大同縣魚兒澗水庫除險加固方案探析

賀瑜（大同縣水務局山西大同037300）

大同縣魚兒澗水庫除險加固方案探析

賀瑜
（大同縣水務局山西大同037300）

本文根據(jù)大同縣魚兒澗水庫運行狀況，針對水庫病、險情等問題，對水庫進行了除險加固設計，徹底消除其安全隱患，確保水庫正常運行，使其發(fā)揮應有的經(jīng)濟效益和社會效益。

水庫除險加固；建設方案；探析

1　工程概況

大同縣魚兒澗水庫位于山西省大同縣瓜園鄉(xiāng)魚兒澗村西，所在河流為海河流域桑干河一級支流東紫峰溝，控制流域面積為45km2，流域平均坡度11‰，多年平均降雨量為394mm。水庫修建于1989年，設計總庫容32萬m3。大壩為碾壓均質(zhì)土壩，壩高7m，壩頂寬8m，壩長87m。近年來年均蓄水庫容12萬m3，年均灌溉面積0.2萬畝，是一座以灌溉為主兼有水產(chǎn)養(yǎng)殖的?。?）型水庫，工程等級為Ⅴ級，水工建筑物級別為5級。水庫壩高7m，上下游水頭差小于10m，根據(jù)《防洪標準》，按平原、海濱區(qū)水利水電工程永久性水工建筑物的洪水標準為：重現(xiàn)期為10年一遇；校核標準重現(xiàn)期為20年一遇。經(jīng)調(diào)洪演算，魚兒澗水庫20年一遇校核洪水，總庫容26萬m3。

2　存在問題

2.1大壩存在問題

大壩為碾壓均質(zhì)土壩，壩高7m，壩頂寬8m，壩長87m。其主要問題在于：

（1）壩體填土巖性主要為低液限粉土，局部為低液限粉質(zhì)粘土或粘土，壩體結構松散，組成物質(zhì)較雜亂，均質(zhì)性差。原壩體施工時未經(jīng)碾壓或碾壓不實，壩體存在滲透變形和接觸帶滲漏問題。水庫壩基滲透比降不滿足規(guī)范要求，加之壩后未做排水，對下游邊坡穩(wěn)定不利。

（2）上游壩坡無護坡，下游壩腳無排水設施，壩后有滲漏；壩頂不規(guī)則，無防浪墻，壩肩水蝕沖刷嚴重；無泄洪設施，放水臥管破損嚴重，泄洪能力不足；水庫無任何大壩安全觀測設施。

2.2庫區(qū)存在的問題

從庫區(qū)的地形、地貌方面來看，河流兩岸岸坡較緩，庫區(qū)低于低洼谷地，為周邊地表和地下水的排泄區(qū)；從巖性條件看，庫底基本由上更新統(tǒng)湖積低液限粉質(zhì)粘土構成，可視為庫底隔水層，但在壩中部壩體與壩基接觸帶存在1m厚的粗沙透鏡體，故庫區(qū)整體上存在接觸滲漏的可能。

3　水庫除險加固方案

針對水庫病、險情，為徹底消除其安全隱患，確保水庫正常運行，根據(jù)大壩安全鑒定評價結論及建議，根據(jù)省水利廳頒發(fā)的《山西省?。?）型病險水庫除險加固工程初步設計指導意見（試行）》以及對水庫樞紐各部分在防洪和結構、滲流安全分析的基礎上，擬定水庫除險加固方案為：大壩壩體壩基防滲處理；新建溢洪道；放水臥管維修；上游壩坡增設干砌石護坡；下游增設排水排滲設施；增設壩頂防浪墻，鋪設混凝土路面。

4　水庫除險加固設計

4.1壩頂高程設計

本水庫大壩為均質(zhì)土壩，根據(jù)《碾壓式土石壩設計規(guī)范》（SL274-2001）的規(guī)定計算。水利水電工程永久性擋水建筑物頂部高程應按設計情況和校核情況時的靜水位加相應的波浪爬高，風雍增高和安全加高。根據(jù)《碾壓式土石壩設計規(guī)范》（SL274-2001）5.3.3條規(guī)定，大壩壩頂高程應分別按以下運用情況計算取其最大值：

（1）設計洪水位加正常運用情況的壩頂超高；

（2）正常蓄水位加正常運用情況的壩頂超高；

（3）校核洪水位加非常運用情況的壩頂超高；

（4）正常蓄水位加非常運用情況的壩頂超高，再加地震安全超高。

地震安全加高根據(jù)《水工建筑物抗震設計規(guī)范》（SL203-97）5.2.3條的規(guī)定應取1.0m。

經(jīng)計算魚兒澗水庫現(xiàn)狀壩頂高程953.0m，本次設計擬增設壩頂防浪墻1.0m，防浪墻頂高程954.0m。

4.2大壩滲流及壩坡穩(wěn)定分析

4.2.1滲流計算

對壩體進行滲流計算，出逸點高度0.58m，滲透比降0.52＜允許值0.54，單位寬度流量q=0.012m3/（d·m），經(jīng)計算，下游壩坡滲流穩(wěn)定。

4.2.2壩坡穩(wěn)定計算

（1）穩(wěn)定計算工作條件。依據(jù)水庫工程等別，大壩為主要建筑物，按五級建筑物復核。大壩穩(wěn)定計算選取本次實測大壩剖面為代表，進行抗滑穩(wěn)定計算。根據(jù)《水庫大壩安全評價導則》SL258-2000、《碾壓式土石壩設計規(guī)范》（SL274-2001），并結合水庫實際運行情況，本次穩(wěn)定復核只對水庫正常運行情況和非常運行情況進行分析計算，其中本地震烈度為Ⅶ度，相應水平間的設計地震加速度代表值為0.15g。

（2）穩(wěn)定計算方法。魚兒澗水庫大壩為均質(zhì)碾壓土壩，本次壩體穩(wěn)定計算由北京理正軟件公司設計的邊坡穩(wěn)定分析計算軟件來分析計算，計算方法為圓弧法中的瑞典圓弧法，用有限元來進行分析計算，計算公式為穩(wěn)定滲流期有效應力法公式。

（3）穩(wěn)定計算參數(shù)的確定。本次大壩穩(wěn)定復核計算采用參數(shù)取自勘探試驗成果，壩體最大斷面位于壩軸線中部，采用鉆孔資料，填土料以粉土為主，土層厚度8m、比重2.7、飽和度55.7、天然孔隙比0.695%、飽和容重20.0kN/m3、凝聚力18.5kPa、內(nèi)摩擦角22.4°。壩基為粉質(zhì)粘土，土層厚度12m、比重2.73、飽和度85、天然孔隙比0.918%、飽和容重19.02kN/m3、凝聚力20.3kPa、內(nèi)摩擦角24.9°。

4.2.3壩坡穩(wěn)定計算結果

通過土石壩邊坡穩(wěn)定計算可得各種工況下的大壩上、下游壩坡穩(wěn)定安全系數(shù)，上游壩坡在正常運行期（蓄水位949.0m）的安全系數(shù)為1.83，在正常運行期+Ⅶ級地震（蓄水位949.0m）的安全系數(shù)為1.68。下游壩坡在正常運行期（蓄水位949.0m）的安全系數(shù)為1.74，在正常運行期級（蓄水位949.0m）的安全系數(shù)為1.57。大壩圓弧滑裂面上游壩坡在正常運行期（蓄水位949.0m）的圓心坐標9.48m，13.28m、半徑16.94m，在正常運行期+Ⅶ地震（蓄水位949.0m）的圓心坐標9.12m，13.56m、半徑18.20m，下游壩坡在正常運行期（蓄水位949.0m）的圓心坐標8.24m，13.48m、半徑17.54m，在正常運行期+Ⅶ地震（蓄水位949.0m）的圓心坐標8.04m，13.68m、半徑18.64m。

4.2.4壩坡計算成果分析

本次計算主要以大壩最大剖面來進行分析計算，由軟件計算結果分析，在庫水位達到溢洪道底高程水位949.0m，壩內(nèi)浸潤線均在下游貼坡排水體內(nèi)出逸，故壩內(nèi)滲流穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求。同時從壩坡穩(wěn)定計算結果來看，上下游壩坡在正常運行情況、特殊運行情況下抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求，因此大壩是穩(wěn)定的。

5　大壩具體加固措施

針對大壩存在的主要問題，經(jīng)過分析，確定大壩除險加固工程項目如下：

5.1大壩上游護坡處理

大壩上游原無護坡保護，本次設計針對大壩上游壩坡增設護坡，護砌范圍為946.5m至壩頂（953.0m）。按坡比1：3.0鋪設30cm厚卵礫混合料反濾層后砌筑30cm厚干砌塊石護坡。采用此種護坡手段相對堅固，而且外形美觀。如果遇到較大的風浪或者壩坡出現(xiàn)一定的沉降時，能夠很好地適應形變的發(fā)生，同時也具有良好的抗凍性能以及耐久性能。

5.2大壩下游坡處理

壩下游坡采用C15混凝土菱形網(wǎng)格，網(wǎng)格內(nèi)種植草皮。采用此種護坡手段，可以有效的降低施工強度，縮短施工周期，同時也能保證護坡具有良好的整體結構，而且又具有一定的生態(tài)效益與經(jīng)濟效益。

5.3壩頂結構處理

壩頂上游側增設防浪墻，長87m，防浪墻采用M7.5漿砌石砌筑，高1.0m，寬度為0.5m，基礎埋設深度為1.2m，頂部采用現(xiàn)澆C15混凝土壓頂，厚10cm，兩側出沿5cm，防浪墻面M10水泥砂漿抹面2cm厚，每隔8m設1道伸縮縫。壩頂寬度8m，壩頂高程953.0m，壩長97m，鋪設20cm后混凝土路面。加設防浪墻結構有效的降低了壩體自身的高度，同時又能發(fā)揮阻洪、阻水等作用。

5.4壩后排水處理

下游左右壩肩設混凝土U型渠橫向排水溝（30m×40cm）各一道，壩頂下游側設縱向排水溝。壩坡下部新建帖坡排水長75m，設計頂寬1.8m，頂高程948.0m。排水體上層為40cm厚干砌石，下層為30cm卵礫混合料墊層。對壩后進行排水處理，可避免壩體浸潤線過高，使大壩的運行更加安全。

5.5放水臥管改造處理

放水臥管位于大壩左側，進口設施已嚴重損壞，嚴重影響了水庫的蓄水能力。

拆除已損壞建筑物，新建臥管及消力池采用現(xiàn)澆C25鋼筋混凝土，臥管共分6階，人行臺階4階，每階高差0.5m，最低臺階進口底高程948.0m，放水孔孔徑0.35m，坡比為1：3.0；消力池池長3.0m，池深2.0m。

5.6溢洪道工程

水庫溢洪道位于大壩右岸，為敞開式溢洪道，由進口段、控制段、泄槽段及出口消能段組成，總長66m，最大泄量Q=43m3/s。

進口段八字墻長12m，開口寬由8m漸縮為6m，墻高4.0m為漿砌石結構，背水面1：0.4，基礎為1.2m深的M7.5漿砌石結構，進口高程為949.0m，底板為0.8m厚漿砌石。

控制段采用6m跨、8m寬，4.0m高公路橋設計，邊墻為M10漿砌石擋墻，墻高4.0m，背水面1：0.5，基礎為1.5m厚M10漿砌石，下方鋪筑0.1m厚C10現(xiàn)澆混凝土墊層，底板采用M7.5漿砌石，高程949.0m。

采用此方案不僅有效確保了大壩的水流順暢，同時施工便捷、工期短，并能有效的避免洪道的滲漏問題出現(xiàn)。

6　結語

通過對大同縣魚兒澗水庫加固方案的分析與設計，得出了該方法的技術可行性以及經(jīng)濟適用性，不僅為大同縣魚兒澗水庫的加固提供了可靠的方案，同時也給此類問題的處理給予了一定的參考依據(jù)。陜西水利

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（責任編輯：唐紅云）

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