賀瑜（大同縣水務(wù)局山西大同037300）

大同縣魚兒澗水庫除險(xiǎn)加固方案探析

賀瑜
（大同縣水務(wù)局山西大同037300）

本文根據(jù)大同縣魚兒澗水庫運(yùn)行狀況，針對(duì)水庫病、險(xiǎn)情等問題，對(duì)水庫進(jìn)行了除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)，徹底消除其安全隱患，確保水庫正常運(yùn)行，使其發(fā)揮應(yīng)有的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

水庫除險(xiǎn)加固；建設(shè)方案；探析

1　工程概況

大同縣魚兒澗水庫位于山西省大同縣瓜園鄉(xiāng)魚兒澗村西，所在河流為海河流域桑干河一級(jí)支流東紫峰溝，控制流域面積為45km2，流域平均坡度11‰，多年平均降雨量為394mm。水庫修建于1989年，設(shè)計(jì)總庫容32萬m3。大壩為碾壓均質(zhì)土壩，壩高7m，壩頂寬8m，壩長(zhǎng)87m。近年來年均蓄水庫容12萬m3，年均灌溉面積0.2萬畝，是一座以灌溉為主兼有水產(chǎn)養(yǎng)殖的?。?）型水庫，工程等級(jí)為Ⅴ級(jí)，水工建筑物級(jí)別為5級(jí)。水庫壩高7m，上下游水頭差小于10m，根據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》，按平原、海濱區(qū)水利水電工程永久性水工建筑物的洪水標(biāo)準(zhǔn)為：重現(xiàn)期為10年一遇；校核標(biāo)準(zhǔn)重現(xiàn)期為20年一遇。經(jīng)調(diào)洪演算，魚兒澗水庫20年一遇校核洪水，總庫容26萬m3。

2　存在問題

2.1大壩存在問題

大壩為碾壓均質(zhì)土壩，壩高7m，壩頂寬8m，壩長(zhǎng)87m。其主要問題在于：

（1）壩體填土巖性主要為低液限粉土，局部為低液限粉質(zhì)粘土或粘土，壩體結(jié)構(gòu)松散，組成物質(zhì)較雜亂，均質(zhì)性差。原壩體施工時(shí)未經(jīng)碾壓或碾壓不實(shí)，壩體存在滲透變形和接觸帶滲漏問題。水庫壩基滲透比降不滿足規(guī)范要求，加之壩后未做排水，對(duì)下游邊坡穩(wěn)定不利。

（2）上游壩坡無護(hù)坡，下游壩腳無排水設(shè)施，壩后有滲漏；壩頂不規(guī)則，無防浪墻，壩肩水蝕沖刷嚴(yán)重；無泄洪設(shè)施，放水臥管破損嚴(yán)重，泄洪能力不足；水庫無任何大壩安全觀測(cè)設(shè)施。

2.2庫區(qū)存在的問題

從庫區(qū)的地形、地貌方面來看，河流兩岸岸坡較緩，庫區(qū)低于低洼谷地，為周邊地表和地下水的排泄區(qū)；從巖性條件看，庫底基本由上更新統(tǒng)湖積低液限粉質(zhì)粘土構(gòu)成，可視為庫底隔水層，但在壩中部壩體與壩基接觸帶存在1m厚的粗沙透鏡體，故庫區(qū)整體上存在接觸滲漏的可能。

3　水庫除險(xiǎn)加固方案

針對(duì)水庫病、險(xiǎn)情，為徹底消除其安全隱患，確保水庫正常運(yùn)行，根據(jù)大壩安全鑒定評(píng)價(jià)結(jié)論及建議，根據(jù)省水利廳頒發(fā)的《山西省小（2）型病險(xiǎn)水庫除險(xiǎn)加固工程初步設(shè)計(jì)指導(dǎo)意見（試行）》以及對(duì)水庫樞紐各部分在防洪和結(jié)構(gòu)、滲流安全分析的基礎(chǔ)上，擬定水庫除險(xiǎn)加固方案為：大壩壩體壩基防滲處理；新建溢洪道；放水臥管維修；上游壩坡增設(shè)干砌石護(hù)坡；下游增設(shè)排水排滲設(shè)施；增設(shè)壩頂防浪墻，鋪設(shè)混凝土路面。

4　水庫除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)

4.1壩頂高程設(shè)計(jì)

本水庫大壩為均質(zhì)土壩，根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL274-2001）的規(guī)定計(jì)算。水利水電工程永久性擋水建筑物頂部高程應(yīng)按設(shè)計(jì)情況和校核情況時(shí)的靜水位加相應(yīng)的波浪爬高，風(fēng)雍增高和安全加高。根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL274-2001）5.3.3條規(guī)定，大壩壩頂高程應(yīng)分別按以下運(yùn)用情況計(jì)算取其最大值：

（1）設(shè)計(jì)洪水位加正常運(yùn)用情況的壩頂超高；

（2）正常蓄水位加正常運(yùn)用情況的壩頂超高；

（3）校核洪水位加非常運(yùn)用情況的壩頂超高；

（4）正常蓄水位加非常運(yùn)用情況的壩頂超高，再加地震安全超高。

地震安全加高根據(jù)《水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL203-97）5.2.3條的規(guī)定應(yīng)取1.0m。

經(jīng)計(jì)算魚兒澗水庫現(xiàn)狀壩頂高程953.0m，本次設(shè)計(jì)擬增設(shè)壩頂防浪墻1.0m，防浪墻頂高程954.0m。

4.2大壩滲流及壩坡穩(wěn)定分析

4.2.1滲流計(jì)算

對(duì)壩體進(jìn)行滲流計(jì)算，出逸點(diǎn)高度0.58m，滲透比降0.52＜允許值0.54，單位寬度流量q=0.012m3/（d·m），經(jīng)計(jì)算，下游壩坡滲流穩(wěn)定。

4.2.2壩坡穩(wěn)定計(jì)算

（1）穩(wěn)定計(jì)算工作條件。依據(jù)水庫工程等別，大壩為主要建筑物，按五級(jí)建筑物復(fù)核。大壩穩(wěn)定計(jì)算選取本次實(shí)測(cè)大壩剖面為代表，進(jìn)行抗滑穩(wěn)定計(jì)算。根據(jù)《水庫大壩安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則》SL258-2000、《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL274-2001），并結(jié)合水庫實(shí)際運(yùn)行情況，本次穩(wěn)定復(fù)核只對(duì)水庫正常運(yùn)行情況和非常運(yùn)行情況進(jìn)行分析計(jì)算，其中本地震烈度為Ⅶ度，相應(yīng)水平間的設(shè)計(jì)地震加速度代表值為0.15g。

（2）穩(wěn)定計(jì)算方法。魚兒澗水庫大壩為均質(zhì)碾壓土壩，本次壩體穩(wěn)定計(jì)算由北京理正軟件公司設(shè)計(jì)的邊坡穩(wěn)定分析計(jì)算軟件來分析計(jì)算，計(jì)算方法為圓弧法中的瑞典圓弧法，用有限元來進(jìn)行分析計(jì)算，計(jì)算公式為穩(wěn)定滲流期有效應(yīng)力法公式。

（3）穩(wěn)定計(jì)算參數(shù)的確定。本次大壩穩(wěn)定復(fù)核計(jì)算采用參數(shù)取自勘探試驗(yàn)成果，壩體最大斷面位于壩軸線中部，采用鉆孔資料，填土料以粉土為主，土層厚度8m、比重2.7、飽和度55.7、天然孔隙比0.695%、飽和容重20.0kN/m3、凝聚力18.5kPa、內(nèi)摩擦角22.4°。壩基為粉質(zhì)粘土，土層厚度12m、比重2.73、飽和度85、天然孔隙比0.918%、飽和容重19.02kN/m3、凝聚力20.3kPa、內(nèi)摩擦角24.9°。

4.2.3壩坡穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果

通過土石壩邊坡穩(wěn)定計(jì)算可得各種工況下的大壩上、下游壩坡穩(wěn)定安全系數(shù)，上游壩坡在正常運(yùn)行期（蓄水位949.0m）的安全系數(shù)為1.83，在正常運(yùn)行期+Ⅶ級(jí)地震（蓄水位949.0m）的安全系數(shù)為1.68。下游壩坡在正常運(yùn)行期（蓄水位949.0m）的安全系數(shù)為1.74，在正常運(yùn)行期級(jí)（蓄水位949.0m）的安全系數(shù)為1.57。大壩圓弧滑裂面上游壩坡在正常運(yùn)行期（蓄水位949.0m）的圓心坐標(biāo)9.48m，13.28m、半徑16.94m，在正常運(yùn)行期+Ⅶ地震（蓄水位949.0m）的圓心坐標(biāo)9.12m，13.56m、半徑18.20m，下游壩坡在正常運(yùn)行期（蓄水位949.0m）的圓心坐標(biāo)8.24m，13.48m、半徑17.54m，在正常運(yùn)行期+Ⅶ地震（蓄水位949.0m）的圓心坐標(biāo)8.04m，13.68m、半徑18.64m。

4.2.4壩坡計(jì)算成果分析

本次計(jì)算主要以大壩最大剖面來進(jìn)行分析計(jì)算，由軟件計(jì)算結(jié)果分析，在庫水位達(dá)到溢洪道底高程水位949.0m，壩內(nèi)浸潤(rùn)線均在下游貼坡排水體內(nèi)出逸，故壩內(nèi)滲流穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求。同時(shí)從壩坡穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果來看，上下游壩坡在正常運(yùn)行情況、特殊運(yùn)行情況下抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求，因此大壩是穩(wěn)定的。

5　大壩具體加固措施

針對(duì)大壩存在的主要問題，經(jīng)過分析，確定大壩除險(xiǎn)加固工程項(xiàng)目如下：

5.1大壩上游護(hù)坡處理

大壩上游原無護(hù)坡保護(hù)，本次設(shè)計(jì)針對(duì)大壩上游壩坡增設(shè)護(hù)坡，護(hù)砌范圍為946.5m至壩頂（953.0m）。按坡比1：3.0鋪設(shè)30cm厚卵礫混合料反濾層后砌筑30cm厚干砌塊石護(hù)坡。采用此種護(hù)坡手段相對(duì)堅(jiān)固，而且外形美觀。如果遇到較大的風(fēng)浪或者壩坡出現(xiàn)一定的沉降時(shí)，能夠很好地適應(yīng)形變的發(fā)生，同時(shí)也具有良好的抗凍性能以及耐久性能。

5.2大壩下游坡處理

壩下游坡采用C15混凝土菱形網(wǎng)格，網(wǎng)格內(nèi)種植草皮。采用此種護(hù)坡手段，可以有效的降低施工強(qiáng)度，縮短施工周期，同時(shí)也能保證護(hù)坡具有良好的整體結(jié)構(gòu)，而且又具有一定的生態(tài)效益與經(jīng)濟(jì)效益。

5.3壩頂結(jié)構(gòu)處理

壩頂上游側(cè)增設(shè)防浪墻，長(zhǎng)87m，防浪墻采用M7.5漿砌石砌筑，高1.0m，寬度為0.5m，基礎(chǔ)埋設(shè)深度為1.2m，頂部采用現(xiàn)澆C15混凝土壓頂，厚10cm，兩側(cè)出沿5cm，防浪墻面M10水泥砂漿抹面2cm厚，每隔8m設(shè)1道伸縮縫。壩頂寬度8m，壩頂高程953.0m，壩長(zhǎng)97m，鋪設(shè)20cm后混凝土路面。加設(shè)防浪墻結(jié)構(gòu)有效的降低了壩體自身的高度，同時(shí)又能發(fā)揮阻洪、阻水等作用。

5.4壩后排水處理

下游左右壩肩設(shè)混凝土U型渠橫向排水溝（30m×40cm）各一道，壩頂下游側(cè)設(shè)縱向排水溝。壩坡下部新建帖坡排水長(zhǎng)75m，設(shè)計(jì)頂寬1.8m，頂高程948.0m。排水體上層為40cm厚干砌石，下層為30cm卵礫混合料墊層。對(duì)壩后進(jìn)行排水處理，可避免壩體浸潤(rùn)線過高，使大壩的運(yùn)行更加安全。

5.5放水臥管改造處理

放水臥管位于大壩左側(cè)，進(jìn)口設(shè)施已嚴(yán)重?fù)p壞，嚴(yán)重影響了水庫的蓄水能力。

拆除已損壞建筑物，新建臥管及消力池采用現(xiàn)澆C25鋼筋混凝土，臥管共分6階，人行臺(tái)階4階，每階高差0.5m，最低臺(tái)階進(jìn)口底高程948.0m，放水孔孔徑0.35m，坡比為1：3.0；消力池池長(zhǎng)3.0m，池深2.0m。

5.6溢洪道工程

水庫溢洪道位于大壩右岸，為敞開式溢洪道，由進(jìn)口段、控制段、泄槽段及出口消能段組成，總長(zhǎng)66m，最大泄量Q=43m3/s。

進(jìn)口段八字墻長(zhǎng)12m，開口寬由8m漸縮為6m，墻高4.0m為漿砌石結(jié)構(gòu)，背水面1：0.4，基礎(chǔ)為1.2m深的M7.5漿砌石結(jié)構(gòu)，進(jìn)口高程為949.0m，底板為0.8m厚漿砌石。

控制段采用6m跨、8m寬，4.0m高公路橋設(shè)計(jì)，邊墻為M10漿砌石擋墻，墻高4.0m，背水面1：0.5，基礎(chǔ)為1.5m厚M10漿砌石，下方鋪筑0.1m厚C10現(xiàn)澆混凝土墊層，底板采用M7.5漿砌石，高程949.0m。

采用此方案不僅有效確保了大壩的水流順暢，同時(shí)施工便捷、工期短，并能有效的避免洪道的滲漏問題出現(xiàn)。

6　結(jié)語

通過對(duì)大同縣魚兒澗水庫加固方案的分析與設(shè)計(jì)，得出了該方法的技術(shù)可行性以及經(jīng)濟(jì)適用性，不僅為大同縣魚兒澗水庫的加固提供了可靠的方案，同時(shí)也給此類問題的處理給予了一定的參考依據(jù)。陜西水利

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（責(zé)任編輯：唐紅云）

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