韓瑞芳

河南登封張溝水庫除險加固設(shè)計及其安全評價

韓瑞芳

（河南工程學(xué)院，河南 鄭州 451191）

河南登封張溝水庫大壩安全鑒定為三類壩，需要進(jìn)行除險加固。水庫除險加固采取擴(kuò)寬溢洪道以提高防洪能力，對上下游壩坡進(jìn)行整修護(hù)砌，新建壩頂路面、防浪墻，對放水管啟閉塔和工作橋拆除重建，更換了閘門啟閉機(jī)。以加固后的典型橫剖面為研究對象，對大壩進(jìn)行滲透穩(wěn)定和抗滑穩(wěn)定復(fù)核，計算結(jié)果表明：水庫除險加固后，各工況下壩體浸潤線明顯降低，滲流量減小，滲透坡降小于允許值、壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均大于允許值。

河南登封；張溝水庫；除險加固；土石壩；滲透穩(wěn)定；抗滑穩(wěn)定；安全評價

1 工程概況

河南登封張溝水庫是一座以防洪為主，兼顧灌溉以及水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合利用的小型Ⅰ類水利工程。水庫控制流域面積為20.7 km2，總庫容為833.2萬 m3，正常蓄水位為 511.45 m，設(shè)計洪水位為514.49m，校核洪水位515.92m。該水利樞紐由大壩、溢洪道和放水管等組成。水庫大壩為土石壩，現(xiàn)狀壩頂高程為515.95m，最大壩高為32.3m，壩頂寬為4m，壩頂軸線長為605m。大壩上游壩坡設(shè)為4級，自上而下坡比依次為：1∶2.1、1∶2.1、1∶2.4、1∶2.4，在高程 511.45 m、506.6 m、502.83 m處分別設(shè)有馬道。下游坡為5級邊坡，自上而下坡比依次為：1∶1.6、1∶2.0、1∶2.3、1∶2.0、1∶1.5，坡度變化處分別設(shè)有馬道。溢洪道位于大壩左岸，進(jìn)口寬頂堰寬度為34m，堰頂高程為511.45m，總長288m?，F(xiàn)狀放水管位于大壩左側(cè)，為砌石無壓涵洞，斷面形式為城門洞形，最大泄流量為4m3／s，進(jìn)口控制為平面鑄鐵轉(zhuǎn)動式閘門。

張溝水庫始建于1959年，經(jīng)過半個多世紀(jì)的運行，大壩存在安全隱患。《張溝水庫安全評價報告》指出，水庫的現(xiàn)有防洪標(biāo)準(zhǔn)不能滿足國標(biāo)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》（GB50201-94）規(guī)定的下限設(shè)防要求；大壩下游壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)不滿足規(guī)范要求，上、下游坡坡面大部分未護(hù)砌；溢洪道泄流能力不滿足要求，無消能設(shè)施；放水管進(jìn)口處有裂縫，閘門及啟閉設(shè)備陳舊老化、銹蝕嚴(yán)重。依據(jù)《水庫大壩安全評價導(dǎo)則》（SL258-2000），大壩安全類別為三類，屬于病險水庫，需盡快進(jìn)行除險加固。

目前，對于中小型病險水庫土石壩的除險加固已有較多成熟措施，如帷幕灌漿、高噴灌漿，大壩加高等［1～3］。筆者針對張溝水庫存在的病險問題，探討了相應(yīng)的除險加固措施，分析了加固后大壩的滲流穩(wěn)定性和抗滑穩(wěn)定性，從而對除險加固后的大壩進(jìn)行了安全性評價。

2 水庫除險加固措施

2.1 大壩工程除險加固措施

大壩工程采取的加固措施主要有：（1）上游坡未護(hù)砌部分采用干砌石護(hù)砌（30 cm厚）。按單層塊石砌筑，塊石直徑不小于30 cm。（2）壩頂新建1.15m高漿砌石防浪墻，墻頂高程為517.10m；新修壩頂混凝土路面，厚為20 cm，路面控制高程為516.06m，路面凈寬為3.8m。（3）下游坡坡面整修，增設(shè)壩頂及下游坡排水系統(tǒng)。（4）重建上、下游坡踏步，增設(shè)安全觀測設(shè)施。

2.2 溢洪道工程除險加固措施

本次除險加固工程對溢洪道進(jìn)行擴(kuò)寬（由34m擴(kuò)寬至40m）。經(jīng)水庫調(diào)洪演算，設(shè)計洪水位為514.49m，比現(xiàn)狀溢洪道寬度調(diào)洪演算設(shè)計水位515.00m低，滿足防洪要求。溢洪道進(jìn)口由寬頂堰控制，堰頂高程為511.45m，堰寬為40m。溢洪道總長為231.18m，總落差為11m，沿軸線共分進(jìn)口裹頭段、控制段、收縮段、陡坡段、消能段及出水渠段6個部分。兩岸按照20年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)+超高（0.5m）進(jìn)行護(hù)砌。新建溢洪道生產(chǎn)橋。

2.3 放水管工程除險加固措施

放水管工程除險加固措施包括：放水管啟閉塔及工作橋重建、更換閘門和啟閉機(jī)。啟閉塔進(jìn)口采用漿砌石喇叭口形式，塔身采用C30鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)采用整體筏板基礎(chǔ)，尺寸為8.3m×4.93m× 1m（長×寬×厚）?；A(chǔ)下設(shè)C10混凝土墊層，以上至檢修平臺為豎井。檢修平臺高出正常蓄水位（興利水位）50 cm，高程為511.95m。檢修平臺以上采用框架柱與頂部的啟閉機(jī)平臺相連。對連接大壩的工作橋進(jìn)行拆除重建。更換2扇平板鋼閘門，2 t卷揚啟閉機(jī)2臺。

3 除險加固后大壩安全性評價

3.1 計算模型

選取除險加固后的大壩典型橫斷面，即樁號0+ 350處斷面（如圖1所示）為計算模型，大壩上游壩坡自上而下坡比依次為：1∶2.1、1∶2.1、1∶2.4、1∶2.4，各級邊坡間均設(shè)有馬道。下游坡自上而下坡比依次為：1∶1.6、1∶20、1∶2.3、1∶20、1∶1.5，各級邊坡間均設(shè)有馬道。水庫設(shè)計洪水位為514.49m，校核洪水位為515.92 m，正常蓄水位為511.45m，死水位為497.55m。

圖1 張溝水庫大壩斷面圖（mm）Fig.1 Zhanggou reservoir dam cross-section

3.2 計算工況及計算參數(shù)

依據(jù) 《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》（SL274-2001）確定下面幾種工況為本次計算的典型工況：（1）正常運用條件。水庫水位位于正常蓄水位、設(shè)計水位與死水位之間的各種水位的穩(wěn)定滲流期。（2）非常運用條件。庫水位驟降情況。

根據(jù)水庫工程地質(zhì)報告的取樣試驗資料，選取加固后各種材料的滲透系數(shù)與物理力學(xué)指標(biāo)，如表1所示。

3.3 計算結(jié)果及分析

（1）壩體滲透穩(wěn)定分析。

加固后，各工況壩體的單寬滲流量及逸出點滲透坡降如表2所示。

由表2可以看出，壩體和壩基滲透坡降均滿足規(guī)范要求。

（2）壩體抗滑穩(wěn)定分析。

表1 壩體材料的物理力學(xué)指標(biāo)Table 1 Physic-mechanical index of dam body material

表2 大壩加固后下游坡滲透計算成果表Table 2 Downstream slope permeate calculation after the dam reinforcement

根據(jù)SL274-2001《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》，正常情況下，Ⅳ級建筑物的安全系數(shù)為1計算。現(xiàn)狀大壩壩坡抗滑穩(wěn)定分析成果如表3所示。

.15，非常情況為1.06，非常地震工況為1.01。計算程序采用北京理正軟件設(shè)計研究院編制的《邊坡穩(wěn)定分析》程序進(jìn)行

由表3可以看出，大壩壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)滿足規(guī)范要求。

表3 大壩加固后壩坡抗滑穩(wěn)定分析成果表Table 3 Dam slope anti-sliding stability analysis after the dam reinforcement

4 結(jié)語

張溝水庫采取上述除險加固措施后，運行狀況良好，解決了水庫歷年來存在的安全隱患，為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。建議：在大壩運行期間，加強(qiáng)大壩安全監(jiān)測，保證工程安全運行。述［J］.中國水利，2010（18）：17-20.

［2］鈕新強(qiáng).水庫病害特點及除險加固技術(shù)［J］.巖土工程學(xué)報，2010（1）：153-157.

［3］蔣春艷,黎峰,張海旭,等.丁灣水庫大壩除險加固及其安全評價［J］.人民黃河，2012（4）：114-116.

[責(zé)任編輯 楊明慶]

［1］譚界雄，位敏.我國水庫大壩病害特點及除險加固技術(shù)概

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2015-05-19

韓瑞芳（1979-），女，河南安陽人，工程師，主要從事水工結(jié)構(gòu)工程方面的工作。