陸 楊

（新疆維吾爾自治區(qū)水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，新疆 烏魯木齊 830000）

BLKQY水庫(kù)座落于新疆喀什地區(qū)葉城縣加依提勒克鄉(xiāng)7村東部，距縣城約12.0 km。水庫(kù)始建于1958年，正常蓄水位1300.5 m，相應(yīng)庫(kù)容為295萬(wàn)m3，是一座以灌溉為主的注入式平原水庫(kù)，工程等別為Ⅳ級(jí)，工程規(guī)模為小型(I)等工程。該水庫(kù)大壩為均質(zhì)土壩，總長(zhǎng)1503.175 m，設(shè)計(jì)壩頂寬4.0 m，壩頂高程1302 m，最大壩高9.6 m。水庫(kù)大壩由于建設(shè)年代較早，且沒(méi)有正規(guī)的實(shí)際施工資料，工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)較低。于2009年7月進(jìn)行除險(xiǎn)加固，針對(duì)于壩頂安全超高和壩頂寬度不足的壩段進(jìn)行加高、加寬處理；對(duì)壩體和壩基采取防滲措施，以減小大壩滲漏、延長(zhǎng)滲徑，保證壩體、壩基的滲透穩(wěn)定性。本文針對(duì)水庫(kù)除險(xiǎn)加固后大壩結(jié)構(gòu)安全進(jìn)行分析與評(píng)價(jià)。

1 大壩壩頂超高復(fù)核

1.1 計(jì)算公式

BLKQY水庫(kù)工程等別為Ⅳ級(jí)，大壩等主要建筑物為4級(jí)，正常蓄水位1300.50 m，庫(kù)區(qū)多年平均最大風(fēng)速為11.96 m/s，根據(jù)《小型水利水電工程碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL189-2013）中的莆田試驗(yàn)站公式計(jì)算的平均波高和平均波周期：

式中：hm為平均波高，m；Tm為平均波周期，m/s；W為計(jì)算風(fēng)速，m/s；D 為風(fēng)區(qū)長(zhǎng)度，m；Hm為水域平均水深，m；g取9.81 m/s2。設(shè)計(jì)情況采用多年平均最大風(fēng)速1.5倍，即17.94 m/s，校核情況采用多年平均最大風(fēng)速，風(fēng)速修正系數(shù)取1.0[1]。

1.2 壩頂超高計(jì)算

根據(jù)《小型水利水電工程碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL189-2013）的規(guī)定，壩頂超高值按下式計(jì)算：

式中：Y為壩頂超高，m；R為波浪爬高，m；A為安全加高，m。

本工程大壩級(jí)別為4級(jí)，正常運(yùn)用情況A＝0.5 m；非常運(yùn)用情況A＝0.3 m。

設(shè)計(jì)波浪爬高值根據(jù)工程等級(jí)確定，本工程大壩級(jí)別為4級(jí)采用累積頻率為5%的爬高值R5%[1]。

地震涌浪高度可根據(jù)設(shè)計(jì)烈度和壩前水深，本工程地震基本烈度為7度，最大壩高6.0 m，根據(jù)規(guī)范取地震涌浪超高的小值0.5 m。BLKQY水庫(kù)地震烈度為7度，最大壩高僅為9.6 m，地震壩頂沉陷取0.1 m。

綜上所述，地震安全超高=地震涌浪高度+地震壩頂沉陷=0.6 m。

由于該水庫(kù)為無(wú)防洪要求的引水注入式平原水庫(kù)，故不存在設(shè)計(jì)洪水位和校核洪水位，本次壩頂超高復(fù)核的計(jì)算工況取兩種[2]：

工況1：正常蓄水位加正常運(yùn)用條件下的壩頂超高；

工況2：正常蓄水位加非常運(yùn)用條件下的超高，再加地震安全加高。

BLKQY水庫(kù)壩頂安全高程計(jì)算值見(jiàn)表1。

表1 葉城縣BLKQY水庫(kù)壩頂安全高程計(jì)算表

根據(jù)計(jì)算，確定壩頂高程為1301.988 m。大壩現(xiàn)狀整體設(shè)計(jì)高程為1302.000 m，滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

2 大壩抗滑穩(wěn)定分析

2.1 計(jì)算斷面

壩坡靜力抗滑穩(wěn)定計(jì)算斷面選取大壩最大斷面西0+300斷面進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算斷面可簡(jiǎn)化成3個(gè)區(qū)：①壩基覆蓋層；②除險(xiǎn)加固前壩體填筑土料；③除險(xiǎn)加固后培厚加高壩體填筑土料。

大壩壩坡抗滑穩(wěn)定計(jì)算簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1。

圖1 大壩壩坡抗滑穩(wěn)定計(jì)算簡(jiǎn)圖

2.2 計(jì)算方法和原理

采用北京中國(guó)水利水電科學(xué)研究院出版的《土質(zhì)邊坡穩(wěn)定分析程序》（STAB簡(jiǎn)化版Version2005）進(jìn)行計(jì)算[3]。計(jì)算方法采用簡(jiǎn)化畢肖普法，地震情況采用擬靜力法。計(jì)算原理為極限平衡分析方法，用總應(yīng)力法和有效應(yīng)力法分析圓弧滑裂面時(shí)，都假定：

1）土壩壩體內(nèi)只有垂直應(yīng)力，此力等于其上土柱的重量，不計(jì)水平應(yīng)力和剪應(yīng)力。

2）滑弧內(nèi)的土體認(rèn)為類似剛性體，繞滑弧圓心旋轉(zhuǎn)而坍滑。

3）土體可以分為單獨(dú)的土條，其重量可分為作用于滑面的法向分力及切向分力。

4）土條間的側(cè)壓力視作內(nèi)力，互相抵消。

2.3 計(jì)算工況

水庫(kù)受放水流量和大壩防滲型式限制，不存在水位驟降問(wèn)題[4]。所以只計(jì)算壩體標(biāo)準(zhǔn)剖面以下情況，復(fù)核土石壩的穩(wěn)定。

1）正常蓄水位時(shí)穩(wěn)定滲流期上、下游壩坡；

2）空庫(kù)工況上、下游壩坡；

3）正常蓄水位時(shí)穩(wěn)定滲流期遇地震上、下游壩坡。

2.4 計(jì)算參數(shù)

根據(jù)《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》GB18306-2015（1/400萬(wàn)），本區(qū)50年超越概率10%的地震動(dòng)峰值加速度0.10 g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.4 s，地震基本烈度為Ⅶ度。故本次分析計(jì)算按地震烈度Ⅶ度進(jìn)行復(fù)核。

計(jì)算分析的物理力學(xué)指標(biāo)根據(jù)地質(zhì)試驗(yàn)資料結(jié)果確定，BLKQY水庫(kù)①號(hào)壩基覆蓋層土料內(nèi)摩擦角29°，粘聚力12 kPa，天然容重14.9 kN/m3，飽和容重19.3 kN/m3。②號(hào)除險(xiǎn)加固前原壩體填筑土料內(nèi)摩擦角27°，粘聚力2 kPa，天然容重13.1 kN/m3，飽和容重18.2 kN/m3。③號(hào)除險(xiǎn)加固后培厚加高壩體填筑土料內(nèi)摩擦角32°，粘聚力2.0 kPa，天然容重16 kN/m3，飽和容重18.6 kN/m3。

2.5 計(jì)算結(jié)果

壩坡穩(wěn)定見(jiàn)表2。

表2 大壩抗滑穩(wěn)定計(jì)算成果表

從表2可看出，經(jīng)過(guò)計(jì)算在正常蓄水位穩(wěn)定滲流期、空庫(kù)工況和正常蓄水位遇地震三種工況下大壩上下游壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均小于規(guī)范值。抗滑穩(wěn)定計(jì)算成果圖見(jiàn)圖2～圖4。

圖2 正常蓄水位穩(wěn)定滲流期壩坡抗滑穩(wěn)定計(jì)算成果圖

圖3 空庫(kù)工況大壩壩坡抗滑穩(wěn)定計(jì)算成果圖

圖4 正常蓄水位穩(wěn)定滲流期遇地震大壩壩坡抗滑穩(wěn)定計(jì)算成果圖

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，混凝土板在浮力作用下穩(wěn)定的護(hù)坡板厚度計(jì)算值為8.8 cm，現(xiàn)在混凝土護(hù)坡厚度為15 cm，滿足規(guī)范要求。

4 結(jié)語(yǔ)

3 護(hù)坡板厚度復(fù)核

根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL274-2001）的規(guī)定，對(duì)具有明縫的混凝土或鋼筋混凝土護(hù)坡，當(dāng)壩坡坡度系數(shù)m=2～5時(shí)，板在浮力作用下穩(wěn)定的護(hù)坡板厚度可按下式計(jì)算[5]：

式中：η為系數(shù)，對(duì)整體式大塊板取1.0，對(duì)裝配式面板取1.1；hp為累計(jì)頻率為1%的波高，m；b為沿壩坡向板長(zhǎng)，m；ρc為板的密度，t/m3。

計(jì)算斷面采用最大壩高樁號(hào)西0+300斷面處波長(zhǎng)及波高，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 護(hù)坡板厚度計(jì)算結(jié)果表

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)檢查及目前大壩實(shí)際運(yùn)行情況，通過(guò)上述計(jì)算可得：壩頂高程滿足規(guī)范要求；根據(jù)壩坡穩(wěn)定復(fù)核計(jì)算，水庫(kù)大壩在正常蓄水位穩(wěn)定滲流期、空庫(kù)和正常蓄水位遇地震三種工況下，壩體的上、下游壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均滿足規(guī)范允許值；護(hù)坡板厚度符合計(jì)算要求。從而可認(rèn)為大壩結(jié)構(gòu)安全，運(yùn)行條件良好，依據(jù)《水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則》BLKQY水庫(kù)大壩應(yīng)評(píng)定為B級(jí)[6]。