□向廣銀（信陽市水利勘測設(shè)計(jì)院）

信陽市海營水庫大壩上游坡穩(wěn)定分析及處理設(shè)計(jì)

□向廣銀（信陽市水利勘測設(shè)計(jì)院）

海營水庫大壩上游壩坡現(xiàn)狀為混凝土護(hù)坡，大部分已嚴(yán)重碳化、斷裂、滑塌，無法抗御風(fēng)浪，致使多處壩坡沖刷嚴(yán)重，坡率不一。文章通過對水庫大壩上游壩坡穩(wěn)定分析，提出相應(yīng)的護(hù)坡處理方案,通過除險(xiǎn)加固處理，水庫面貌煥然一新，現(xiàn)已成為信陽市一道靚麗的風(fēng)景線。

壩坡穩(wěn)定復(fù)核;混凝土護(hù)坡;海營水庫

1 基本情況

海營水庫位于信陽市工業(yè)城管理區(qū)祠堂村，處在淮河水系小洋河支流上，是一座以防洪、灌溉為主，結(jié)合水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合利用的?。?）型水庫，控制流域面積1.73km2，總庫容116.70萬m3。水庫主要建筑物包括大壩、溢洪道、輸水洞等。

大壩為均質(zhì)土壩，壩長222m，現(xiàn)狀壩頂高程為116.80～117.20m，最大壩高14.80m，壩頂寬4.60m，鄉(xiāng)村公路從壩頂通過。大壩實(shí)測上游坡比1∶2.5、下游坡比1∶2.4，上游壩坡為混凝土護(hù)坡，損毀嚴(yán)重，下游為草皮護(hù)坡，無橫向排水溝。2010年，當(dāng)?shù)匦藿ā按宕逋ā钡缆?，在海營壩頂澆筑C20混凝土路面，寬4m。

2 大壩上游坡抗滑穩(wěn)定復(fù)核

2.1 計(jì)算斷面

選取最大壩高處斷面作為大壩穩(wěn)定分析的典型剖面，見圖1。

圖1 大壩抗滑穩(wěn)定計(jì)算典型剖面圖

2.2 計(jì)算參數(shù)選取

計(jì)算參數(shù)均取自2008年9月信陽市水利勘測設(shè)計(jì)院編制的《河南省信陽市海營水庫除險(xiǎn)加固初步設(shè)計(jì)階段工程地質(zhì)勘察報(bào)告》。筑壩材料各種物理特性指標(biāo)匯總見表1。

表1 筑壩材料物理特性指標(biāo)（采用值）

2.3 計(jì)算工況

根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL274-2001)的要求，計(jì)算工況如下：

壩坡穩(wěn)定按穩(wěn)定滲流期和水庫水位降落期兩種工況進(jìn)行復(fù)核。

上游壩坡：①上游最不利水位112.53m；②校核水位115.60m突降至正常蓄水位114.50m。

下游壩坡：①上游設(shè)計(jì)水位115.33m；②正常蓄水位114.50m；③上游校核水位115.60m。

2.4 規(guī)范允許值

海營水庫大壩為4級建筑物，根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL274-2001)規(guī)定，正常運(yùn)用條件下，壩坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)應(yīng)不小于1.15；非常運(yùn)用條件(即水位非常降落條件)下，壩坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)應(yīng)不小于1.05。

2.5 壩坡穩(wěn)定計(jì)算

壩坡穩(wěn)定分析采用瑞典圓弧法分析。計(jì)算公式如下：

式中：W—土條重量；Q、V—分別為水平和垂直地震慣性力；W—作用于土條底面的孔隙壓力；α—條塊重力線與通過此條塊底面中點(diǎn)的半徑之間的夾角；b—土條寬度；c′、φ′—土條底面的有效應(yīng)力抗剪強(qiáng)度指標(biāo)；MC—水平地震慣性力對圓心的力矩；R—圓弧半徑。

大壩結(jié)構(gòu)安全最小安全系數(shù)復(fù)核成果見表2。

表2 大壩壩坡穩(wěn)定安全分析成果表

海營水庫大壩屬4級建筑物，根據(jù)《小型水庫碾壓式土石壩設(shè)計(jì)導(dǎo)則》對4級建筑物最小安全系數(shù)的規(guī)定：正常情況為1.15，非常情況為1.05。由表2可見，校核水位工況下，下游坡壩坡穩(wěn)定安全系數(shù)不滿足規(guī)范要求，其余工況下均滿足規(guī)范要求。

3 大壩上游坡護(hù)坡設(shè)計(jì)

本次除險(xiǎn)加固擬對大壩上游坡原混凝土護(hù)坡予以拆除翻修，護(hù)坡翻修范圍為高程死水位110.10m至壩頂。護(hù)坡類型，擬選兩種方案進(jìn)行比較：

方案①：采用混凝土護(hù)坡，厚0.15m，下鋪筑0.15m厚砂石墊層，計(jì)需拆除混凝土268m3，原墊層167m3，澆筑混凝土738m3，鋪設(shè)砂石墊層577m3，工程投資43.02萬元。

混凝土護(hù)坡厚度計(jì)算：

計(jì)算公式：(見SL274-2001《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》)

式中：η—系數(shù)，對整體式大塊護(hù)面板取1.00；hp—累積頻率為 1%的波高，m，hp=1.75m；b—沿壩坡向板長，m，b=3m；ρc—板的密度，t/m3，取 ρc=2.40t/m3；ρw—水的密度，t/m3，取ρw=1.00t/m3；m—邊坡系數(shù)，m=2.50；Lm—平均波長，m，Lm=11.23m。

經(jīng)計(jì)算，t=0.15m，取混凝土護(hù)坡厚度為0.15m。

方案②：采用干砌石護(hù)坡，厚0.30m，下鋪0.10m厚碎石墊層，計(jì)需拆除混凝土268m3，原墊層167m3，砌筑干砌石1320.70m3，碎石墊層379m3，工程投資39.40萬元。

塊石護(hù)坡厚度計(jì)算：

計(jì)算公式：(見SL274-2001《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》)

式中：D—石塊的換算球形直徑，m；kt—隨坡率變化的系數(shù)，查表得 kt=1.20；ρw—水的密度，kg/m3，取 ρw=1.00×103kg/m3；ρk—塊石密度，kg/m3，取 ρk=2.60×103kg/m3；hp—累積頻率為1%的波高，hp=1.10m；m—邊坡系數(shù)，m=2.50。

經(jīng)計(jì)算，t=0.28m，取砌石護(hù)坡厚度為0.30m。

兩種方案工程造價(jià)相差不大，方案②塊石原材料外購困難，且塊徑大多不能滿足規(guī)范要求，施工質(zhì)量難以保證。綜合比較，護(hù)坡類型采用方案①。C20混凝土護(hù)坡厚0.15m，下鋪0.15m厚砂石墊層。護(hù)坡按3m×3m分縫，縫寬100mm，縫內(nèi)填塞無砂混凝土排水帶，排水帶下鋪300mm寬土工布，護(hù)坡周邊槽采用C20混凝土澆筑。

由于原混凝土護(hù)坡大部分已嚴(yán)重碳化，斷裂，滑塌，無法抗御風(fēng)浪，致使多處壩坡沖刷嚴(yán)重，坡率不一，所以在上游護(hù)坡翻修前應(yīng)對上游壩坡進(jìn)行整坡，整坡后坡比為1:2.5。

4 結(jié)語

海營水庫除險(xiǎn)加固主要內(nèi)容包括：大壩水泥土攪拌樁防滲加固處理；上游混凝土護(hù)坡，下游草皮護(hù)坡，配套壩腳排水棱體及坡面排水溝，壩頂混凝土路面；溢洪道加固處理；輸水洞拆除重建。隨著信陽城市發(fā)展，海營水庫現(xiàn)已納入主城區(qū)發(fā)展范圍，通過除險(xiǎn)加固處理，水庫面貌煥然一新，現(xiàn)已成為信陽市一道靚麗的風(fēng)景線。

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2014-01-08

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