八道溝水庫(kù)除險(xiǎn)加固的穩(wěn)定分析

宋景剛

(朝陽(yáng)市閻王鼻子水庫(kù)工程建設(shè)管理局，遼寧朝陽(yáng)122000)

八道溝水庫(kù)除險(xiǎn)加固的穩(wěn)定分析

宋景剛

(朝陽(yáng)市閻王鼻子水庫(kù)工程建設(shè)管理局，遼寧朝陽(yáng)122000)

為了提高水庫(kù)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，保證水庫(kù)的整體穩(wěn)定，進(jìn)行八道溝水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)，使防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到50 a一遇，500 a一遇校核標(biāo)準(zhǔn);對(duì)原有溢洪道進(jìn)行改造，使溢洪道整體穩(wěn)定和泄流能力達(dá)到防洪要求。大壩的穩(wěn)定是水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)的前提，通過(guò)對(duì)主壩、副壩和溢洪道的穩(wěn)定計(jì)算，為水庫(kù)的除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)提供科學(xué)技術(shù)依據(jù)。

水庫(kù);溢洪道;除險(xiǎn)加固;穩(wěn)定計(jì)算;計(jì)算依據(jù)

八道溝水庫(kù)位于凌源市西南部青龍河上游。始建于1958年2月，控制灌溉面積133.33hm2，是一座防洪、灌溉、養(yǎng)魚(yú)等綜合利用的小(Ⅰ)型水庫(kù)。主要建筑物有:黏土心墻土壩;正槽式溢洪道，分級(jí)臥管式輸水洞，設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)30 a一遇，因有庫(kù)容淤積和主要建筑物病險(xiǎn)，水庫(kù)存在安全隱患［1］。為保證水庫(kù)的整體穩(wěn)定，進(jìn)行八道溝水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)，使防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到50 a一遇，500 a一遇校核標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)就溢洪道的整體穩(wěn)定分析如下。

1 大壩穩(wěn)定分析

1.1 主壩

1)采用漿砌石防浪墻接高黏土心墻，漿砌石墻內(nèi)側(cè)打10cm厚C15混凝土墻，漿砌石防浪墻頂高程為349.2 m。

2)大壩壩面工程:迎水坡干砌石護(hù)坡部分拆除和重新砌筑，臺(tái)階和排水溝拆除重建。

1.2 副壩

1)新建(溢洪道左側(cè))左副壩，為均質(zhì)土壩，最大壩高4.98 m，壩頂寬3 m，壩頂長(zhǎng)60 m。

2)擴(kuò)建右副壩:加高2.48 m，壩頂長(zhǎng)100 m。

1.3 溢洪道

1)拆除混凝土翻板閘21延米，拆除混凝土薄壁堰49延米。

2)新建 8孔平板鋼閘門(mén)，閘門(mén)凈寬5 m，高2.7 m。

3)鋼閘門(mén)及埋件制安34 t，啟閉機(jī)購(gòu)安8套，規(guī)格為:雙吊點(diǎn)，啟門(mén)力5×2 t，手電兩用螺桿式。

4)新建閘門(mén)啟閉工作橋75延米，寬2.8 m，為鋼筋混凝土梁式橋。

5)溢洪道底板襯砌41延米，2 501 m2。

2 大壩穩(wěn)定計(jì)算依據(jù)

2.1 大壩填筑材料

大壩上游為次黏土、壤土、砂礫料，塊石護(hù)坡。下游壩坡為次黏土、壤土、砂礫料。壩后為墊式排水［2］。

2.2 設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇

八道溝水庫(kù)為1958年修建，屬于邊規(guī)劃、邊設(shè)計(jì)、邊施工的“三邊”工程，未有任何試驗(yàn)資料，因此，本次除險(xiǎn)加固對(duì)八道溝水庫(kù)的壩體填筑料進(jìn)行取樣試驗(yàn)，其試驗(yàn)參數(shù)詳見(jiàn)表1。

2.3 地震荷載

根據(jù)國(guó)家地震動(dòng)峰值加速度分布圖，八道溝水庫(kù)地震動(dòng)峰值加速度＜0.05，地震烈度為6度，不設(shè)防。

3 滲流計(jì)算

八道溝水庫(kù)正常高水位342.6 m。土壩截水墻修筑到不透水層;壩后設(shè)排水棱體，下游無(wú)水、水庫(kù)壩頂寬 b=3.0 m，上游邊坡系數(shù) m=2.0、3.0、3.5，下游邊坡系數(shù)m1=2.0、2.5，(校核洪水位為348.3 m)壩底高程為339.1 m，原壩底高程為324.50 m，壩前淤積層厚14.6 m，校核水位至防浪墻頂高t=0.9 m，壩基土壤與壩殼土壤的滲透系數(shù)相等，均為K=8.64 m/d。黏土心墻滲透系數(shù) K3=0.005 m/d，心墻分兩部分:第一部分為斜墻，墻高為5 m，寬為4.0 m;第二部分為直墻部分，墻高17.2 m，頂寬3.0 m，底寬7.0 m。

表1 八道溝水庫(kù)大壩穩(wěn)定計(jì)算的設(shè)計(jì)參數(shù)

3.1 繪制浸潤(rùn)曲線(xiàn)

根據(jù)省內(nèi)水庫(kù)的運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)，汛期發(fā)生最高洪水位的歷時(shí)很短，一般土壩內(nèi)不易形成計(jì)算的浸潤(rùn)線(xiàn)，所以在設(shè)計(jì)中只須驗(yàn)算上游正常高水位時(shí)的滲流情況即可［3］。

水庫(kù)處于正常高水位342.6 m時(shí)，H=18.1 m

計(jì)算心墻的平均厚度:

心墻平均厚度的下游邊線(xiàn)到排水棱體內(nèi)坡腳的距離

計(jì)算心墻后浸潤(rùn)線(xiàn)的縱坐標(biāo)

按下式繪制浸潤(rùn)線(xiàn)

式中:h為心墻的下游水深;L為浸潤(rùn)線(xiàn)鋒面距迎水坡角距離。

其各點(diǎn)坐標(biāo)見(jiàn)表2。

表2 浸潤(rùn)線(xiàn)坐標(biāo)表

根據(jù)表2計(jì)算結(jié)果，繪制壩體侵潤(rùn)線(xiàn)如圖1。

圖1 壩體侵潤(rùn)線(xiàn)圖

3.2 壩體單寬滲流量計(jì)算

由壩體單寬滲流量計(jì)算公式:

從計(jì)算得出數(shù)值可知，壩體單寬滲流量是很小的，既符合我省西部干旱地區(qū)的特點(diǎn)，又比較可靠。

4 斜墻保護(hù)層的穩(wěn)定分析

此土壩為Ⅳ級(jí)建筑物，設(shè)計(jì)情況時(shí)的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)［fs］=1.20，校核情況時(shí)的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)［fs］=1.05，壩高23.7 m，正常高水位時(shí)，上游水深為3.5 m，下游無(wú)水，上下游壩坡坡度分別為1∶3和1∶2.5，壩頂寬4 m，下游壩腳設(shè)棱體排水，筑壩土料為砂礫，土料的設(shè)計(jì)指標(biāo)為，粗砂及砂礫料內(nèi)摩擦角 φ 為 30°，C)=0°，γ干=1.80 t/m3，比重 △=2.50 t/m3。

式中:ε為孔隙比;γ為容重，t/m3。

壩基亦為砂礫土，其計(jì)算指標(biāo)與壩體相同。壤土 γ干=1.7 t/m3，濕容重1.997 t/m3，浮容重1.07 t/m3，內(nèi)摩擦角 φ =20°，黏聚力 C=1.0t/m2。

4.1 確定危險(xiǎn)水位

自B點(diǎn)作垂線(xiàn)與壩坡交于 A，A點(diǎn)高程為336.2 m，即為危險(xiǎn)水位。

4.2 求 θ3角

4.3 計(jì)算 G1、G2、G3、G4重量(取1 m壩長(zhǎng))

土塊NFDE的重量:

土塊NFFN的重量:

土塊ABC1的重量:

土塊ABm的重量:

保護(hù)層的最小安全系數(shù)按下式計(jì)算:

5 斜墻連同壤土保護(hù)層一起滑動(dòng)的穩(wěn)定分析

5.1 計(jì)算依據(jù)

1)采用列表法計(jì)算，說(shuō)明:θ3=9.8°，在保護(hù)層穩(wěn)定中已求出。

2)水面以下的容重按浮容重計(jì)，水面以上的容重按濕容重計(jì)。

3)壤土與斜墻接觸的內(nèi)摩擦角φ1=18°。

4)壩體與斜墻接觸面的黏結(jié)力C1，采用壤土C2值的一半，即 C1=1/2，C2=0.5 t/m2。

5)保護(hù)層黏結(jié)力C=0

5.2 計(jì)算結(jié)果

當(dāng)θ=27°時(shí)，安全系數(shù)最小，K=1.37，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 壤土連同保護(hù)層穩(wěn)定計(jì)算表(土塊ABC1)

6 總結(jié)

由于水壓力的作用，上游水要通過(guò)壩提滲透到下游，對(duì)壩的穩(wěn)定產(chǎn)生一定的影響。通過(guò)滲流計(jì)算和單寬滲流量的計(jì)算可以加強(qiáng)對(duì)壩坡穩(wěn)定的控制。大壩的穩(wěn)定分析是八道溝水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程的主要項(xiàng)目之一。

本文主要通過(guò)對(duì)主壩、副壩及溢洪道的理論分析和穩(wěn)定分析計(jì)算，為水庫(kù)的除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)提供科學(xué)可靠的依據(jù)。

［1］趙家成，王從鋒，姜利漢.中、小型病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固的研究［J］.三峽大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2005，27(02):119-122.

［2］水利部大壩安全管理中心.SL258-2000水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則［S］.北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2000.

［3］張紹芳.堰閘水利設(shè)計(jì)［M］.北京:水利電力出版社，1987:22-24.

TV621

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1007-7596(2014)06-0085-03

2013-12-15

宋景剛(1968-)，男，遼寧朝陽(yáng)人，高級(jí)工程師。