老駙馬水庫大壩加固設(shè)計方案對比

李玉姝

(朝陽市閻王鼻子水庫工程建設(shè)管理局,遼寧 朝陽 122100)

老駙馬水庫大壩加固設(shè)計方案對比

李玉姝

(朝陽市閻王鼻子水庫工程建設(shè)管理局,遼寧 朝陽 122100)

摘要：老駙馬水庫經(jīng)安全鑒定為三類壩，需進(jìn)行除險加固。本文分析了水庫大壩存在問題、現(xiàn)狀工程情況，重點(diǎn)介紹了大壩加固設(shè)計方案及其合理性，通過對加固前后的對比，可以看出水庫大壩經(jīng)加固后，在防洪標(biāo)準(zhǔn)、工程安全方面均滿足設(shè)計要求，加固設(shè)計方案合理，并能達(dá)到水庫大壩的加固修復(fù)效果，為發(fā)揮水庫的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益起到了積極作用。

關(guān)鍵詞：大壩；加固設(shè)計；復(fù)核計算；穩(wěn)定；壩頂高程

1工程概況

老駙馬水庫位于興城市紅崖子鎮(zhèn)老駙馬村上游，屬興城河支流，流域面積1.12 km2，壩址以上河道長1.72 km，河道平均比降37.6‰。水庫始建于1976年4月，1977年12月竣工。水庫是以灌溉、防洪、養(yǎng)殖為一體的小(Ⅱ)型水庫，工程等別為Ⅴ等。

工程按10 a一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，20 a一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)校核。水庫樞紐工程由大壩、輸水洞、溢洪道組成。水庫設(shè)計洪水位57.24 m，相應(yīng)庫容為39.8萬m3；正常蓄水位56.4 m，相應(yīng)庫容為33.3萬m3，校核洪水位57.51 m，相應(yīng)庫容為42.2萬m3。水庫運(yùn)行至今已近40 a，期間曾有幾次不同程度的修繕，但修復(fù)工作多是從水庫設(shè)施及表損現(xiàn)狀進(jìn)行，水庫潛在的病害及壩體滲漏并未得到科學(xué)評估及徹底施治。由于當(dāng)初受條件限制，建壩時設(shè)備落后，工藝落后，缺少可依據(jù)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，加之資金投入不足，致使大壩在建設(shè)初期就存在諸多質(zhì)量問題和安全隱患。為確保下游人民群眾的生命財產(chǎn)安全，保證下游公路、鐵路的正常運(yùn)行，發(fā)揮水庫的最大效益,2014年12月，興城市水務(wù)局組織專家組對老駙馬水庫進(jìn)行了安全鑒定，鑒定老駙馬水庫為三類壩，需進(jìn)行除險加固。

實(shí)測大壩迎水坡為1∶2.6～1∶3.0，背水坡為二級坡，坡比自上而下依次為1∶2.6～1∶3.1，1∶1.81～1∶1.88。實(shí)測大壩壩頂凈寬4.4～5.0 m，壩頂高程59.5～59.8 m，防浪墻頂高程60.6 m，壩長215 m。

2大壩存在的問題

(1)迎水坡護(hù)坡塊石風(fēng)化嚴(yán)重，局部產(chǎn)生沉降，凹凸不平，應(yīng)重新更換塊石。

(2)背水坡坡比不滿足穩(wěn)定要求，需要填筑培厚，無上壩臺階，沒設(shè)排水溝，且壩腳無排水體。

(3)水庫大壩無監(jiān)測設(shè)施，水庫目前無觀測資料對壩體進(jìn)行觀測分析，處于盲目運(yùn)行狀態(tài)，需對水庫觀測設(shè)備進(jìn)行配置。

(4)上壩道路既窄又陡，雨天泥濘不堪，無法滿足施工和汛期運(yùn)送搶險物資的要求。

3大壩穩(wěn)定復(fù)核

3.1斷面穩(wěn)定計算

(1)斷面確定

穩(wěn)定計算選取實(shí)測的3個橫斷面和1個縱斷面。

(2)設(shè)計參數(shù)的選取見表1。

表1　土壩土料計算指標(biāo)

(3)滲流分析計算

采用《理正滲流分析計算軟件》得出表2計算滲流量。

表2　滲流分析計算成果表

(4)大壩穩(wěn)定計算

根據(jù)《中國地震力參數(shù)區(qū)劃圖》(GB 18306-2001)、《中國地震烈度區(qū)劃圖》，老駙馬水庫地震基本烈度為Ⅵ度，根據(jù)《水工建筑物抗震設(shè)計規(guī)范》(DL 5073-1997)的規(guī)定，老駙馬水庫設(shè)計烈度定位Ⅵ度，抗震復(fù)核不需計算[1]。

3.2計算工況

依據(jù)《小型水利水電工程碾壓式土石壩設(shè)計導(dǎo)則》確定。

(1)正常工作條件下:分為正常高水位、設(shè)計洪水位、1/3水位時的上游坡及下游坡的穩(wěn)定滲流期，采用瑞典圓弧法進(jìn)行現(xiàn)狀穩(wěn)定計算。

正常高水位：上游坡K計=1.452>K允=1.15；下游坡K計=1.119

設(shè)計洪水位：上游坡K計=1.483>K允=1.15；下游坡K計=1.108

1/3水位：上游坡K計=1.234>K允=1.15；下游坡K計=1.236>K允=1.15。

(2)非常運(yùn)用條件下:分為校核洪水位時上游坡、下游坡的穩(wěn)定滲流期。采用瑞典圓弧法進(jìn)行現(xiàn)狀穩(wěn)定計算。

校核洪水位：上游坡穩(wěn)定K計=1.492>K允=1.15；下游坡穩(wěn)定K計=1.104K允=1.15。

通過計算，土壩下游坡穩(wěn)定計算的邊坡系數(shù)小于規(guī)范允許值。

4大壩加固設(shè)計方案

4.1壩頂

老駙馬水庫大壩現(xiàn)狀壩頂寬為4.4～5.0 m，對壩頂修整，填筑10 cm厚的碎石路面，路面向下游傾斜2%，以利于壩頂排水，下游壩肩鋪設(shè)花崗巖路緣石?？拷肪壥瘋?cè)設(shè)置橫向排水溝，收集壩頂雨水，排水溝壁厚6 cm，溝寬24 cm，預(yù)制鋼筋混凝土板蓋頂。根據(jù)現(xiàn)狀斷面大壩壩頂高程復(fù)核計算，壩頂高程為58.29 m，現(xiàn)狀壩頂高程59.49～59.8 m，滿足要求，大壩無需加高[2]。

4.2壩坡

迎水坡：將上游壩坡砌石拆除，拋石護(hù)砌、修坡，坡比仍為1∶2.6～1∶3.0，外購新石干砌，塊石厚度0.30 m，塊石粒徑大于30 cm,下設(shè)20 cm厚碎石墊層，粗砂墊層10 cm。為解決壩體滲漏問題，砂墊層下鋪設(shè)土工膜，膜下亦為10 cm厚砂墊層，起到保護(hù)防滲膜的效果。

背水坡: 由于背水坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)不滿足規(guī)范要求，本次加固重新設(shè)計下游坡面。壩坡為二級坡，戧臺以上坡比由原來的1∶2.6～1∶3.0局部培厚至1∶3.0，而戧臺以下坡比應(yīng)從現(xiàn)狀1∶1.81～1∶1.88培厚至1∶2.5。清除坡面雜草樹木，平整壩面，采用草籽護(hù)坡。新建干砌石貼坡排水，干砌石厚度30 cm，下設(shè)20 cm厚碎石墊層和10 cm厚的粗砂墊層，并在背水坡設(shè)置一道上壩臺階[3]。

4.3使用年限

老駙馬水庫屬小(Ⅱ)型水庫，根據(jù)《水利水電工程合理使用年限及耐久性設(shè)計規(guī)范》SL 654-2014規(guī)定，水庫壅水建筑物大壩本次除險加固設(shè)計使用年限為50 a。

4.4設(shè)計大壩穩(wěn)定復(fù)核

(1)斷面確定

迎水坡維持不變，仍為1∶2.6;背水坡分為二級，戧臺以上仍為1∶3.0,戧臺以下1∶2.5。

(2)設(shè)計斷面滲流分析計算

采用《理正滲流分析計算軟件》得出表3計算成果。

表3　滲流分析計算成果表

(3)設(shè)計斷面大壩穩(wěn)定計算

計算工況依據(jù)《小型水利水電工程碾壓式土石壩設(shè)計導(dǎo)則》確定。

①正常工作條件下:分為正常高水位、設(shè)計洪水位、1/3水位時的上游坡和下游坡的穩(wěn)定滲流期及設(shè)計洪水位驟降死水位上游坡穩(wěn)定滲流期，采用瑞典圓弧法進(jìn)行現(xiàn)狀穩(wěn)定計算。

正常高水位：上游坡K計=1.519>K允=1.15；下游坡K計=1.239>K允=1.15。

設(shè)計洪水位：上游坡K計=1.555>K允=1.15；下游坡K計=1.181>K允=1.15。

驟降死水位:上游坡K計=1.564>K允=1.15。

1/3水位： 上游坡穩(wěn)定滲流期K計=1.287>K允=1.15；下游坡穩(wěn)定滲流期K計=1.408>K允=1.15。

②非常運(yùn)用條件下:分為校核洪水位時上游坡、下游坡的穩(wěn)定滲流期。采用瑞典圓弧法進(jìn)行現(xiàn)狀穩(wěn)定計算。

校核洪水位：上游坡K計=1.564>K允=1.15；下游坡K計=1.164>K允=1.15；驟降死水位上游坡K計=1.601>K允=1.15。

經(jīng)過計算，土壩上游坡、下游坡穩(wěn)定計算的邊坡系數(shù)大于規(guī)范允許值，因此，說明設(shè)計斷面合理。

4.5壩頂高程確定

(1) 大壩超高計算

根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》(SL 274-2001)進(jìn)行大壩超高計算，計算公式見式(1)：

(1)

式中：Y為壩頂超高，m；R為計算爬高，m；e為最大風(fēng)雍水高度，m；A為安全加高，A(正常)=0.5 m，A(非常)=0.3 m，A(地震)=1.2 m。

(2)計算結(jié)果

根據(jù)相關(guān)計算，得出水庫壩頂超高及壩頂高程見表4。

表4　水庫壩頂超高及壩頂高程確定計算表

(3)壩頂高程確定

設(shè)計洪水位加正常運(yùn)用情況的壩頂計算超高:57.24+1.05=58.29 m；校核洪水位加非常運(yùn)用情況的壩頂計算超高:57.51+0.62=58.13 m。

根據(jù)計算，本次計算壩頂高程為58.29 m，小于現(xiàn)狀壩頂高程59.5～59.8 m，滿足要求，因此壩頂高程仍為59.5～59.8 m[4]。

5結(jié)論

大壩作為水庫的主要建筑物，其除險加固設(shè)計要本著因地制宜、經(jīng)濟(jì)科學(xué)的原則進(jìn)行。大壩加固后，在防洪標(biāo)準(zhǔn)、工程安全方面均滿足設(shè)計要求，加固設(shè)計方案合理、可行，能達(dá)到水庫大壩的加固修復(fù)效果，能充分發(fā)揮水庫的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國水利部.碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范：SL 274-2001[S].北京：中國水利水電出版社，2002.

[2]中華人民共和國水利部.水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范：SL 191-2008[S].北京：中國水利水電出版社，2009.

[3]李玉姝.興城市老駙馬水庫除險加固工程地質(zhì)勘察報告[R].遼寧喀左：喀左縣水利勘測設(shè)計隊，2015.

[4]中華人民共和國水利部.水庫工程管理設(shè)計規(guī)范：SL 106-96[S].北京：中國水利水電出版社，1996.

The old prince dam before and after reinforcement scheme comparison analysis

LI Yushu

(ChaoyangCityYanwangbiziReservoirProjectManagementBureauofLiaoningProvince,Chaoyang122100,China)

Abstract：The old prince identified as three types of reservoir dam,need reinforcement.Based on the analysis of the problems existing in the reservoir dam,project status and stability check,focusing on the dam reinforcement design scheme and rationality through of reinforcement comparison before and after the program,we can see the dam after reinforcement,in the flood control standard,the safety of the works meet design requirements,reinforcement design is reasonable,and can achieve the reservoir dam reinforcement effect of repair,in order to give full play to the reservoir of the economic and social benefits to positive role.

Key words：dam;reinforcement design;calculation;stability;crest elevation

作者簡介：李玉姝(1962-),女，助理工程師，主要從事水利工程管理及水庫運(yùn)行管理工作。

中圖分類號：TV698.23

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：2096-0506(2016)06-0045-03