夏店水庫(kù)大壩除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)簡(jiǎn)述

梁桂萍

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030024）

1 工程概況

夏店水庫(kù)位于襄垣縣夏店鎮(zhèn)馬喊村，距襄垣縣城20km，屬海河流域濁漳西源馬喊河。壩址以上控制流域面積13.42km2，總?cè)輲?kù)191萬(wàn)m3，是一座以防洪、灌溉為主，兼顧養(yǎng)殖的?。ㄒ唬┬退畮?kù)。大壩為均質(zhì)土壩，最大壩高14m，壩頂長(zhǎng)325m，壩頂寬13.8m，壩頂高程911.0m，無(wú)防浪墻，壩頂設(shè)有底寬2.5m、深2.0m的混凝土襯砌矩形灌溉渠道。大壩上游壩坡為干砌石護(hù)坡，壩坡 1∶2.75；下游壩坡無(wú)防護(hù)，壩坡 1∶2。壩體坐落在全新統(tǒng)洪沖積低液限粉土層上。

2 大壩加固必要性分析

通過(guò)大壩安全鑒定，水庫(kù)現(xiàn)狀實(shí)際抗洪能力不能滿足規(guī)范要求的100年一遇校核洪水標(biāo)準(zhǔn)。水庫(kù)一旦失事，將影響下游2個(gè)村莊、太焦鐵路、太長(zhǎng)高速、208國(guó)道、0.3萬(wàn)余人、0.047萬(wàn)hm2耕地的防洪安全。另外，水庫(kù)除險(xiǎn)加固后可以進(jìn)行正常的興利調(diào)度，恢復(fù)其設(shè)計(jì)功能，產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益。因此對(duì)水庫(kù)進(jìn)行除險(xiǎn)加固是必要的。

3 大壩加固設(shè)計(jì)

3.1 壩頂超高復(fù)核

夏店水庫(kù)屬平原區(qū)的4級(jí)土石壩，波浪爬高非常運(yùn)用情況下的計(jì)算風(fēng)速采用與大壩垂直的多年平均年最大風(fēng)速，即10.0m/s，正常運(yùn)用情況下的計(jì)算風(fēng)速采用與大壩垂直的多年平均年最大風(fēng)速的1.5倍計(jì)算，即15.0m/s。設(shè)計(jì)波浪爬高值采用累計(jì)頻率為5%的爬高值，設(shè)計(jì)安全加高值取0.5m，校核安全加高值為0.3m。

夏店水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水位高于正常蓄水位，故正常運(yùn)用工況采用設(shè)計(jì)洪水位作為計(jì)算靜水位，該工程抗震烈度Ⅵ度，本計(jì)算中不考慮地震工況。此次設(shè)計(jì)根據(jù)水文調(diào)洪及壩頂超高復(fù)核計(jì)算結(jié)果，結(jié)合壩頂路面改造，設(shè)計(jì)壩頂高程910.80m，不需設(shè)防浪墻。

3.2 大壩加固設(shè)計(jì)

根據(jù)工程現(xiàn)狀及大壩安全鑒定結(jié)論，確定大壩加固設(shè)計(jì)的工程內(nèi)容包括：大壩壩頂鋪設(shè)瀝青公路；大壩上游壩坡面部分整修，高程906.20m以上部分的干砌石護(hù)坡翻修；大壩下游壩坡面整修，鋪設(shè)草皮護(hù)坡；大壩下游壩坡腳設(shè)貼坡護(hù)腳。

3.2.1 壩頂結(jié)構(gòu)

壩頂現(xiàn)狀無(wú)防浪墻，路面為砂石路面，凹凸不平，損壞嚴(yán)重。壩頂中間的縱向漿砌石矩形灌溉渠道表面采用素混凝土襯砌。

原設(shè)計(jì)壩頂高程911.00m，現(xiàn)狀壩頂高程910.03m。本次設(shè)計(jì)壩頂高程910.80m，不需設(shè)防浪墻。壩頂寬13.8m，其中上下游側(cè)路面寬均為5.65m。壩頂路面改造成瀝青混凝土路面，路面橫坡比降2%，坡向下游側(cè)。壩頂上下游側(cè)均設(shè)漿砌石擋墻防護(hù)，并在下游側(cè)擋墻的下游壩坡頂設(shè)30cm×30cm的縱向混凝土排水溝，混凝土厚150mm，并與下游壩坡橫向排水溝相通。

3.2.2 大壩上游壩坡

目前，大壩上游壩坡的干砌石護(hù)坡?lián)p毀嚴(yán)重，根據(jù)損毀程度和部位，擬對(duì)其高程906.20m以上部分的干砌石護(hù)坡及其下部的反濾層進(jìn)行翻修處理。

3.2.3 大壩下游壩坡

目前，大壩下游壩坡為1∶2.0，無(wú)防護(hù)，雜草灌木叢生。本次設(shè)計(jì)擬對(duì)下游壩坡面整修，整修后壩坡為1∶2.0。為防止雨水漫流沖刷下游坡面，設(shè)草皮護(hù)坡，厚度10cm。在下游壩坡上每隔50m設(shè)一道橫向排水溝，共4道；下游壩坡904.85m高程處設(shè)一道縱向排水溝，排水溝采用漿砌石結(jié)構(gòu)，壁厚300mm，凈斷面300mm×300mm。下游壩坡坡腳處設(shè)干砌石貼坡護(hù)腳及一道縱向漿砌石截水溝，與左、右岸坡截水溝匯集，截水溝斷面型式為梯形，底寬300mm，深400mm，兩邊坡為1∶1，雨水匯流后排入下游河道。

為了大壩巡查及交通方便，在大壩下游壩坡樁號(hào)0+083的橫向排水溝處設(shè)漿砌石人行臺(tái)階，寬1.0m。

3.3 大壩加固后的滲流及滲透穩(wěn)定計(jì)算分析

根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》及工程實(shí)際情況，滲流計(jì)算應(yīng)包括以下工況：上游正常蓄水位907.50m與下游相應(yīng)的最低水位；上游設(shè)計(jì)洪水位909.18m與下游相應(yīng)的水位。

滲流計(jì)算采用北京理正軟件開(kāi)發(fā)公司編制的《滲流計(jì)算分析軟件》，計(jì)算方法采用有限元法。

計(jì)算斷面選擇具有代表性的兩個(gè)斷面：主河槽處的最大壩高斷面（樁號(hào)0+108.60，有截水槽）；左壩段斷面（樁號(hào)0+070.00，無(wú)截水槽）。

壩體滲透系數(shù)根據(jù)本階段地質(zhì)工程試驗(yàn)成果確定，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 大壩滲流穩(wěn)定計(jì)算成果表

據(jù)表1可知：由于大壩部分壩段設(shè)截水槽，部分不設(shè)截水槽，假定水庫(kù)全年均為正常蓄水位907.50m，大壩年滲流量為16.95萬(wàn)m3。正常蓄水位時(shí)，壩體土和壩基卵石混合土的出逸滲透比降均小于允許滲透比降，滲流形態(tài)是安全的。設(shè)計(jì)洪水位909.18m時(shí)，壩體土的出逸滲透比降小于允許滲透比降，滲流形態(tài)安全；壩基卵石混合土的出逸滲透比降局部大于允許滲透比降，滲流形態(tài)不安全。

本次設(shè)計(jì)因投資規(guī)模限制，未對(duì)大壩采取上游防滲和下游排水措施，計(jì)算結(jié)果與大壩安全鑒定結(jié)論相同，分析合理。

3.4 大壩加固后的壩坡穩(wěn)定計(jì)算分析

根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》及工程實(shí)際情況，壩坡穩(wěn)定計(jì)算應(yīng)包括以下工況：正常蓄水位907.50m時(shí)的下游壩坡穩(wěn)定；設(shè)計(jì)洪水位909.18m時(shí)的下游壩坡穩(wěn)定；庫(kù)水位在壩前淤積高程901.73m時(shí)的上游壩坡穩(wěn)定。

大壩壩坡穩(wěn)定計(jì)算采用北京理正軟件開(kāi)發(fā)公司編制的《穩(wěn)定計(jì)算分析軟件》，計(jì)算方法為計(jì)及條塊間作用力的簡(jiǎn)化畢肖普法。

計(jì)算斷面選擇具有代表性的兩個(gè)斷面：主河槽處的最大壩高斷面（樁號(hào)0+108.60，有截水槽）；左壩段斷面（樁號(hào)0+070.00，無(wú)截水槽）。

夏店水庫(kù)大壩為4級(jí)建筑物，依據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》，正常運(yùn)用條件下壩坡穩(wěn)定安全系數(shù)最小為1.25。壩坡穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 大壩壩坡穩(wěn)定計(jì)算成果表

根據(jù)表2可知，大壩在各計(jì)算工況下的壩坡穩(wěn)定最小安全系數(shù)均大于壩坡穩(wěn)定允許最小安全系數(shù)，即壩坡穩(wěn)定。

結(jié)合大壩50多年的運(yùn)行情況，壩體垂直與水平變形已趨于穩(wěn)定，計(jì)算結(jié)果是合理的。

4 結(jié)語(yǔ)

工程建成后，夏店水庫(kù)防洪能力明顯提高，抗洪能力滿足20年一遇設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)，100年一遇校核洪水標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)可增加農(nóng)業(yè)供水，具有顯著的防洪、灌溉效益。