水庫大壩除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)探究

【摘要】水庫大壩是水利工程中最為常見的建筑，由于各種客觀原因，水庫大壩絕大部分都存在著諸多問題，制約著自身發(fā)展。本文結(jié)合工程實(shí)例，分析了水庫大壩存在的問題，并有針對(duì)性提出了加固設(shè)計(jì)方案，并就具體的處理措施進(jìn)行了討論，旨在為同類型水庫加固設(shè)計(jì)提供參考。

【關(guān)鍵詞】水庫大壩；除險(xiǎn)加固；設(shè)計(jì)

引言

水庫大壩是我國水利事業(yè)當(dāng)中的重要組成部分，其對(duì)于農(nóng)業(yè)灌溉、水利發(fā)電以及防洪事業(yè)都有著重要意義。然而，目前有絕大部分水庫大壩由于長(zhǎng)年運(yùn)行使用，出現(xiàn)了各種的病險(xiǎn)問題，尤其是壩基的滲漏問題越來越嚴(yán)重，這將對(duì)水庫整體產(chǎn)生極為不利的影響。為了保證水庫大壩的正常運(yùn)行，相關(guān)工作人員必須要重視水庫大壩滲漏現(xiàn)象，采取相應(yīng)的措施對(duì)其進(jìn)行加固處理，以避免滲漏現(xiàn)象的產(chǎn)生，從而確保水庫大壩的安全運(yùn)行。

1、概述

某水庫始建于1968年，1969年攔洪蓄水，1972年完成溢洪道工程，是一座以防洪為主，兼有養(yǎng)魚等綜合利用的小型水庫。該水庫壩址以上控制面積9.5km2，壩址上游河道長(zhǎng)6.35km，總平均坡度0.91%。水庫原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇設(shè)計(jì)、100年一遇校核。大壩自建成運(yùn)行以來，1977年汛期，由于溢洪道陡坡塌陷，導(dǎo)致溢洪道決口失事，形成空庫。1978年臨時(shí)堵口蓄水，維持灌溉。1978年春開挖新的溢洪道，但因資金短缺沒有全部開挖完成。1991年在其右側(cè)重新修建水庫溢洪道，運(yùn)行至今。水庫原始資料已經(jīng)無從查找。

2、大壩工程現(xiàn)狀

該水庫壩長(zhǎng)228m，堤頂高程最高101.40m，最低101.20m，最大壩高7m，壩頂寬最寬4.80m，最窄4.00m。2005年5月～2006年6月對(duì)水庫進(jìn)行了除險(xiǎn)加固。大壩迎水坡水位以上為干砌石護(hù)坡，塊石厚40cm，坡比1：3，背水坡為碎石護(hù)坡，厚20cm，坡比1：2.5。大壩由樁號(hào)0+020～0+075處壩腳建有貼坡排水，貼坡排水下游為20m寬壩后蓋重，蓋重結(jié)構(gòu)自下而上為：砂墊層30cm，碎石30cm，干砌石60cm，壩后蓋重60m×20m。兩側(cè)有旱田的50m壩段上下游面，按設(shè)計(jì)坡度削坡到田邊，管理房周圍土地進(jìn)行平整。大壩無防滲措施，壩后存在多處滲漏問題。

3、大壩壩體存在的問題

大壩壩頂寬度不滿足要求，壩面無排水設(shè)施。大壩0+010～0+110壩段嚴(yán)重滲水。2003年在大壩0+015處距壩腳5m有管涌現(xiàn)象，同時(shí)大壩左端出現(xiàn)一個(gè)3m2的沉陷坑，至2004年沉陷坑擴(kuò)展到8m2，最大深1.5m，同時(shí)沿坑頂部有一條長(zhǎng)30m的縱向裂縫，錯(cuò)位達(dá)5cm。2005年5月對(duì)水庫工程進(jìn)行了維修加固，但滲漏問題仍然沒有解決。

4、大壩病險(xiǎn)情況復(fù)核

4.1 壩體

該水庫最大壩高7m，水庫大壩為低壩，壩頂寬度最小5m。水庫現(xiàn)狀壩頂寬最寬4.80m，最窄4.00m，根據(jù)SDJ213—83《碾壓式土石壩施工技術(shù)規(guī)范》，大壩壩頂寬度不滿足要求。

4.2 壩基

本次滲流計(jì)算以樁號(hào)0+040典型斷面進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算工況為上游興利水位98.30m、設(shè)計(jì)水位99.27m（P=10%）及校核水位99.58m（P=5%）3種情況，分別對(duì)3種工況進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如表1，大壩存在一定滲漏。

4.3 壩坡穩(wěn)定復(fù)核

2005年5月～2006年6月對(duì)該水庫進(jìn)行了除險(xiǎn)加固維修，對(duì)大壩迎水坡已經(jīng)進(jìn)行了防護(hù)，護(hù)坡型式為干砌石護(hù)坡，依據(jù)《水庫大壩安全鑒定報(bào)告書》，本次穩(wěn)定計(jì)算考慮滲流對(duì)下游壩坡穩(wěn)定的影響，并對(duì)下游坡面進(jìn)行復(fù)核計(jì)算。

以樁號(hào)0+040典型斷面進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算工況為上游興利水位98.30m、設(shè)計(jì)水位99.27m（P=10%）及校核水位99.58m（P=5%）3種情況，采用簡(jiǎn)化畢肖普法分別對(duì)3種工況進(jìn)行計(jì)算。下游坡面最小安全系數(shù)如表2。

根據(jù)SL274—2001《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》中相關(guān)規(guī)定，壩體抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)正常運(yùn)用條件不小于1.25，非常運(yùn)用條件不小于1.15。

由表2可以看出，壩坡穩(wěn)定所取的斷面3種工況下，下游壩坡穩(wěn)定安全系數(shù)都滿足穩(wěn)定要求，因此大壩下游壩坡滿足穩(wěn)定要求。

5、大壩加固設(shè)計(jì)

5.1 壩頂高程

經(jīng)計(jì)算大壩壩頂安全高程100.71m，現(xiàn)狀大壩壩頂高程為101.2～101.4m，滿足要求，故不需要加高壩頂高程。

5.2 壩體滲漏處理

5.2.1 下游最高水位確定

水庫大壩下游現(xiàn)狀水位92.56m，由于該地區(qū)無詳細(xì)水文資料，無法確定下游水位，根據(jù)水庫現(xiàn)狀，綜合考慮，確定下游最高水位為下游現(xiàn)狀水位加安全超高。安全超高按照大壩設(shè)計(jì)洪水安全超高考慮，取0.5m。確定下游最高水位93.06m。

5.2.2 堆石排水棱體設(shè)計(jì)

該水庫大壩部分壩段下游已經(jīng)有貼坡排水及蓋重，在蓋重后新建棱體排水，棱體排水長(zhǎng)76m。

棱體排水設(shè)置在下游已經(jīng)有貼坡排水及蓋重后，采用干砌塊石結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)洪水對(duì)應(yīng)的波浪爬高0.93m，由此確定棱體排水頂高程94.06m。棱體排水頂寬1m，上、下游邊坡坡比均為1：1.5。

在棱體排水與壩體及壩基接觸面設(shè)置2～3層反濾層，根據(jù)SL274—2001《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》反濾層位于被保護(hù)土層的上部，為Ⅱ型。反濾層共設(shè)置3層，由上至下分別為：碎石層，粒徑5～20mm；砂層，粒徑1～5mm；砂層，粒徑0.25～1mm?？紤]安全性在反濾層下鋪設(shè)一層土工布，土工布為400g/m2。

5.2.3 組合式排水設(shè)計(jì)

該水庫大壩部分壩段現(xiàn)狀無排水設(shè)施，在壩后新建貼坡與棱體組合排水設(shè)施，組合式排水長(zhǎng)59m。

組合式排水設(shè)置在壩體下游壩腳，采用干砌塊石結(jié)構(gòu)。水庫地區(qū)最大凍土深1.4m，貼坡排水體厚1.4m，其中干砌塊石厚850mm，反濾層厚550mm。貼坡排水體邊坡坡比1：1.5，由此確定頂部水平寬2.53m。

水庫大壩為Ⅴ級(jí)，貼坡排水頂高程96.33m，貼坡及棱體排水頂寬均為1m，棱體排水頂高程94.03m，貼坡排水貼坡排水，棱體排水上、下游邊坡坡比均為1：1.5。在組合式排水與壩體及壩基接觸面設(shè)置2～3層反濾層，反濾層依據(jù)SL274—2001《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行。

6、結(jié)語

總之，水庫作為最基本的水利設(shè)施，其重要性不言而喻。滲漏現(xiàn)象對(duì)水庫大壩的質(zhì)量安全有著重要的影響，甚至?xí)鸩豢赏旎氐慕?jīng)濟(jì)損失。因此，水利工作者必須認(rèn)真分析水庫大壩滲漏現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，結(jié)合工程實(shí)際情況，具體問題進(jìn)行具體分析，制定出合理的加固處理方案，以避免滲漏現(xiàn)象的產(chǎn)生，確保水庫發(fā)揮更大的經(jīng)濟(jì)效益。實(shí)踐證明，本工程的加固設(shè)計(jì)方案實(shí)施是成功的，能夠有效解決水庫存在的壩體滲漏問題，保障了水庫大壩安全運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡榮欣.小型水庫除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)分析[J].黑龍江水利科技.2015，43（12）：79-82

[2]廖航兵.基于實(shí)例分析的大壩工程除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)[J].黑龍江水利科技.2015，43（9）：35-36

[3]陳寅.后山水庫除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)分析[J].水利建設(shè)與管理.2016（11）