宋天文，李龍國(guó)

(四川大學(xué)水電學(xué)院，成都610065)

1 工程概況

楊水碾水庫(kù)是一座位于眉山市東坡區(qū)廣濟(jì)鄉(xiāng)境內(nèi)的小(1)型水庫(kù)，屬岷江水系思蒙河支流，距眉山市城區(qū)33 km。水庫(kù)大壩為均質(zhì)土壩，于1955年11月動(dòng)工修建，1957年3月竣工蓄水。壩址以上集雨面積11.1 km2，總庫(kù)容370.54萬(wàn)m3，大壩最大壩高26.4 m。校核洪水位522.84 m，設(shè)計(jì)洪水位522.26 m，正常蓄水位520.65 m，正常庫(kù)容295.6萬(wàn)m3，死水位499.40 m，死庫(kù)容8.4萬(wàn)m3，興利庫(kù)容287.2萬(wàn)m3。溢洪道位于大壩左側(cè)350 m處的一天然埡口處，為開敞式正槽實(shí)用堰，堰頂高程520.65 m，堰頂凈寬32 m，設(shè)計(jì)下泄流量164.46 m3。放水設(shè)施位于大壩的左岸，分高低涵臥管，目前水庫(kù)高臥管已經(jīng)廢棄不用。低臥管由漿砌條石修建，放水臥管斷面尺寸0.5 m×0.5 m(寬×高)。放水孔孔徑0.3 m，孔中心垂直間距0.4 m，最大放水流量0.62 m3/s，滿足放水要求。

2 樞紐存在的主要問(wèn)題

根據(jù)《四川省內(nèi)眉山市東坡區(qū)楊水碾水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)報(bào)告》和楊水碾水庫(kù)《安全鑒定報(bào)告書》，結(jié)合整治設(shè)計(jì)階段所進(jìn)行的現(xiàn)場(chǎng)檢查、地勘及實(shí)驗(yàn)情況，楊水碾水庫(kù)樞紐工程存在的主要問(wèn)題為:

上游壩坡正常水位附近有防浪面板保護(hù)設(shè)施，上游壩坡其他部位無(wú)護(hù)坡，正常水位以上雜草叢生，防浪面板有部分松動(dòng)塌陷。下游壩坡無(wú)護(hù)坡，雨水沖刷嚴(yán)重，凹凸不平，局部表層土有蠕變跡象。

通過(guò)對(duì)大壩上下游壩坡抗滑穩(wěn)定進(jìn)行計(jì)算表明，上下游壩坡均存在抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)不滿足規(guī)范要求的工況。大壩壩基壩肩均置于泥巖基礎(chǔ)上，大壩填筑料主要為含砂卵石黏土，并有少量殘坡積黏土及泥巖風(fēng)化料，填筑時(shí)未嚴(yán)格控制質(zhì)量，上下游壩坡存在一定范圍的沉陷變形。結(jié)合計(jì)算結(jié)果，大壩上下游壩坡存在安全隱患，需進(jìn)行整治。

溢洪道邊墻高度不能滿足泄流要求，造成洪水溢漫，淹沒下游壩腳處22.7 hm2農(nóng)田。

楊水碾水庫(kù)是一座以灌溉為主，兼有防洪、養(yǎng)殖等綜合效益的小(1)型水利樞紐工程。楊水碾水庫(kù)一旦失事，大壩下游的2 000 hm2以上農(nóng)田將被淹沒，3個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的人民生命財(cái)產(chǎn)安全也將受到嚴(yán)重?fù)p失。因此對(duì)水庫(kù)樞紐進(jìn)行整治，是非常必要和迫切的。

3 除險(xiǎn)加固措施設(shè)計(jì)

整治方案設(shè)計(jì)的總體原則是:1)在保證安全的前提下的盡量做到經(jīng)濟(jì)合理，充分發(fā)揮水庫(kù)效益;2)設(shè)計(jì)方案切實(shí)可行，便于施工操作［1］。

3.1 大壩整治設(shè)計(jì)

3.1.1 上游壩坡整治

針對(duì)上游壩坡出現(xiàn)的病險(xiǎn)情況，擬采取以下整治措施:

上游壩坡在高程518.55 m處的馬道由原來(lái)的0.6 m向壩內(nèi)延伸至1.5 m。從高程518.55 m處至大壩壩頂523.95 m由原坡度1∶1.74削緩至1∶2.0。壩軸線向下游偏移2.05 m，壩頂寬度由4.5 m拓寬至5.0 m。從高程518.55 m至高程513.09 m仍保持為原有坡度1∶2.33，從高程513.09 m至壩基保持不變，坡度為1∶3.0。從死水位499.40 m至壩頂采用厚0.10 m的C15混凝土預(yù)制塊護(hù)坡，混凝土預(yù)制塊下砂卵石墊層厚0.3 m，在馬道末端設(shè)置一1.0 m×1.0 m的條石防滑墩。上游預(yù)制混凝土板護(hù)坡采用 M10水泥砂漿勾縫，水位499.40 m至正常高水位520.65 m間的混凝土護(hù)坡每1.5 m呈梅花型預(yù)留排水孔，排水孔后設(shè)反濾土工布。

3.1.2 下游壩坡整治設(shè)計(jì)

下游壩坡坡面凹凸不平，雜草叢生，且存在滑坡趨勢(shì)，擬采取以下整治措施:

下游壩坡從壩頂523.95 m至排水棱體頂部502.35 m處清除壩體表層浮土30 cm，在此基礎(chǔ)上對(duì)壩坡進(jìn)行培厚:從壩頂至高程513.95 m處坡度采用1∶2.0，從高程513.95 m至高程506.25 m處坡度采用1∶2.5，從高程506.25 m處至排水棱體頂502.35 m處坡度采用1∶2.75，排水棱體外邊坡坡度為1∶1.5。從排水棱體頂502.35 m至壩頂523.95 m設(shè)置框格草皮護(hù)坡，框格網(wǎng)采用C15混凝土澆注，尺寸為3.0 m×3.0 m，框格建好后覆土，鋪20 cm厚的耕植土，框格內(nèi)種植麥冬草。

楊水碾水庫(kù)整治后最大橫剖面圖見圖1。

圖1 楊水碾水庫(kù)整治后大壩最大橫剖面圖

3.1.3 上、下游壩坡穩(wěn)定校核

3.1.3.1 計(jì)算工況

1)上游壩坡:

①工況1:由正常水位520.65 m降至死水位499.40 m;②工況2:由設(shè)計(jì)洪水位522.26 m驟降至溢洪道堰頂高程520.65m再降至死水位499.40 m;③工況3:由校核洪水位522.84 m驟降至溢洪道堰頂高程520.65m再降至死水位499.40 m;④工況 4:由正常水位520.65 m降至死水位499.40 m，計(jì)入地震［2］。

2)下游壩坡:

①工況1:正常水位520.65 m形成的穩(wěn)定滲流期;②工況2:設(shè)計(jì)洪水位522.26 m形成的滲流期;③工況3:校核洪水位522.84 m形成的滲流期;④工況4:正常水位520.65 m形成的穩(wěn)定滲流期，計(jì)入地震［2］。

3.1.3.2 計(jì)算方法及計(jì)算成果

根據(jù)《小型水利水電工程碾壓式土石壩設(shè)計(jì)導(dǎo)則》［3］，采用簡(jiǎn)化畢肖普法在微機(jī)上用QuickBasic語(yǔ)言及簡(jiǎn)化畢肖普法計(jì)算公式編制的程序［4］進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算出抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)，結(jié)果見表1及表2。

表1 上游壩坡抗滑穩(wěn)定計(jì)算表

表2 下游壩坡抗滑穩(wěn)定計(jì)算表

從表1、表2可以看出整治后大壩上、下游壩坡的抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)滿足規(guī)范要求［5］。

3.2 溢洪道整治設(shè)計(jì)

溢洪道存在的主要問(wèn)題是:溢洪道邊墻高度不夠，下泄洪水溢過(guò)邊墻，導(dǎo)致壩腳340畝農(nóng)田被洪水淹沒。

3.2.1 溢洪道水力計(jì)算

3.2.1.1 泄槽水力計(jì)算

楊水碾水庫(kù)為小(1)型水庫(kù)，按照《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》［6］的規(guī)定，溢洪道下泄流量按300 a一遇校核洪水進(jìn)行演算得溢洪道最大下泄流量為164.46 m3/s。

根據(jù)《溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范》SL253－2000［7］，泄槽段水面線按下列公式進(jìn)行計(jì)算

式中:Δl1－2為分段長(zhǎng)度，m;h1、h2為分段始、末斷面水深，m; v1、v2為分段始、末斷面平均流速，m/s;α1、α2為流速分布不均勻系數(shù)，取1.05;θ為泄槽底坡角度，°;i為泄槽底坡，i= tgθ;J為分段內(nèi)平均摩阻系數(shù);n為泄槽槽身糙率系數(shù);v分段平均流速，v=(v1+v2)/2，m/s;R為分段平均水力半徑，R－=(R1+R2)/2，m。

式中:h、hb為泄槽計(jì)算斷面的水深及摻氣后得水深，m;v為不摻氣情況下泄槽計(jì)算斷面得流速，m/s;ζ為修正系數(shù)，可取1.0～1.4 s/m，流速大者取大值。

3.2.1.2 水面線及邊墻頂高程設(shè)計(jì)

邊墻高=水深(含摻氣水深)+安全超高，根據(jù)《碾壓土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》［8］，安全超高取0.5 m。根據(jù)以上公式，各斷面水深及邊墻高程計(jì)算結(jié)果見表3。

水流摻氣后的水深計(jì)算公式為:

表3 溢洪道邊墻計(jì)算成果表

3.2.2 溢洪道整治措施

對(duì)溢洪道邊墻進(jìn)行加高，加高所用材料與原邊墻襯砌材料一致，為漿砌條石，所需邊墻高度見表3。

4 結(jié)語(yǔ)

20世紀(jì)50年代末至60年代初興建了大量的小型水庫(kù)，水庫(kù)大壩絕大部分為均質(zhì)土壩。由于這些工程建設(shè)于特定的年代，屬于“邊勘測(cè)、邊設(shè)計(jì)、邊施工”、“群眾運(yùn)動(dòng)、土法上馬”的工程，樞紐工程的設(shè)計(jì)與施工本來(lái)就存在一些缺陷，加之水庫(kù)興建至今近50 a，工程老化不可避免，主要病險(xiǎn)情況集中表現(xiàn)為大壩上下游壩坡滑坡及溢洪道過(guò)流能力不足，并且問(wèn)題日益嚴(yán)重，影響到水庫(kù)正常運(yùn)行，且已構(gòu)成安全隱患。針對(duì)此類病險(xiǎn)水庫(kù)，可以采取以下處理措施:

1)壩體滑坡可根據(jù)具體情況采用坡腳壓重、上部削坡減載、補(bǔ)坡等綜合防護(hù)措施。對(duì)有滑移跡象的裂縫，除應(yīng)按前述要求對(duì)裂縫進(jìn)行處理外，還應(yīng)對(duì)滑移邊坡進(jìn)行處理。

2)針對(duì)溢洪道洪水溢漫問(wèn)題，應(yīng)在計(jì)算的基礎(chǔ)上加高溢洪道邊墻到要求高度，同時(shí)應(yīng)做好泄槽段雜草及淤泥清理工作。

3)應(yīng)該注意加強(qiáng)水庫(kù)的安全運(yùn)行管理，制定相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題能夠及時(shí)處理。

［1］ 牛運(yùn)光.病險(xiǎn)水庫(kù)加固實(shí)例(第一版)［M］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2002.

［2］ DL5073－2001水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2002.

［3］ SL189－96小型水利水電工程碾壓式土石壩設(shè)計(jì)導(dǎo)則［S］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2002.

［4］ 楊進(jìn)良.土力學(xué)［M］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2006:219－221.

［5］ 陳德亮，王長(zhǎng)德.水工建筑物［M］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2005.

［6］ SL252－2000水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2005.

［7］ SL253－2000溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2002.

［8］ SL274－2001碾壓土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2002.