叢雙芝

（遼寧水利土木工程咨詢有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110003）

1 工程及地質(zhì)概況

某?。?）水庫(kù)庫(kù)區(qū)徑流面積為6.70 km2，河道長(zhǎng)6.13 km，河床比降0.0059。水庫(kù)樞紐工程主要由主壩、副壩、輸水涵、輸水隧洞、溢洪道等組成[1]。主壩為均質(zhì)土壩，最大壩高為19.0 m，壩頂為砼路面，壩頂高程為85.5 m，壩頂寬6 m，壩頂長(zhǎng)195.5 m。副壩為均質(zhì)土壩，最大壩高為10.20 m，壩頂為砼路面，壩頂高程為83.160 m，壩頂寬4.3 m，壩頂長(zhǎng)66 m。水庫(kù)主、副壩斷面見圖1和圖2。

圖1 水庫(kù)主壩斷面圖（尺寸單位：m）

圖2 水庫(kù)副壩斷面圖（尺寸單位：m）

水庫(kù)地貌類型以低丘陵及剝蝕殘山為主，水庫(kù)西面大部分為地形較高的剝蝕山丘，東面為低矮準(zhǔn)平地，是人口密集的工業(yè)區(qū)。庫(kù)區(qū)西部基巖為中生代白堊紀(jì)早白堊世中粗粒黑云母二長(zhǎng)花崗巖（K11bηγ），東部基巖為中生代侏羅世粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖（J1-2t）。庫(kù)區(qū)主要出露的地層為第四系地層，主要為沖洪積層和殘積層，第四系沖洪積層分布范圍較小，一般位于河床和沖溝底，巖性為含礫粘土和粉質(zhì)粘土，局部有礫砂、角礫層，厚度不大，呈透鏡狀分布；第四系坡殘積層分布廣泛，巖性為礫質(zhì)粘性土和粉質(zhì)粘土，厚度依地形地貌而變化。

根據(jù)壩址現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)查及鉆探結(jié)果，在勘探場(chǎng)地及深度內(nèi)范圍內(nèi)未發(fā)現(xiàn)斷層、巖溶、滑坡、泥石流及液化土層分布等不良地質(zhì)作用及特殊巖土。

2 大壩壩基和岸坡質(zhì)量評(píng)價(jià)

2.1 大壩現(xiàn)狀評(píng)價(jià)情況

2.2.1 大壩壩基和岸坡質(zhì)量評(píng)價(jià)

依據(jù)《水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則》（SL 258-2000）[2]及《土石壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（SL 60-2012）[3]，本次現(xiàn)場(chǎng)檢查采取了歷史資料分析法、現(xiàn)場(chǎng)巡視檢查法相結(jié)合的辦法，對(duì)大壩壩體有無(wú)裂縫、異常變形、滲漏、塌陷及動(dòng)物危害現(xiàn)象進(jìn)行重點(diǎn)檢查，得到以下檢查結(jié)果:（1）水庫(kù)運(yùn)行管理情況整體較好；（2）主壩壩頂路面平整，局部有裂縫1處、破損1處；（3）主壩壩后坡階梯局部有破損2處；（4）主壩馬道與馬道旁排水溝有裂縫1處；（5）主壩壩后坡排水棱體有2處存在少量的滲流量；（6）副壩壩頂路面平整,局部有裂縫1處。

2.2.2 大壩壩體質(zhì)量評(píng)價(jià)

根據(jù)室內(nèi)土工試驗(yàn)及擊實(shí)試驗(yàn)，壩體人工填土所取土樣干密度介于1.32 g/cm3～1.70 g/cm3，壩體三組擊實(shí)樣的校正后最大干密度平均值為1.83 g/cm3，計(jì)算得出壩體人工填土壓實(shí)度介于72%～93%之間。根據(jù)室內(nèi)土工滲透試驗(yàn)分析，對(duì)4組壩體人工填土試樣進(jìn)行了室內(nèi)滲透試驗(yàn)，滲透系數(shù)為4.3E-6 cm/s～8.6E-4 cm/s，平均滲透系數(shù)為3.00E-4 cm/s，為中等透水性。

綜上所述，壩體填筑土土料質(zhì)量滿足均值土壩用料要求，但其壓實(shí)度不滿足《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 274-2001）[4]對(duì)3級(jí)以下中、低壩粘性土壓實(shí)度96%～98%的要求。根據(jù)《水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則》（SL 258-2000），水庫(kù)壩體填筑土壓實(shí)度不滿足規(guī)范要求，應(yīng)進(jìn)一步進(jìn)行大壩結(jié)構(gòu)抗滑穩(wěn)定分析后來(lái)評(píng)價(jià)大壩結(jié)構(gòu)安全狀況。

3 大壩抗滑穩(wěn)定分析

3.1 分析方法

3.1.1 計(jì)算方法

水庫(kù)大壩穩(wěn)定計(jì)算按《水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則》（SL 258-2000）和《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 274-2001）有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。本次計(jì)算分析采用計(jì)算條塊間作用力的簡(jiǎn)化Bishop法求壩坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)，計(jì)算公式如下:

式中:W為條塊重，kN；W1為在壩坡外水位以上的條塊濕重，kN；W2在壩坡外水位以下的條塊濕重，kN；V為垂直地震慣性力(向上為負(fù)，向下為正)，kN；u為作用于土條底面的孔隙壓力，kPa，取值為0；b為土條寬度，m；α為條塊重力線與通過(guò)此條塊底面重點(diǎn)的半徑之間的夾角，°；c'、φ'為土條底面的強(qiáng)度指標(biāo)，kPa、°，參見力學(xué)參數(shù)表；Mc為水平地震慣性力對(duì)圓心的力矩，kN·m；R為圓弧半徑，m。

該水庫(kù)大壩為3級(jí)壩，本次安全評(píng)價(jià)采用3級(jí)壩的安全性分級(jí)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。穩(wěn)定計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)水位采用本次復(fù)核計(jì)算成果見表1。

表1 水庫(kù)特征水位

3.1.2 計(jì)算工況

根據(jù)《水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則》（SL 258-2000）和《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 274-2001）有關(guān)規(guī)定擬定水庫(kù)穩(wěn)定復(fù)核計(jì)算的各種工況見表2。

表2 水庫(kù)穩(wěn)定復(fù)核計(jì)算的各種計(jì)算工況表

工況6根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50011-2001）有關(guān)規(guī)定劃分[5]，本區(qū)屬Ⅶ度區(qū)，建議本場(chǎng)地抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.10 g。

3.1.3 滲流邊界

主壩浸潤(rùn)線遵循隨庫(kù)水位上漲而提高、隨庫(kù)水位跌落而下降；副壩因下游與地面幾乎齊平，本次安全鑒定未做滲流安全評(píng)價(jià)，故本次抗滑穩(wěn)定計(jì)算只做上游坡計(jì)算。

3.1.4 物理力學(xué)指標(biāo)選取

本次穩(wěn)定分析的壩身填土、壩基的物理力學(xué)指標(biāo)等均選自本次工程地質(zhì)勘察成果，反濾體的物理力學(xué)指標(biāo)根據(jù)《砂礫石地基工程地質(zhì)》和《中小型水利水電工程地質(zhì)》(第二版)并結(jié)合同類工程經(jīng)驗(yàn)數(shù)值取值，凝聚力C=0，內(nèi)摩擦角φ=35°，容重γ=2.5 g/cm3。土壩的物理力學(xué)指標(biāo)取值見表3。

3.2 計(jì)算結(jié)果

計(jì)算工具采用“理正邊坡穩(wěn)定分析軟件”之“簡(jiǎn)化Bishop法”。經(jīng)計(jì)算，在各種工況下的壩坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求，計(jì)算結(jié)果見表4和表5，各工況下主壩、副壩壩坡滑移計(jì)算圖見圖3～圖6（受篇幅所限，只列出部分）。

表3 壩址巖土層主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)建議值

表4 主壩穩(wěn)定計(jì)算安全系數(shù)結(jié)果表

表5 副壩穩(wěn)定計(jì)算安全系數(shù)結(jié)果表

圖3 主壩工況1上、下游壩坡滑移計(jì)算圖（尺寸單位：m）

圖4 主壩工況3上游壩坡滑移計(jì)算（尺寸單位：m）

圖5 副壩工況4上游壩坡滑移計(jì)算圖（尺寸單位：m）

圖6 副壩工況5上游壩坡滑移計(jì)算圖（尺寸單位：m）

3.3 大壩護(hù)坡強(qiáng)度復(fù)核

該水庫(kù)主壩上游壩坡為200 mm厚C25混凝土護(hù)坡。根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 274-2001），壩體上游混凝土護(hù)坡在浮力作用下穩(wěn)定的面板厚度可按下式計(jì)算:

式中:η為系數(shù)，對(duì)整體式大塊護(hù)面板取1.0，裝配式護(hù)面板取1.1（本次取1.0）；hp為累積頻率為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)算成果見表 6。

表6 大壩壩體上游混凝土護(hù)坡厚度

從表6可看出，水庫(kù)在各工況運(yùn)行水位下，主壩壩體上游混凝土護(hù)坡現(xiàn)狀板厚均大于計(jì)算所需厚度，故主壩壩體上游混凝土護(hù)坡強(qiáng)度滿足規(guī)范要求。

3.4 大壩結(jié)構(gòu)安全復(fù)核結(jié)論

抗滑穩(wěn)定復(fù)核計(jì)算結(jié)果表明，主壩斷面在正常運(yùn)用工況下，壩坡的抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)為1.497，大于1.43，達(dá)到A級(jí)；在非常運(yùn)用工況下，壩坡的抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)為1.353，大于1.32，達(dá)到A級(jí)。副壩斷面在正常運(yùn)用工況下，壩坡的抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)為2.52，大于1.43，達(dá)到A級(jí)；在非常運(yùn)用工況下，壩坡的抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)為2.431，大于1.32，達(dá)到A級(jí)。

根據(jù)護(hù)坡強(qiáng)度計(jì)算，主壩壩體上游混凝土護(hù)坡強(qiáng)度滿足規(guī)范要求:副壩上游砂漿砌筑透水磚護(hù)坡厚度無(wú)法得知，但現(xiàn)狀透水磚護(hù)坡平整度較好，無(wú)破損，現(xiàn)場(chǎng)未發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象。根據(jù)《水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則》（SL 258-2000）附錄B對(duì)大壩安全綜合評(píng)價(jià)，該水庫(kù)大壩結(jié)構(gòu)安全性評(píng)價(jià)為A級(jí)。

4 結(jié)論及建議

經(jīng)評(píng)定，該水庫(kù)綜合安全評(píng)價(jià)為二類壩，針對(duì)本水庫(kù)存在的安全問(wèn)題，提出如下建議:①對(duì)主壩壩后階梯破損處、馬道裂縫處進(jìn)行修復(fù)加固；②建議本次鑒定的復(fù)核值作為水庫(kù)特性采用值；③加強(qiáng)對(duì)水庫(kù)大壩建筑物進(jìn)行定期運(yùn)行管理和維護(hù)。