石壩,改造后壩頂路面高程為93.0 m,最大壩高為55 m,大壩壩頂長度為488 m,同步采取相關防滲加固措施。采用有限元數值分析方法對大壩滲流和壩坡穩定性情況進行分析,計算結果表明,處理后的大壩穩定性較高,可滿足相關規范要求。壩基為強風化巖,建議在擴建施工過程中加強施工質量控制,做好壩基的灌漿處理,提高擴建改造工程的綜合效益。