越南溝山塘碾壓風化料壩除險加固設計

黃軍

摘 要：針對越南溝山塘碾壓風化料壩無溢洪道、坡度較陡、淤積嚴重等問題，結合工程地質條件和滲漏現(xiàn)狀，本文對除險加固方案進行了詳細論證分析和設計計算。滲透穩(wěn)定和壩坡穩(wěn)定分析結果表明：大壩除險加固后水庫病險問題得到成功處理，各工況條件下的安全系數(shù)均滿足規(guī)范指標要求。壩體結構設計合理可行，壩坡穩(wěn)定性高，加固修復效果顯著。

關鍵詞：滲漏;除險加固;穩(wěn)定性分析;越南溝山塘

中圖分類號：TV641.32文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2021）10-0048-03

Reinforcement Design Scheme of Rolling Weathered Material Dam in Yuenangou Pond

HUANG Jun

（Guizhou Tuotu Resources Development Co.， Ltd.，Guiyang Guizhou 550002）

Abstract： In view of the problems such as no spillway， steep slope and serious siltation in weathered material dam of Yuenangou Pond， combined with the engineering geological conditions and leakage status， the detailed analysis and design calculation of reinforcement plan are carried out in this paper. The analysis results of seepage stability and dam slope stability showed that： after the dam reinforcement， the dangerous problem of the reservoir had been successfully dealt with， and the safety factor under each working conditions could meet the requirements of the specification index， and the dam structure design was reasonable and feasible， the dam slope stability was high， which had remarkable reinforcement and repair effects.

Keywords： leakage;reinforcement;stability analysis;Yuenangou pond

1 工程概況

越南溝山塘工程位于貴州省畢節(jié)市赫章縣雙坪彝族苗族鄉(xiāng)金山村境內，距雙坪彝族苗族鄉(xiāng)政府16 km，距離赫章縣城約52 km。越南溝山塘所在越南溝屬于長江流域烏江水系一級支流六沖河的上游支家溝支流，發(fā)源于朱紅山正東方向大山腳，河源高程2 150.00 m。越南溝流域面積0.56 km2，主河道長1.68 km，河床平均比降為123.8‰。壩址以上集雨面積0.34 km2，主河道長0.76 km，河床平均坡降139.4‰。越南溝山塘工程任務為人飲水供水，供水范圍為雙坪彝族苗族鄉(xiāng)金山村，解決1 557人的飲水安全問題。越南溝山塘樞紐由大壩、溢洪道、取水兼放空建筑物等組成，山塘正常蓄水位2 106.00 m，校核洪水位2 107.16 m，正常蓄水位以下庫容4.15萬m3，總庫容5.01萬m3。工程總庫容小于0.001×108 m3，按?。?）型水庫進行設計，工程等別為Ⅴ等。

2 壩址區(qū)工程地質條件

壩區(qū)處于侵蝕地貌的淺切中山區(qū)，壩址河谷為較對稱“V”形谷，河谷走向為北偏西53°，總體表現(xiàn)為縱向谷。河床地形平坦，無陡坎，跌水。河床高程2 102.0～2 103.0 m，正常蓄水位在2 106.0 m時，谷口寬為46.5 m，寬高比為9.3。兩岸為斜向坡，左岸地形坡度為35°～55°，右岸地形坡度為25°～35°，為緩坡。

根據(jù)地表地質測繪及槽探揭露，壩區(qū)出露地層為二疊系上統(tǒng)峨眉山玄武巖（P2β）、第四系殘坡積層（Qedl）及沖洪積層（Qpal）。壩址區(qū)巖石節(jié)理裂隙發(fā)育，風化強烈，強風化巖體較破碎，經(jīng)鉆孔進尺快慢及聲波檢測等綜合分析，并結合本地區(qū)同類工程綜合分析：①左、右岸坡的巖體強風化層厚5.0～7.0 m，弱風化層厚（法向）6.0～8.0 m;②河床的巖體強風化層厚5.0～7.0 m，弱風化層厚6.0～8.0 m。

3 水庫滲漏現(xiàn)狀

越南溝山塘位于雙坪鄉(xiāng)越南溝上游牧場小學右側溝谷，越南溝起源于朱紅山正東方向大山腳附近，溝谷水流方向由北西向轉為近北西向流向大坪后與其他支流匯流再流出。山塘建于1958年，之后從未進行過除險加固處理，主壩現(xiàn)狀最大壩高為12.0 m。原壩體壩頂高程2 102.9 m，壩軸線長33 m，壩頂寬32 m，最大壩高12 m。

3.1 庫尾滲漏分析

水庫庫區(qū)為近東南走向的帶狀溝谷。經(jīng)調查，該水庫補給源主要為本河流上游四個泉水S2、S3、S4、S5。水庫補給源頭地形走勢逐漸抬高，地下水位也逐漸抬升，且高于正常高水位，不會形成倒流外滲。

3.2 左岸鄰谷滲漏分析

左岸鄰谷底部高程2 035.0 m，設計正常水位2 106.0 m，低于設計正常水位71.0 m，在地形上形成低鄰谷的河間地塊。左岸地表地質調查結果顯示，左岸連續(xù)分布峨眉山玄武巖（P2β）相對隔水巖組，無通向庫外的深大斷裂發(fā)育，無巖溶發(fā)育。同時，通過分析庫腰左岸S1（出露高程2 145.0 m）泉水分布情況可知，其高程均高于設計正常高水位，說明有橫亙于高于正常蓄水位的地下分水嶺。因此，左岸與鄰谷間不存在左岸河間地塊的鄰谷滲漏問題。

3.3 右岸鄰谷滲漏分析

右分水嶺較為雄厚，鄰谷底部高程2 010.0 m，低于設計正常高水位96.0 m，但無通向庫外的深大斷裂發(fā)育，而且有連續(xù)分布的峨眉山玄武巖（P2β）相對隔水巖組。同時，鉆孔3的穩(wěn)定水位高程約2 112.6 m，高于設計正常水位的地下分水嶺，地下水補給庫水。因此，認為不存在右岸鄰谷滲漏問題。

3.4 河谷深層滲漏分析

根據(jù)實地調查，庫盆內未發(fā)現(xiàn)洼地、落水洞，無巖溶發(fā)育。壩址下游未見大的裂點和干谷河段，說明河流不是懸托型河谷。從庫盆的巖性結構來看，巖體的強～弱風化層滲透性較強，微風化巖體透水性相對較弱。因此，認為水庫蓄水后不存在河谷深層滲漏問題。

3.5 左、右岸繞壩滲漏分析

據(jù)前所述，庫區(qū)大致為橫向河谷。左、右岸出露地層為非可溶性峨眉山玄武巖（P2β），受侵蝕作用及風化作用的影響，強～弱風化帶巖體節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體較破碎，強風化～弱風化巖體透水性較強。雖然大壩進行了一定的嵌深，但風化裂隙仍未閉合，沿左、右岸的風化裂隙向下游的滲漏依然存在，須將繞壩滲漏通道截封后，水庫才具備蓄水條件。

3.6 壩體滲漏分析

越南溝山塘碾壓風化料壩為出露的殘坡積黃色黏土夾風化石料，質量較好。大壩目前未設置溢洪道，在洪水的長期作用下，于右壩段形成一寬約1 m、深約1.5 m的洪水通道，且有逐年加深的趨勢。除此之外，未發(fā)現(xiàn)有其他滲漏現(xiàn)象。

經(jīng)安全鑒定，山塘主要存在以下問題：①山塘無溢洪道，洪水期有漫壩危險，嚴重影響大壩安全;②山塘下游壩坡坡度較陡，無護坡，長期的自然作用可能危及大壩安全;③山塘淤積嚴重[1];④山塘無取水設施，不能正常發(fā)揮效益。

4 越南溝山塘碾壓風化料壩除險加固設計

山塘無溢洪道，洪水期有漫壩危險，嚴重影響大壩安全。根據(jù)《水庫大壩安全評價導則》（SL 258—2017），越南溝山塘碾壓風化料壩安全類別為三類，屬病險水庫大壩，需要進行處理[2-3];大壩現(xiàn)在壩頂寬32 m，有加高條件。本設計選用料場與原料場相同，新老土料結合良好，故不進行大壩滲流、穩(wěn)定安全復核。

4.1 擋水建筑物

大壩為5級建筑物，洪水標準按20年一遇洪水設計，200年一遇洪水校核。壩軸線方位角為NE47°00′00″。大壩壩頂高程為2 107.80 m，壩頂寬5 m，壩頂長72.6 m，最大壩高16.50 m。壩頂上游為防浪墻，下游為大理石欄桿，壩頂為20 cm厚泥結石，由上游向下游坡度為3%。大壩上游防滲體最低高程為2 091.30 m，上游壩坡為1∶2.5，相應坡角21.8°，下游壩坡為1∶2.2，相應坡角24.4°，最大壩底寬95.13 m。設計防浪墻頂高程2 109 m，壩頂上游側設“L”形鋼筋砼防浪墻，防浪墻高為2.0 m，高出壩頂1.2 m。從上游到下游將壩體分為C20砼預制塊保護層、細沙墊層、細土墊層、防滲復合土工膜（二布一膜）、細土墊層、碾壓風化料壩體、下游護坡及下游排水體（貼坡排水）等。上游壩坡由10 cm厚C20砼預制塊保護層、10 cm厚粗沙墊層、10 cm厚細土墊層、防滲復合土工膜（二布一膜）、10 cm厚細土墊層組成。壩體防滲結構主要由防滲趾墻及復合土工膜組成，土工膜底部埋入趾墻內，頂部埋入防浪墻內。大壩下游采用貼坡式排水，排水體頂部高程2 098.00 m，頂部寬4.83 m。

4.2 溢洪道

溢洪道布置于右岸，為岸坡式正槽開敞式溢洪道。溢洪道由上游進水渠、控制段[WES（Waterways Experiment Station）實用堰]、泄槽、消力池組成。溢洪道總長86.27 m，其中進水渠長10.525 m，控制段長4.42 m，泄槽段60.33 m，消力池長11 m。進水渠段長10.525 m，寬7 m，底板高程2 104.5 m，底板為0.5 m厚C25砼。溢流堰為WES型實用堰，由上游面曲線、下游面曲線、直線段、反弧段組成。堰頂高程2 106.00 m，溢流堰分為兩孔，單孔凈寬3.0 m，溢洪道寬9.0 m，中墩及兩側邊墩厚1.0 m;堰頂設置寬5.0 m的板式交通橋。堰頂上游段堰頭采用橢圓曲線，下游為冪曲線。泄槽從樁號Y0+004.190～Y0+014.190為收縮段，寬度從7 m收縮到3.5 m。溢洪道出口采用底流消能，消力池長11.0 m，挖深1.0 m，底板高程2 089.10 m，消力池邊墻采用1 m厚C25鋼筋砼澆筑，消力池底板采用1.0 m厚C25鋼筋混凝土澆筑，設計墻高2.5 m。

4.3 導流兼取水、放空建筑物

導流隧洞布置于左岸，采用城門洞型斷面，過流斷面為2.00 m（寬）×2.50 m（高），直墻高度為2.0 m，頂拱中心角為106°，采用C25鋼筋混凝土進行澆筑襯砌，襯砌厚度為0.4 m。后期導流隧洞經(jīng)改造，采用C20砼封堵，封堵長度5 m，堵頭內預埋公稱直徑為300 mm焊接鋼管作取水兼放空之用，并在放空管上分設公稱直徑為300 mm取水管及公稱直徑為100 mm生態(tài)放水管，每根管上分別設置閘閥進行控制，并修建閘閥室，閘閥室底板高程2 090.83 m。

5 大壩結構穩(wěn)定設計計算

5.1 滲透穩(wěn)定計算

計算滲流的目的是確定壩體浸潤線，并供壩體穩(wěn)定計算之用[4]。壩體滲流計算的基本參數(shù)是壩體剖面結構，本設計選用最大斷面0+027.000為計算斷面。采用河海大學工程力學系、南京水準科技有限公司編寫的AutoBank分析軟件進行計算，結果如表1所示。

從表1計算結果可知，各種工況下壩體滲透坡降[J]均小于允許值，壩體滲流形態(tài)安全。

5.2 壩坡穩(wěn)定性分析

壩坡抗滑穩(wěn)定性計算應采用剛體極限平衡法。越南溝山塘碾壓風化料壩為土石壩，宜采用計及條塊間作用力的簡化畢肖普法[5]。本文采用河海大學工程力學系、南京水準科技有限公司編寫的AutoBank分析軟件進行計算，計算結果如表2所示。

從表2可知，各種工況下壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計算值均大于規(guī)范要求的穩(wěn)定安全系數(shù)允許值，穩(wěn)定性好且安全富裕度較高。

6 結論

結合調洪特征水位，確定越南溝山塘碾壓風化料壩壩頂高程為2 107.80 m，防浪墻頂高程為2 109 m。穩(wěn)定性和壩體應力分析結果表明，不同運行工況條件下，壩體抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)和壩體應力均滿足規(guī)范要求值，大壩基本剖面設計合理可行，結構安全穩(wěn)定。

參考文獻：

[1]陳永昌，徐善平，陳起紅.山塘除險加固設計探討[J].浙江水利科技，2013（1）：15-16.

[2]熊巖.小型病險水庫除險加固設計常見的問題分析[J].水利技術監(jiān)督，2020（3）：30-34.

[3]劉凱.過水土壩的除險加固設計[J].湖南水利水電，2016（5）：70-72.

[4]袁俊.土壩除險加固設計分析[J].水利科技與經(jīng)濟，2015（12）：41-42.

[5]宋曉明.水庫大壩除險加固設計及滲流分析[J].水利技術監(jiān)督，2015（4）：56-58.