扶風縣韓家窯淤地壩除險加固工程壩體穩(wěn)定淺析

馬小艷

（扶風縣水土保持工作站，陜西 扶風 722299）

1 工程概況

1.1 工程基本情況

韓家窯淤地壩位于天度鎮(zhèn)韓家窯村西北無名溝道內。壩址以上流域面積1.17 km2，現(xiàn)狀總庫容4.16萬m3，其中攔泥庫容1.65萬m3，滯洪庫容2.51萬m3。工程外觀只有壩體，無溢洪道和泄水洞，洪水來臨直接威脅壩體安全，需增修泄水排洪工程設施。

原壩體為碾壓式均質土壩。壩高14.32 m，壩長45 m，頂寬8.8 m，迎水坡坡比為1∶1.5，背水坡坡比為1∶1.5，壩頂高程722.54m，壩下游高程為708.25m，壩上游淤泥面高程715.18m。迎水坡為雜草坡面，背水坡建筑垃圾無形堆積，壩頂砼路面破損嚴重。

1.2 水文與地質特性

該流域屬渭北殘塬丘陵溝壑區(qū)，地形北高南低，形狀為羽毛狀。壩址處位于溝道上游，總體地形以溝道為中軸，延伸至分水嶺，兩邊為坡面，分界不明顯，主溝道寬度約45 m，溝沿陡峭，黃土覆蓋。坡面自然植被差，為天然荒山荒坡，偶有少量人工植被，水土流失嚴重。經查閱《寶雞市水文實用手冊》，該地區(qū)土壤侵蝕模數2000 t/（km2·a）～3000 t/（km2·a）。

壩址溝道位于渭河北部殘塬丘陵區(qū)，地貌受渭河地塹和各種斷裂構造的繼承性活動控制。該區(qū)形成了北高南低的山前洪積扇地貌。

壩址均為黃土，質地致密，兩壩肩為黃土層，厚約5 m～7 m，兩岸邊坡穩(wěn)定，溝底有淤積層，平均深1.5 m，工程地質條件良好。

1.3 存在問題及加固的必要性

結合大壩近幾十年運行情況及本次設計對工程實地勘察調查分析結果，韓家窯淤地壩目前存在的主要問題是：①經過30余年運行，已淤積3萬多m3，現(xiàn)狀壩頂高程722.54 m，壩前庫區(qū)高程715.18 m，滯洪庫容不滿足洪水蓄存調蓄能力，已無加高條件。②無泄洪及排水設施，雨季降雨對壩體坡面沖刷嚴重，壩體已嚴重受損，危脅大壩穩(wěn)定安全。③壩頂道路連接入村道路，路面破損嚴重，存在行人、車輛通行安全隱患，已不能滿足當地群眾農業(yè)生產及出行安全需要。④壩頂、壩坡自然植被差，建筑垃圾堆積整個坡面。雨季沖刷坡面，大壩存在重大安全事故隱患。

盡快建設韓家窯淤地壩除險加固工程，對于確保大壩安全和通村道路暢通，充分發(fā)揮淤地壩攔泥蓄水效益，保證下游人民生命安全是十分必要的。

1.4 水文計算

1.4.1 設計洪水標準與淤積年限

根據《水土保持綜合治理技術規(guī)范溝壑治理技術》（GB/T 16453.3-1996）規(guī)范，《水土保持治溝骨干工程技術規(guī)范》（SL 289-2003），設計洪水標準為1O年一遇，50年一遇校核。淤積年限10年。

1.4.2 淤地壩壩高與面積、庫容特性曲線計算

式中：V為某一水位下的庫容，萬m3；Si為第i級水位對應的淤地面積，萬m2；Zi為水位分級高差，m；ΔVi為分級水位所增庫容，萬m3。

根據庫區(qū)實測，經以上公式計算建立關系曲線見表1。

表1 韓家窯淤地壩水面、庫容計算表

1.4.3 攔泥庫容

根據實測，現(xiàn)有總庫容4.16萬m3，攔泥高程為719.00 m，攔泥庫容為（VL）1.65萬m3，滯洪庫容2.51萬m3。

2 工程措施布置

工程措施布置圖見圖1。從安全角度考慮，需對淤地壩增設排水溝渠和排洪設施，提高防洪標準。

圖1 工程措施布置圖

2.1 主壩排洪涵洞

該壩無溢洪道及排水涵洞設施，本次設計在壩左側修建排洪涵洞一處，涵洞進口底距壩頂3.0 m。涵洞采用Φ1000 mm鋼筋砼圓管，壁厚≥100 mm，管底鋪設10 cmm厚C15砼墊層，涵管兩側用C15砼塞填穩(wěn)管。涵洞進口做喇叭側墻及反坡段，涵洞出口接陡坡及消力池，陡坡及消力池均采用M7.5水泥砂漿片石漿砌。

2.2 主壩路邊排水渠

在壩左側路邊修建排水渠，長120 m，排水渠結構形式為矩形：寬50 cm，深50 cm，壁厚10 cm，用C20砼澆筑，排水渠進入庫區(qū)段安砌Φ600 mm鋼筋砼，長3.0 m，管下及四周用C20砼澆筑，最小厚度20 cm。

2.3 主、副壩體修整加培

為了加強壩體的穩(wěn)定性，防止壩面遭受雨水沖刷，主、副壩體上、下游坡面采用植草護坡。由于主、副壩下游坡面建筑垃圾堆積較多，必須清理坡面雜草雜物，然后加固培厚雨水沖刷溝槽。主、副壩上、下游坡比保持不變，坡比為1∶1.5，壩頂寬度8.8m。

2.4 主、副壩壩頂道路澆筑

壩頂道路連接入村道路，原路面破損嚴重，從群眾生產出行安全角度考慮，需拆除并澆筑砼路面。壩頂道路需在道路兩側設置防護欄。

壩頂寬度由8.8 m，壩頂砼路面為4.0 m。道路結構形式為：原基層夯實，壓實度為0.95；主壩澆筑砼路面長120 m，寬度4.0 m，厚度180 mm，C20砼澆筑；道路兩側設置Φ80鋼管立柱，ω波紋板護欄，護欄外側栽植綠籬；副壩澆筑砼路面長30 m，寬度4.0 m，厚度180 mm，C20砼澆筑；道路兩側設置Φ80鋼管立柱，ω波紋板護欄。

2.5 主、副壩區(qū)及庫區(qū)綠化

主壩迎水坡植草護坡，植草面積500 m2，草種為小冠花；背水坡栽植迎春花護坡，植草面積931.6 m2；壩頂道路兩側結合現(xiàn)狀栽植樹木，分別栽植小葉黃楊綠籬帶，綠籬長度為45×2 m，寬度為2.0 m；副壩迎水坡植草護坡，植草面積450 m2,草種為小冠花；背水坡栽植迎春花護坡，植草面積750 m2。

2.6 壩頂道路改建

壩頂道路為通村道路，為了保障鄰近群眾出行及車輛行走安全，拆除現(xiàn)有破損路面，重新澆筑砼。改建長度120 m（含主壩東側無名小溝副壩）。

3 壩體穩(wěn)定分析

本次邊坡滲流及穩(wěn)定性分析為壩體背水坡實施加培之后的滲流及穩(wěn)定。

3.1 堤坡滲流及穩(wěn)定分析計算

滲流計算分析：

進行滲流計算是為了確定設計情況下的浸潤線及等勢線，以進行邊坡穩(wěn)定性分析，計算滲漏量、滲透坡降，判斷滲透穩(wěn)定性。

1）計算工況

滲流計算工況為實際蓄水位下的壩體穩(wěn)定滲流。

2）計算斷面及參數指標

計算斷面選取淤積壩最大斷面。

各土層土料的滲透系數選取值見表2。

表2 壩體材料和壩體基礎土的物理指標建議值

本次滲透穩(wěn)定分析采用南京水利科學研究院編《土石壩二向穩(wěn)定滲流計算程序unsst2》軟件對壩體進行滲流分析計算。

3）計算結果及分析

滲透流量和滲透比降的復核是在滲透系數和堤坡浸潤線計算結果的基礎上進行的，本計算的目的是判斷壩體填土的滲透坡降是否滿足要求，同時對邊坡的滲漏量進行復核。

由q=vA或q=KiH得：單寬滲流量為0.81 m3/d·天；滲透比降0.0204。

壩體邊坡的滲透比降均小于《堤防工程設計規(guī)范》（GB 50286-2013）中規(guī)定的無粘性土滲流出口流土型的允許水力比降 J允=0.25～0.35，以及管涌型的 J允=0.10～0.20。

通過《土石壩二向穩(wěn)定滲流計算程序unsst2》計算的浸潤線較為平緩，邊坡不會產生滲透破壞，且堤坡滲流是穩(wěn)定的，見圖2。

圖2 壩體浸潤線示意圖

3.2 邊坡穩(wěn)定分析

壩體在實際蓄水位下存在滲流時臨水側、背水側邊坡的穩(wěn)定性計算。根據《碾壓式土石壩設計規(guī)范》（SL 274-2001）規(guī)定工程等級為5級，在正常工況下的壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數不小于1.25，壩體邊坡的抗滑穩(wěn)定安全系數均滿足規(guī)范要求，邊坡穩(wěn)定。

4 結語

通過對韓家窯淤地壩進行除險加固，消除了工程存在的重大安全隱患；使水沙資源得到合理利用，最大限度的保障了當地群眾生命財產和生產建設的安全，減輕了下游的防洪壓力；還可以將泥沙就地攔蓄，使黃溝變良田，壩地溝道實現(xiàn)了川臺化，有利于實施機械化和水利化，能夠促進退耕還林還草；利用壩岸蓄水，可大大提高造林成活率，增加林草覆蓋面積，使生態(tài)環(huán)境得到改善。