尚志市南金水庫土壩除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)實(shí)例

程旨輝，張祥敏

（1.黑龍江省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱 150080;2.泥河水庫管理處，黑龍江蘭西 151500）

1 工程概況

南金水庫位于黑龍江省尚志市南金村附近，螞蟻河支流大泥河無名溝上，行政上隸屬尚志市水利局直接管轄。

南金水庫于1958年始建，1987年續(xù)建輸水洞和土壩加高培厚，1998年對溢洪道和輸水洞進(jìn)行了維修。水庫原設(shè)計(jì)可灌溉水田面積600 hm2，現(xiàn)狀實(shí)際灌溉水田面積28 hm2，并對下游1個(gè)村屯、人口400人、100 hm2耕地以及哈綏公路起到一定的防洪保護(hù)作用。

南金水庫始建于1958年，運(yùn)行至今，水庫大壩存在比較嚴(yán)重病險(xiǎn)，主要包括壩體填筑質(zhì)量差，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和滲流穩(wěn)定不滿足要求;溢洪道和輸水洞存在結(jié)構(gòu)安全隱患;大壩運(yùn)行管理差，無安全監(jiān)測設(shè)施。

土壩壩基基本為土基。上部為低液限黏土，大部分地段黏性土厚度在3.5 m以上，最薄處厚度為3.0 m，抗滑穩(wěn)定性較好，無滲漏及滲透穩(wěn)定問題。其下為級配不良細(xì)礫，強(qiáng)透水性，該層內(nèi)未見軟弱夾層，抗滑穩(wěn)定性較好。

溢洪道地基為雙層結(jié)構(gòu)地基。上部有厚度≥1.80 m的微弱透水性低液限黏土，允許承載力建議值〔R〕=160 kPa，屬中等壓縮性土;凝聚力（C）平均值為23.5 kPa，內(nèi)摩擦角（φ）平均值為21.0°，抗滑穩(wěn)定性較好。其下為級配不良細(xì)礫，強(qiáng)透水性，該層內(nèi)未見軟弱夾層，抗滑穩(wěn)定性較好。

輸水洞地基可視為單一結(jié)構(gòu)地基。上部有厚度≥4.80 m的微弱透水性低液限黏土，屬中壓縮性土;凝聚力（C）平均值為23.5 kPa，內(nèi)摩擦角（φ）平均值為 21.0°，抗?jié)B透性能較好，抗滑穩(wěn)定性較好。其下為級配不良細(xì)礫，強(qiáng)透水性，該層內(nèi)未見軟弱夾層，抗滑穩(wěn)定性較好，一般不會(huì)產(chǎn)生不均勻沉陷。

2 土壩設(shè)計(jì)

壩頂寬度根據(jù)原有壩頂寬度以及按碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范第4.3.1的規(guī)定和考慮交通要求確定為4 m。

2.1 壩頂高程的確定

式中：y為壩頂超高;R為最大波浪在壩坡上的爬高;e為最大風(fēng)雍水面高度;A為安全加高，按土壩設(shè)計(jì)規(guī)范采用。壩頂高程計(jì)算成果見表1。

表1 壩頂高程計(jì)算成果 m

壩頂高程等于水庫靜水位與壩頂超高之和。設(shè)計(jì)情況下壩頂高程為103.07 m，校核情況下的壩頂高程為103.01 m，壩頂高程采用較大值，故壩頂計(jì)算高程應(yīng)為103.07 m。為保證安全壩頂高程采用103.1 0 m。

2.2 斷面擬定

土壩長度為794 m，壩頂高程為103.19～105.12 m，最大壩高7.88 m，壩頂寬度根據(jù)原有壩頂寬度以及按土壩設(shè)計(jì)規(guī)范和考慮交通要求確定為4 m。土壩上、下游坡均為單級坡，上游坡比 1∶2.5 ～1∶3.07，下游坡比1∶2.5，均不設(shè)馬道。

2.3 壩體穩(wěn)定分析

2.3.1 土壩滲流計(jì)算

壩體為均質(zhì)黏土，滲透系數(shù)為7.8×10-6cm/s，壩基為黏土，滲透系數(shù)為為1×10-7cm/s，經(jīng)計(jì)算正常蓄水位情況下壩體年滲透量為7.5萬m3。壩體滲流計(jì)算成果見表2。

表2 不同運(yùn)行情況壩體滲流計(jì)算成果

2.3.2 土壩穩(wěn)定分析計(jì)算

壩坡穩(wěn)定計(jì)算采用計(jì)及條間作用力的簡化畢肖普法。土料物理力學(xué)指標(biāo)見表3，土壩穩(wěn)定分析成果見表4。

表3 土料物理力學(xué)指標(biāo)

表4 土壩穩(wěn)定分析成果

壩坡穩(wěn)定安全系數(shù)，按《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL274-2001）規(guī)定，工程等級為四級時(shí)，壩坡抗滑穩(wěn)定的安全系數(shù)：正常運(yùn)用條件下≥1.25，非常運(yùn)用條件下≥1.15。南金水庫壩坡穩(wěn)定安全系數(shù)均符合規(guī)范要求。

3 溢洪道設(shè)計(jì)

溢洪道位于土壩左端，為無閘控制開敞式溢洪道，漿砌石結(jié)構(gòu)，實(shí)用堰，經(jīng)多年運(yùn)行溢洪道進(jìn)口已無鋪蓋，滲徑較短，消力池滲漏嚴(yán)重。

本次設(shè)計(jì)對原有溢洪道進(jìn)行維修加固處理，加固后為開敞式，WES實(shí)用堰，分3孔，每孔凈寬9 m，總凈寬27 m，中墩厚度為1.5 m。堰頂高程為100.80 m，堰后接消力池，消力池長度為10 m。溢洪道經(jīng)維修后過流能力、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定均能滿足規(guī)范要求。

4 輸水洞設(shè)計(jì)

輸水洞位于土壩右側(cè)，為壩下埋管，進(jìn)口底檻高程96.00 m，為鋼筋混凝土箱涵，斷面尺寸0.8 m（寬）×0.8 m（高），洞長28 m。

輸水洞年久失修，閘室傾斜;洞身混凝土經(jīng)多年運(yùn)行老化嚴(yán)重，強(qiáng)度降低;出口與土壩接觸處有漏水現(xiàn)象，下游無消能設(shè)施，沖刷嚴(yán)重。

輸水洞位于樁號0+224處。本次設(shè)計(jì)拆除重建，涵洞為一孔方涵，尺寸為1.5 m×1.8 m，涵洞長度為36 m，洞底高程94.50 m;消力池長度10 m，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

[1]黃河水利委員會(huì)勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院.SL274-2001碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：科學(xué)出版社，2002.

[2]水利部天津水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院.SL253-2000溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國水利水電出版社，2000.

[3]黑龍江省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院.尚志市南金水庫除險(xiǎn)加固工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告[R].哈爾濱：黑龍江省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，2011.