淺析蘆毛溝水庫(kù)大壩除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)

(1.新余市大江工程規(guī)劃設(shè)計(jì)院，江西 新余 338000； 2.新余市水務(wù)局，江西 新余 338000)

蘆毛溝水庫(kù)位于新余市渝水區(qū)下村鎮(zhèn)步橋村境內(nèi)。壩址以上控制流域面積1.99km2，水庫(kù)正常蓄水位75.80m，設(shè)計(jì)洪水位76.33m，校核洪水位76.59m，總庫(kù)容216萬(wàn)m3。

主壩于1958年建成，壩高9m，蓄水量60萬(wàn)m3，是一座小(2)型水庫(kù)。1979年全面加高、加固，達(dá)小(1)型水庫(kù)規(guī)模。經(jīng)過(guò)對(duì)蘆毛溝水庫(kù)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)存在以下兩方面問(wèn)題：?主壩上游壩面預(yù)制混凝土塊護(hù)坡局部有坍塌破損，壩腳棱體排水已淤塞，塊石縫隙長(zhǎng)滿雜草灌木；?副壩上下游均為護(hù)坡，上游壩坡較陡，下游未設(shè)排水溝，副壩右側(cè)存在缺口，最低高程為75.93m，不滿足水庫(kù)正常蓄水要求。

本文通過(guò)對(duì)蘆毛溝水庫(kù)地質(zhì)條件分析，探討其除險(xiǎn)加固措施，以期為同類工程提供借鑒。

1 地質(zhì)條件分析

1.1 壩肩

壩肩持力層為強(qiáng)風(fēng)化砂巖，其承載力及抗剪指標(biāo)均大于壩體土體對(duì)應(yīng)指標(biāo)，不存在壩肩抗滑穩(wěn)定問(wèn)題。壩肩局部覆蓋層缺失，出露強(qiáng)風(fēng)化砂巖，屬中等透水性。左、右壩肩存在繞壩滲漏隱患。

1.2 壩基

壩基持力層為沖、洪積粉質(zhì)黏土，其承載力和抗剪指標(biāo)均大于壩體對(duì)應(yīng)指標(biāo)。壩基承受較大荷載，經(jīng)過(guò)多年壓實(shí)固結(jié)，土體變形程度能滿足壩體荷載要求，不存在壩基抗滑穩(wěn)定問(wèn)題，壩基無(wú)變形。

壩基覆蓋層為沖、洪積粉質(zhì)黏土，鉆孔揭露厚度2.3～4.9m，土滲透系數(shù)為4.0×10-5cm/s，屬弱透水層。下伏基巖為強(qiáng)風(fēng)化砂巖，屬中等透水層。

壩基覆蓋層隔水性良好，實(shí)際運(yùn)行中未發(fā)現(xiàn)壩基滲漏問(wèn)題。

1.3 基巖

基巖為二疊系中統(tǒng)龍?zhí)督M(P2l)砂巖。強(qiáng)風(fēng)化砂巖，風(fēng)化裂隙發(fā)育，巖石破碎，巖質(zhì)較軟，質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)。中風(fēng)化砂巖，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖石較破碎，巖質(zhì)堅(jiān)硬，根據(jù)測(cè)試結(jié)果，其單軸飽和抗壓強(qiáng)度為25MPa，屬較軟巖，巖石質(zhì)量等級(jí)為Ⅳ級(jí)。

1.4 填土層

填筑土中黏粒、粉粒含量為40%～60%，砂含量為20%～30%，2mm以上礫石、碎石含量為20%～30%，壩體填料質(zhì)量差。筑壩時(shí)碾壓較為均勻，填筑土干密度為1.52g/cm3，孔隙比為0.850，壓縮系數(shù)為0.48MPa-1，為中等壓縮性土。

根據(jù)野外注水試驗(yàn)結(jié)果，主壩填筑土滲透系數(shù)8.47×10-5～3.13×10-4cm/s，平均值為1.55×10-4cm/s。取原狀土樣11組進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，滲透系數(shù)為8.89×10-5cm/s，綜合室內(nèi)外測(cè)試結(jié)果，壩體滲透系數(shù)取1.3×10-4cm/s，填筑土為中等透水性。

2 除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)

2.1 壩頂改造

根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》(SL252—2017)，壩頂超高按下式計(jì)算：

Y=R+A

式中Y——壩頂超高，m；

R——最大波浪的壩坡爬高，m；

A——安全加高，m。

由于主壩單坡的坡度系數(shù)為2.5，波浪爬高計(jì)算公式為

式中Rm——平均波浪爬高，m；

m——單坡坡度系數(shù)；

KΔ——斜坡糙率滲透性系數(shù)；

由以上公式計(jì)算出主壩、副壩的壩頂超高，主壩、副壩的壩頂設(shè)計(jì)高程為庫(kù)水位加上壩頂超高即可。主壩、副壩設(shè)計(jì)壩頂高程分別為77.38m和77.86m，而目前蘆毛溝水庫(kù)主、副壩的現(xiàn)有壩頂高程均為78.50m，由此可知其滿足規(guī)范要求。

主壩壩頂寬4.10m，除險(xiǎn)加固中維持壩頂寬度不變，將路面破損處維修。副壩壩頂寬3m，除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)中，在上游填筑黏土培厚，放緩壩坡。

2.2 防滲加固

a.加固設(shè)計(jì)。主壩填筑土綜合滲透系數(shù)為1.3×10-4cm/s，中等透水性，不滿足規(guī)范要求。實(shí)際運(yùn)行中壩坡無(wú)滲漏現(xiàn)象，壩體存在滲漏隱患。壩基覆滲透系數(shù)為4.0×10-5cm/s，弱透水性，運(yùn)行中壩腳局部散浸、壩基存在接觸滲漏隱患。壩肩局部覆蓋層出露強(qiáng)風(fēng)化砂巖，屬中等透水性，運(yùn)行中未見(jiàn)滲漏現(xiàn)象，但存在繞壩滲漏隱患。

根據(jù)實(shí)際情況，此次加固設(shè)計(jì)擬不對(duì)主壩壩體、壩肩進(jìn)行防滲處理，只翻修壩腳排水體，進(jìn)行壩腳保護(hù)。

b.滲流安全復(fù)核。由于水庫(kù)無(wú)滲流觀測(cè)資料，滲流安全復(fù)核以理論計(jì)算為依據(jù)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)安全檢查結(jié)果，進(jìn)行滲流安全分析評(píng)價(jià)。根據(jù)壩基地質(zhì)情況，滲流計(jì)算斷面選取均靠近壩軸線中部，此斷面為最大壩高處，透水層最深，可反映整個(gè)大壩的實(shí)際滲流情況。

計(jì)算工況：上游正常蓄水位75.80m、下游相應(yīng)水位65.40m；上游設(shè)計(jì)洪水位76.33m、下游相應(yīng)水位65.40m；上游校核洪水位76.59m、下游相應(yīng)水位65.40m。經(jīng)計(jì)算，主壩斷面滲透分區(qū)及滲透系數(shù)見(jiàn)表1。

表1 主壩滲透分區(qū)及滲透系數(shù)

主壩加固后各種工況下出逸點(diǎn)坡降值、計(jì)算滲流量值見(jiàn)表2。

表2 加固后穩(wěn)定滲流期計(jì)算坡降值及滲流量

由表2可以看出，主壩浸潤(rùn)線在貼坡排水體內(nèi)出逸，出逸點(diǎn)坡降均小于允許坡降0.30，主壩能夠安全運(yùn)行。

2.3 壩坡加固

a.上游護(hù)坡。現(xiàn)狀為混凝土預(yù)制塊護(hù)坡，局部出現(xiàn)破損坍塌,該次除險(xiǎn)加固對(duì)主壩上游壩坡破損處進(jìn)行維修處理。副壩上游壩坡未設(shè)護(hù)坡，加固設(shè)計(jì)對(duì)副壩上游壩坡進(jìn)行草皮護(hù)坡。

b.下游壩坡。將大壩下游坡的雜物清除后，平整壩坡，重新滿鋪草皮護(hù)坡，采用順坡平鋪法，草種選用結(jié)簍草，草皮移植在春季進(jìn)行，接植過(guò)程注意保持水分。

c.排水體設(shè)計(jì)。該次加固設(shè)計(jì)對(duì)現(xiàn)有棱體排水拆除重建，擬采用貼坡式。設(shè)計(jì)排水體頂高程67.90m，高3.50m，頂寬1.89m，外坡1∶2.5。反濾層顆粒大小關(guān)系應(yīng)滿足層間系數(shù)ξ=D50/d50≤8～10；各層不均勻系數(shù)η=D60/d10≤10。設(shè)計(jì)反濾層材料分三層：砂卵石混合料層0.15m，砂粒徑0.5～2mm，卵石粒徑5～20mm；碎石層0.15m，碎石粒徑60～120mm；塊石層0.4m，塊徑250～400mm。副壩壩體較矮，可暫不對(duì)壩腳設(shè)置排水體。

2.4 穩(wěn)定計(jì)算

壩坡穩(wěn)定計(jì)算分加固前復(fù)核和加固后計(jì)算，包括上游壩坡、下游壩坡兩部分。因副壩最大壩高僅4.5m，此次除險(xiǎn)加固對(duì)副壩不進(jìn)行穩(wěn)定復(fù)核，主壩具體計(jì)算內(nèi)容如下：

a.正常運(yùn)行條件。正常蓄水位75.80m時(shí)的下游壩坡、設(shè)計(jì)洪水位76.33m時(shí)的下游壩坡、校核洪水位76.59m時(shí)的下游壩坡。

b.非常運(yùn)行條件。正常蓄水位75.80m降至死水位68.40m時(shí)的上游壩坡；庫(kù)水位由校核洪水位76.59m降至正常蓄水位75.80m時(shí)的上游壩坡。

經(jīng)計(jì)算，主壩加固后5種工況下，上游、下游壩坡的最小安全系數(shù)見(jiàn)表3。

表3 主壩加固后壩坡穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果

經(jīng)計(jì)算，主壩加固后上游、下游壩坡穩(wěn)定安全系數(shù)均大于規(guī)范允許值，滿足規(guī)范要求。

3 結(jié) 語(yǔ)

蘆毛溝水庫(kù)位于新余市渝水區(qū)下村鎮(zhèn)步橋村境內(nèi)，壩址以上控制流域面積1.99km2，水庫(kù)正常蓄水位75.80m，總庫(kù)容216萬(wàn)m3。水庫(kù)雖然經(jīng)過(guò)多次除險(xiǎn)加固，但主壩依然存在安全隱患，急需進(jìn)行處理。

通過(guò)對(duì)蘆毛溝水庫(kù)地質(zhì)條件分析，發(fā)現(xiàn)其壩肩存在繞壩滲漏隱患，而壩基承載力和抗剪能力滿足除險(xiǎn)加固要求。依據(jù)水庫(kù)安全運(yùn)行隱患，結(jié)合壩體地質(zhì)條件，本文進(jìn)行壩頂安全高程復(fù)核，選定主壩壩頂路面維修、副壩壩頂填筑黏土加高培厚等措施；對(duì)填筑土體滲透安全性進(jìn)行分析，確認(rèn)翻修壩腳排水體進(jìn)行壩腳保護(hù)等措施；研究上下游護(hù)坡破損坍塌狀況，推選草皮護(hù)坡的具體改造參數(shù)。

通過(guò)計(jì)算水庫(kù)除險(xiǎn)加固后不同水位、工況下的最小安全系數(shù)可知，主壩加固后上下游壩坡穩(wěn)定安全系數(shù)均大于規(guī)范允許值，滿足規(guī)范要求，工程除險(xiǎn)加固效益顯著。

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