大溪水懷德水庫(kù)擴(kuò)建要點(diǎn)分析

陳國(guó)榮

（東莞市南畬塱排站管理處,廣東 東莞 523325）

1 引言

水庫(kù)工程擴(kuò)建改造工程已經(jīng)在較多的水利工程中得到了推廣使用,取得了較為成功的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。目前,老爐下水庫(kù)[1]、塘巴水庫(kù)[2]、瀟水涔天河水庫(kù)[3]、梅子箐水庫(kù)[4]等均已進(jìn)行改擴(kuò)建工程建設(shè),取得了良好的經(jīng)濟(jì)、生態(tài)效益。

現(xiàn)狀大溪水水庫(kù)、懷德水庫(kù)位于廣東省東莞市西部虎門(mén)鎮(zhèn)大嶺山森林公園內(nèi),懷德水庫(kù)位于大溪水水庫(kù)庫(kù)區(qū)上游,兩庫(kù)為“子母庫(kù)”。現(xiàn)狀大溪水水庫(kù)集雨面積約8.5 km2（含懷德水庫(kù)）,興利庫(kù)容335.0 萬(wàn)m3,懷德水庫(kù)集水面積約6.1 km2,興利庫(kù)容171.0 萬(wàn)m3,兩水庫(kù)現(xiàn)狀總調(diào)蓄庫(kù)容506 萬(wàn)m3。根據(jù)復(fù)核分析,現(xiàn)狀水庫(kù)的庫(kù)容無(wú)法滿(mǎn)足調(diào)蓄、應(yīng)急供水、灌溉等需求,需進(jìn)行擴(kuò)建改造工程建設(shè)。

擴(kuò)建大溪水懷德水庫(kù)工程是將現(xiàn)狀大溪水水庫(kù)、懷德水庫(kù)之間的大壩拆除,并在大溪水水庫(kù)大壩處新建大壩,將兩庫(kù)合二為一,提高正常蓄水位,增加水庫(kù)調(diào)蓄庫(kù)容。水庫(kù)擴(kuò)建后提升正常蓄水位至88.0m,相應(yīng)調(diào)蓄庫(kù)容約3568 萬(wàn)m3。

2 工程概況

大溪水庫(kù)地處陂河流域上游大溪水（大溪水庫(kù)壩下游稱(chēng)陂河,上大溪水庫(kù)壩下游稱(chēng)陂河,上大溪水庫(kù)壩下游稱(chēng)陂河,上大溪水庫(kù)壩下游稱(chēng)陂河）,距下游的橫崗水庫(kù)壩址約8 km,距離虎門(mén)鎮(zhèn)城區(qū)約18 km,附近的大溪高鐵擴(kuò)建后的大溪水懷德水庫(kù)的工程量任務(wù)以調(diào)蓄、應(yīng)急供水為主,兼顧灌溉及下游防洪任務(wù)。大溪水懷德水庫(kù)擴(kuò)建工程項(xiàng)目包含兩個(gè)部分：一是大溪水懷德水庫(kù)擴(kuò)建工程,二是沙溪分水口至五點(diǎn)梅水庫(kù)群連通管工程。大溪水水庫(kù)興建于1973 年,集雨面積約8.5 km2,水庫(kù)總庫(kù)容589.5 萬(wàn)m3,興利庫(kù)容335.0 萬(wàn)m3,屬?。?）型水庫(kù),水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為100 年一遇,校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為1000 年一遇。懷德水庫(kù)興建于1950 年,集水面積約6.1 km2,水庫(kù)總庫(kù)容284.0 萬(wàn)m3,興利庫(kù)容171.0 萬(wàn)m3,屬?。?）型水庫(kù),設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為50 年一遇,校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為1000 年一遇。

3 壩體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 壩頂構(gòu)造

大壩為粘土心墻土石壩。壩頂路面高程為93.0 m,最大壩高為55 m,大壩壩頂長(zhǎng)度為488 m；壩頂寬度按照中壩的要求,并考慮雙車(chē)道通車(chē)需要,取壩頂寬度為8 m,壩頂采用250 mm 厚混凝土路面,路面雙向排水。

3.2 上下游壩坡

大壩迎水坡坡比為1∶3.0,迎水坡護(hù)坡采用C25 砼護(hù)坡,護(hù)坡厚度250 mm,迎水坡壩腳采用永臨結(jié)合土石圍堰固腳；背水坡坡比為1∶2.5,并在每隔15 m 高程處設(shè)置2 m 寬的馬道,背水坡由壩頂至排水棱體平臺(tái)均采用草皮護(hù)坡。迎水坡壩腳采用永臨結(jié)合土石圍堰固腳[5-6]。

3.3 壩體材料分區(qū)

大壩上游筑壩料為全強(qiáng)風(fēng)化料；中間為粘土心墻,粘土心墻以壩軸線(xiàn)為中心對(duì)稱(chēng)布置,心墻頂寬4.0 m,上下游坡度均為1∶0.2；大壩下游上部筑壩料為全強(qiáng)風(fēng)化料、下部為排水棱體。上游壩體全強(qiáng)風(fēng)化料與粘土心墻之間設(shè)置反濾層,厚1500 mm；下游壩體上部全強(qiáng)風(fēng)化料與粘土心墻之間設(shè)置反濾層（厚1500 mm）和排水層（厚3000 mm）；下游壩體全強(qiáng)風(fēng)化料底層設(shè)置粗砂碎石墊層（厚1000 mm）和排水墊層（厚3000 mm）。

3.4 壩體防滲、排水

壩體防滲采用粘土心墻。為有效降低壩體浸潤(rùn)線(xiàn)和孔隙水壓力,改變滲流方向,防止?jié)B流出逸處產(chǎn)生滲透變形破壞,在大壩下游設(shè)置排水層以及在壩腳處設(shè)置排水棱體。排水棱體后接壩腳排水溝,將壩體、壩基滲水排入下游。棱體頂高程為53.0 m,高12 m,頂寬2 m,內(nèi)坡1∶1.5,外坡1:2.0。

3.5 壩基防滲

大壩壩基防滲采用砼防滲墻及帷幕灌漿相結(jié)合的方式。防滲墻厚600 mm,墻底深入弱風(fēng)化層以下1.0 m；在防滲墻底部進(jìn)行帷幕灌漿,帷幕灌漿深入5 Lu 線(xiàn)以下5.0 m。

4 壩體滲透穩(wěn)定及抗滑穩(wěn)定分析

計(jì)算采用的主壩各土層及筑壩材料的物理力學(xué)指標(biāo)見(jiàn)表1。根據(jù)大壩壩型設(shè)計(jì)情況,本次計(jì)算選取主壩樁號(hào)0+175 斷面（最大壩高處）進(jìn)行計(jì)算。

表1 主、副壩各土層及筑壩材料計(jì)算參數(shù)

根據(jù)規(guī)范規(guī)定,并參照相關(guān)規(guī)范要求,滲流計(jì)算考慮水庫(kù)運(yùn)行中出現(xiàn)的各種不利情況,結(jié)合水庫(kù)工程實(shí)際情況,計(jì)算以下四種水位組合：

① 上游正常蓄水位88.00 m；

② 上游設(shè)計(jì)洪水位89.86 m；

③ 上游校核洪水位90.43 m；

④ 從正常蓄水位88.00 水位驟降至死水位55.00 m。

壩基為強(qiáng)風(fēng)化巖,灌漿處理后視壩基為相對(duì)不透水層,壩體排水為棱體與褥墊結(jié)合的綜合式排水。

壩坡出逸段及下游壩基表面最大出逸比降、壩體及壩基滲流量計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2 及圖1、圖2。

圖1 正常蓄水位等勢(shì)線(xiàn)圖

圖2 驟降工況等勢(shì)線(xiàn)圖(由正常蓄水位驟降至死水位)

表2 主壩各工況滲流計(jì)算結(jié)果

根據(jù)表2 的計(jì)算結(jié)果,下游壩坡出逸段最大比降均小于壩體填筑材料的允許滲透比降0.5～0.6,因此,壩體滲透穩(wěn)定滿(mǎn)足要求。

5 壩體穩(wěn)定計(jì)算

5.1 計(jì)算方法及計(jì)算工況

大壩壩坡穩(wěn)定分析采用。計(jì)算方法采用瑞典條分法,不考慮土條間的相互作用力。對(duì)于各種計(jì)算工況,均采用簡(jiǎn)化畢肖普法計(jì)算。

正常運(yùn)用條件：

② 正常蓄水位88.0 m；

② 設(shè)計(jì)洪水位89.86 m；

④ 從正常蓄水位88.0 m 驟降至死水位55.0 m。

非常運(yùn)用條件Ⅰ：

⑤ 校核洪水位90.43 m；

⑥ 施工期上、下游壩坡穩(wěn)定；

⑦ 從校核洪水位90.43 m 水位驟降至死水位55.0 m。

非常運(yùn)用條件Ⅱ：

⑧ 正常蓄水位88.0 m 遇地震；

⑨ 設(shè)計(jì)洪水位89.86 m 遇地震；

⑩ 從正常蓄水位88.0 m 驟降至死水位55.0 m 遇地震。

5.2 穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果與分析

各工況壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3,計(jì)算結(jié)果圖見(jiàn)圖3、圖4。

圖3 正常蓄水位工況壩坡穩(wěn)定滑弧圖(有效應(yīng)力法)

圖4 正常蓄水位遇地震工況壩坡穩(wěn)定滑弧圖(有效應(yīng)力法)

表3 壩坡穩(wěn)定計(jì)算成果表

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果,主壩壩體的抗滑穩(wěn)定均滿(mǎn)足要求。

6 結(jié)論

大溪水懷德水庫(kù)擴(kuò)建工程是珠江三角洲水資源配置工程的重要組成部分,對(duì)整個(gè)工程效益的發(fā)揮具有非常重要的作用。為了提升大溪水懷德水庫(kù)的效益,對(duì)水庫(kù)大壩進(jìn)行改造擴(kuò)建。大壩為粘土心墻土石壩,改造后壩頂路面高程為93.0 m,最大壩高為55 m,大壩壩頂長(zhǎng)度為488 m,同步采取相關(guān)防滲加固措施。采用有限元數(shù)值分析方法對(duì)大壩滲流和壩坡穩(wěn)定性情況進(jìn)行分析,計(jì)算結(jié)果表明,處理后的大壩穩(wěn)定性較高,可滿(mǎn)足相關(guān)規(guī)范要求。壩基為強(qiáng)風(fēng)化巖,建議在擴(kuò)建施工過(guò)程中加強(qiáng)施工質(zhì)量控制,做好壩基的灌漿處理,提高擴(kuò)建改造工程的綜合效益。