沖巴湖水庫大壩迎水面修復設計

李亞文，阿旺次仁，侯元升，羅 桑

（1.中水東北勘測設計研究有限責任公司，吉林長春130021；2.西藏滿拉水利樞紐管理局，西藏江孜857400）

1 概述

沖巴湖水庫位于年楚河左岸源頭支流沖巴涌曲上，地處西藏自治區(qū)日喀則市康馬縣境內，距康馬縣縣城43 km。壩址控制集水面積184 km2，徑流由冰川冰雪融水、降水、地下水補給，湖口多年平均徑流量為2.94 m3/s。

沖巴湖水庫是一座以灌溉為主，兼顧防洪和保護生態(tài)環(huán)境任務的工程。工程為Ⅱ等大（2）型工程，主要建筑物按Ⅱ級設計，次要建筑物按Ⅲ級設計。水庫基本參數(shù)：正常蓄水位4 578.00 m，死水位4 569.50 m，設計洪水位4 578.25 m，相應下游水位4 571.70 m，校核洪水位4 578.45 m，相應下游水位4 571.70 m，總庫容6.61×108m3，興利庫容1.13×108m3。設計洪水重現(xiàn)期500 年，校核洪水重現(xiàn)期5 000 年。水庫設計灌溉面積為4.33 萬hm2（其中耕地3.00 萬hm2）。

樞紐工程主要有主壩、左副壩、右?guī)彀?、溢洪道、放水系統(tǒng)等建筑物組成。主壩為粘土心墻砂礫石壩，壩頂高程為4 581.20 m，最大壩高11.90 m，壩長120.00 m，壩頂寬6.00 m，上游護坡采用鋼筋混凝土，下游護坡采用干砌石；副壩位于主壩左側，為高噴混凝土防滲墻砂礫石壩，最大壩高3.90 m，壩長578.00 m，上下游護坡均采用干砌石；右?guī)彀堕L150.00 m，上游護坡采用干砌石。溢洪道采用開敞式，總長321.50 m，設計下泄流量為15 m3/s。放水系統(tǒng)包括引渠、啟閉機室、放水洞、消力池、放水渠，放水洞設計放水流量為40 m3/s，放水渠總長405.00 m。

2 大壩存在的問題

沖巴湖水庫大壩于1986 年進行勘測設計，1989 年竣工并投入運行。由于當時受資金的限制，勘測工作量不足，設計標準低，未考慮防洪庫容，水庫各建筑物不滿足規(guī)范要求，加之維護、檢修工作跟不上，水庫上游壩面局部沉陷、架空，壩頂淺層縱向貫通裂縫逐年增大、下游壩面局部變形和破壞，壩肩繞壩滲漏，放水系統(tǒng)、翼墻、洞身及消力池等建筑物破壞嚴重，溢洪道存在冰凍破壞和滲漏險情，庫岸淘刷滲漏嚴重，管理與觀測設施缺乏。2000 年9 月開始進行除險加固，2002 年初驗收并投入正常運行。

除險加固后，沖巴湖水庫已正常運行近20 年，由于長期反復經受冰推、凍脹、浪淘作用，目前水庫左副壩、右?guī)彀队娓善鍪o坡（主壩左右兩側）局部松動、錯位、隆起、沉陷。

3 大壩迎水面修復設計

3.1 基本資料

庫區(qū)最大風速為29.60 m/s，多年平均最大風速為23 m/s，風區(qū)長3 000 m。庫區(qū)最高氣溫為15 ℃，最低氣溫為-30 ℃。最大凍土深度為1.60 m，湖面結冰厚20~40 cm，結冰期為每年10 月底至次年3 月底。日光輻射強烈，日照時間長，多年平均日照3 190 h。湖面蒸發(fā)強度大，多年平均水面蒸發(fā)1 456 mm。冬季風沙大，持續(xù)時間長，空氣干燥，相對濕度小，年均相對濕度為43%。

根據(jù)國家地震局編制的國家標準GB 18306-2015《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》（1/400 萬），工程區(qū)地震動峰值加速度為0.20 g，相應地震基本烈度為Ⅷ度。

3.2 原則

1）安全可靠、就地取材、節(jié)省投資和工藝簡單。

2）考慮壩面美觀，并與周圍坡面相協(xié)調。

3）保持原壩坡坡比，不破壞壩體結構，不侵占水庫庫容。

3.3 方案

大壩迎水面護坡形式有鋼筋混凝土板、干砌石、漿砌石、混凝土預制塊等，但該工程為大壩迎水面的局部破壞修復，考慮到大壩迎水面的完整性、與周圍坡面的協(xié)調性及施工的便利性，沖巴湖水庫左副壩、右?guī)彀队孀o坡修復仍采用原設計方案，即干砌石護坡。

3.4 護坡厚度復核計算

根據(jù)SL 274-2001《碾壓式土石壩設計規(guī)范》，大壩迎水面干砌石護坡在最大局部浪壓力作用下的護坡直徑計算公式：

式中：D——石塊的換算球形直徑，m；D50——石塊的平均粒徑，m；Kt——隨坡率變化的系數(shù)；ρw——水密度，t/m3，取1 t/m3；ρk——塊石密度，t/m3，取 2.65 t/m3；m—— 壩 坡 的 坡 度 系 數(shù) ；hp——累計頻率為5%的波高，m；Lm——平均波長，m；t——護坡厚度，m。

波浪的平均波高和平均波周期采用莆田試驗站公式計算：

平均波長Lm按下式計算：

式中：g——重力加速度，取9.81 m/s2；hm——平均波高，m；W——計算風速，m/s，正常運用工況采用多年平均最大風速的1.5 倍，為34.50 m/s，非常運用工況采用多年平均最大風速，為23.0 m/s；Hm——水域平均水深，m；D——風區(qū)長度，m；Tm——平均波周期，s；H——壩迎水面前水深，m。

干砌石護坡厚度計算結果見表1。

表1 干砌石護坡厚度計算結果表 m

由計算結果可得，沖巴湖水庫左副壩、右?guī)彀队娓善鍪o坡厚度在最大局部浪壓力作用下最大為0.328 m，與原設計厚度0.35 m 基本相同，故修復設計采用的干砌石護坡厚度仍為0.35 m。

3.5 護坡修復設計

將左副壩、右?guī)彀队嬉哑茐牟课坏母善鍪跋虏糠礊V層、墊層及無紡布拆除，局部沉陷部位回填砂礫石并壓實，壓實后的相對密度不低于0.75。按原設計坡比1∶3.5（右?guī)彀队嫫卤?∶4）修整后，采用35 cm厚干砌石防護，干砌石下依次鋪設 10 cm 砂礫石墊層、400 g/m2無紡布、30 cm 砂礫砂反濾層。反濾層分3 層，每層厚10 cm，從下至上第一層粒徑d<2 mm，第二層粒徑2 mm≤d≤20 mm，第三層粒徑20 mm

圖1 大壩迎水面干砌石護坡修復設計典型剖面圖 （高程：m）

4 結語

沖巴湖水庫工程除險加固后已運行近20 年，為確保水庫大壩運行安全，保障下游人民群眾的生命及財產安全，對已破壞的邊坡進行了修復。工程區(qū)海拔超過4 500 m，地震基本烈度為Ⅷ度，大壩迎水面修復設計以大壩迎水面的完整性、與周圍坡面的協(xié)調性及施工的便利性為原則，采用干砌石防護。修復中充分利用拆除的塊石，就地取材，工藝簡單、節(jié)省投資。