來安縣屯倉水庫大壩工程的設計探討

周 軍

（安徽榮景工程設計咨詢有限公司,安徽 合肥 230041）

1 工程總體布置

屯倉水庫壩址位于來安縣屯倉集石固山腳下,距來安縣城17 km。水庫控制流域面積187 km2,現狀興利水位53.20 m（吳淞高程系,下同）,設計洪水位55.60 m,校核洪水位56.87 m,現狀興利庫容4850 萬m3,總庫容1.05 億m3。屯倉水庫歷史上是一座以灌溉為主、按中型水庫管理的大（2）型水庫,隨著社會經濟的快速發展,逐漸轉向為以農業灌溉為主,兼有工業供水、城市供水和生態環境補水等功能的綜合利用水庫,水庫最大灌溉面積達20 余萬畝,設計灌溉面積16.5 萬畝,灌區占來安縣耕地面積約四分之一。

水庫樞紐工程由大壩、第一溢洪道、第二溢洪道以及東、西灌溉涵洞組成。大壩為均質心墻土壩,壩頂全長1120 m,壩頂高程59.0 m,最大壩高25.0 m；第一溢洪道位于大壩右岸,采用五孔泄洪閘控制,下游為彎道泄槽,末端采用挑流消能后再接兩級消力池；第二溢洪道位于大壩以西的山凹內,距大壩500 m,保留上部交通橋,拆除原有自潰堰堰體；東涵、西涵在原址加高啟閉機房高度,東涵背水側延伸。

來安縣屯倉水庫抬高蓄水位工程可行性研究報告中擬定的大壩加高方案是在原壩壩址背水坡填筑加高,壩軸向略向下游偏移,設計壩頂高59.00 m,壩頂寬5 m,壩頂設防浪墻、交通道路,防浪墻頂高程60.20 m,拆除壩頂至原12%水泥土墻頂高程56.40 m 處,新建12%水泥土+土工膜與新建壩頂防浪墻連接,與原防滲墻形成整體。上游壩坡維持1∶2.5,下游53.00 m 高程設2 m 寬馬道,馬道以上背水坡1∶2.5,馬道以下背水坡1∶3。壩頂結構及防滲細部結構見圖1。

圖1 壩頂結構及防滲細部結構

2 大壩加高設計

2.1 壩頂高程復核

按照《碾壓式土石壩設計規范》（SL 274-2020）規定,永久性擋水建筑物的頂部高程應按工程設計工況和校核工況時的靜水位加相應的頂部超高。壩頂在水庫靜水位以上的超高按下式確定：

式中：y 為壩頂超高,m；R 為最大波浪在壩上的爬高,m；e為最大風壅水面高度,m；A 為安全加高,2 級建筑物設計工況和校核工況分別為1.0 m 和0.5 m。

依據《碾壓式土石壩設計規范》：

設計條件：

校核條件：

（6）壩頂超高y 值

正常運用條件下壩頂超高：y=1.366+0.003+1.0=2.369 m,取2.37 m；

非常運用條件下壩頂超高：y=0.831+0.001+0.5=1.332 m,取1.34 m。

（7）壩頂高程

根據《碾壓式土石壩設計規范》第5.3.3 條規定,壩頂高程分別按以下運用工況計算,取其最大值。

①設計洪水位加正常運用工況的壩頂超高：57.25+2.37=59.62 m。

②正常蓄水位加正常運用工況的壩頂超高：55.5+2.37=57.87 m。

③校核洪水位加非常運用工況的壩頂超高：58.05+1.34=59.39 m。

④正常蓄水位遭遇地震時的壩頂超高：55.5+1.34+1.0=57.84 m。

取以上條件的最大值,壩頂高程為59.62 m。

屯倉水庫壩頂高程由設計洪水位加正常運用工況的壩頂超高控制,要求最小壩頂高程為59.62 m。水庫現有壩頂高程為57.70 m,防浪墻頂高程58.90 m?，F有壩頂高程不滿足規范要求,本次擬加高壩頂到59.00 m,壩頂設防浪墻,防浪墻頂高程60.20 m。屯倉水庫壩頂超高計算成果見表1。

表1 屯倉水庫壩頂超高計算成果表

2.2 壩頂設計

壩頂設計擬將現狀壩頂拆除,采取加培土方的方法加高壩頂。將壩頂拆除至54.7 m,上游坡按1∶2.5 的坡比上延至59.00 m,壩頂寬度5.0 m,新建防浪墻采用鋼筋砼懸臂式結構,墻頂高程60.20 m,墻體每15 m 分縫,縫間設橡皮止水。

2.3 壩頂道路

大壩現狀壩頂道路為混凝土路面,故壩頂改造后,壩頂仍采用混凝土路面。新建混凝土路施工在防滲墻完工后進行,首先將壩頂修整至59.00 m 高程,再鋪設200 mm 的水泥穩定級配碎石基層,其上設250 mm 厚C25 素混凝土,路面設置向下游3%的橫坡,以利排水。

壩頂增設照明設施,在防浪墻頂上每隔50 m 設置一根照明燈桿及燈具,線路采用暗管鋪設在防浪墻內。

3 大壩加高防滲設計

屯倉水庫大壩為心墻土壩,壩身土料以粉質粘土和重粉質壤土為主,考慮到壩身及壩基防滲均存在薄弱環節,防滲能力不滿足要求,在2008 年加固時壩體防滲加固結合壩基防滲進行,降低了壩體浸潤線,提高大壩穩定性。由于壩頂高程不滿足規范防滲要求,現需抬高壩頂至設計高程,需對大壩進行防滲處理。

3.1 防滲方案

原大壩采用混凝土防滲墻與多頭小直徑深層攪拌墻組合方式進行防滲加固,本次對采用12%水泥土+土工膜連接原12%水泥土墻或新建混凝土防滲墻連接原混凝土防滲墻兩種防滲方案進行方案比選。原壩體采用混凝土防滲墻與多頭小直徑深層攪拌墻組合方式進行,自原壩頂軸線上游側1.1 m 處布置防滲墻,防滲墻頂部高程為54.70 m?；炷翉姸鹊燃塁20,抗滲等級W4,墻底高程為42.0 m。兩側岸坡段采用多頭小直徑防滲墻,墻底觸及基巖即可?；炷练罎B墻最大深度為27.7m,平均深度為20.8 m,混凝土防滲墻面積為14578 m2；多頭小直徑防滲墻平均深度為7.15 m,防滲墻面積為2838 m2。

（1）方案一：12%水泥土+土工膜連接原12%水泥土墻

方案布置：拆除壩頂至原12%水泥土墻頂高程56.40 m處,新建12%水泥土+土工膜與新建壩頂防浪墻連接,與原12%水泥土墻形成整體,新建12%水泥土+土工膜墻沿壩軸線總長度1022 m。

（2）方案二：新建混凝土防滲墻連接原混凝土防滲墻

方案布置：拆除壩頂至原混凝土防滲墻頂高程54.5 m 處,新建混凝土防滲墻與新建壩頂防浪墻連接,與原防滲墻形成整體。

3.2 方案比選

以上兩種方案在技術上都是可行的,均能夠達到控制壩體和壩基滲流,降低壩體浸潤線的目的,兩種方案技術經濟分析比較如下。

方案一：優點是與原有防滲體系保持一致,碾壓壩體施工方便；缺點是拆除壩頂后新、老的水泥土銜接部位防滲處理較為困難,新增壩體的碾壓密實度要求較高。

方案二：優點是可以利用原有部分防滲體系,減少工程的投資；缺點是拆除壩頂后新、老混凝土防滲墻之間的銜接處理難度較大。

上述兩種加固處理方案在技術上均可滿足壩體防滲要求。方案一對新增的壩體碾壓要求比較高,碾壓達不到密實度要求以及新老水泥土的連接不緊密就會造成防滲系統的不連續,從而影響防滲效果；方案二新增的壩體碾壓要求比較高,碾壓達不到密實度要求以及新老混凝土防滲墻的連接不緊密就會造成防滲系統的不連續,從而影響防滲效果,且需要拆除壩頂較方案一多,拆除原水泥土防滲墻可能造成原防滲體系的擾動等。因此,防滲加固設計推薦采用方案一,即12%水泥土+土工膜連接原防滲墻方案。

4 結語

屯倉水庫大壩擴建抬高后會進一步增強水庫的調蓄能力,能有效增加水庫的興利庫容,產生巨大的經濟效益、社會效益和環境效益,進而推動當地經濟發展和社會進步。屯倉水庫通過大壩擴建和相關配套工程建筑物建設,有利于保障來安縣城市供水安全、改善區域農業灌溉條件和生態環境；有利于促進區域社會經濟發展,推動來安縣汊河新城的城市化進程。