宋景剛

(朝陽市閻王鼻子水庫工程建設(shè)管理局，遼寧朝陽122000)

八道溝水庫除險加固的穩(wěn)定分析

宋景剛

(朝陽市閻王鼻子水庫工程建設(shè)管理局，遼寧朝陽122000)

為了提高水庫的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，保證水庫的整體穩(wěn)定，進(jìn)行八道溝水庫除險加固工程設(shè)計，使防洪設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到50 a一遇，500 a一遇校核標(biāo)準(zhǔn);對原有溢洪道進(jìn)行改造，使溢洪道整體穩(wěn)定和泄流能力達(dá)到防洪要求。大壩的穩(wěn)定是水庫除險加固工程設(shè)計的前提，通過對主壩、副壩和溢洪道的穩(wěn)定計算，為水庫的除險加固設(shè)計提供科學(xué)技術(shù)依據(jù)。

水庫;溢洪道;除險加固;穩(wěn)定計算;計算依據(jù)

八道溝水庫位于凌源市西南部青龍河上游。始建于1958年2月，控制灌溉面積133.33hm2，是一座防洪、灌溉、養(yǎng)魚等綜合利用的小(Ⅰ)型水庫。主要建筑物有:黏土心墻土壩;正槽式溢洪道，分級臥管式輸水洞，設(shè)計防洪標(biāo)準(zhǔn)30 a一遇，因有庫容淤積和主要建筑物病險，水庫存在安全隱患［1］。為保證水庫的整體穩(wěn)定，進(jìn)行八道溝水庫除險加固工程設(shè)計，使防洪設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到50 a一遇，500 a一遇校核標(biāo)準(zhǔn)。現(xiàn)就溢洪道的整體穩(wěn)定分析如下。

1 大壩穩(wěn)定分析

1.1 主壩

1)采用漿砌石防浪墻接高黏土心墻，漿砌石墻內(nèi)側(cè)打10cm厚C15混凝土墻，漿砌石防浪墻頂高程為349.2 m。

2)大壩壩面工程:迎水坡干砌石護(hù)坡部分拆除和重新砌筑，臺階和排水溝拆除重建。

1.2 副壩

1)新建(溢洪道左側(cè))左副壩，為均質(zhì)土壩，最大壩高4.98 m，壩頂寬3 m，壩頂長60 m。

2)擴(kuò)建右副壩:加高2.48 m，壩頂長100 m。

1.3 溢洪道

1)拆除混凝土翻板閘21延米，拆除混凝土薄壁堰49延米。

2)新建 8孔平板鋼閘門，閘門凈寬5 m，高2.7 m。

3)鋼閘門及埋件制安34 t，啟閉機(jī)購安8套，規(guī)格為:雙吊點(diǎn)，啟門力5×2 t，手電兩用螺桿式。

4)新建閘門啟閉工作橋75延米，寬2.8 m，為鋼筋混凝土梁式橋。

5)溢洪道底板襯砌41延米，2 501 m2。

2 大壩穩(wěn)定計算依據(jù)

2.1 大壩填筑材料

大壩上游為次黏土、壤土、砂礫料，塊石護(hù)坡。下游壩坡為次黏土、壤土、砂礫料。壩后為墊式排水［2］。

2.2 設(shè)計參數(shù)的選擇

八道溝水庫為1958年修建，屬于邊規(guī)劃、邊設(shè)計、邊施工的“三邊”工程，未有任何試驗(yàn)資料，因此，本次除險加固對八道溝水庫的壩體填筑料進(jìn)行取樣試驗(yàn)，其試驗(yàn)參數(shù)詳見表1。

2.3 地震荷載

根據(jù)國家地震動峰值加速度分布圖，八道溝水庫地震動峰值加速度＜0.05，地震烈度為6度，不設(shè)防。

3 滲流計算

八道溝水庫正常高水位342.6 m。土壩截水墻修筑到不透水層;壩后設(shè)排水棱體，下游無水、水庫壩頂寬 b=3.0 m，上游邊坡系數(shù) m=2.0、3.0、3.5，下游邊坡系數(shù)m1=2.0、2.5，(校核洪水位為348.3 m)壩底高程為339.1 m，原壩底高程為324.50 m，壩前淤積層厚14.6 m，校核水位至防浪墻頂高t=0.9 m，壩基土壤與壩殼土壤的滲透系數(shù)相等，均為K=8.64 m/d。黏土心墻滲透系數(shù) K3=0.005 m/d，心墻分兩部分:第一部分為斜墻，墻高為5 m，寬為4.0 m;第二部分為直墻部分，墻高17.2 m，頂寬3.0 m，底寬7.0 m。

表1 八道溝水庫大壩穩(wěn)定計算的設(shè)計參數(shù)

3.1 繪制浸潤曲線

根據(jù)省內(nèi)水庫的運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)，汛期發(fā)生最高洪水位的歷時很短，一般土壩內(nèi)不易形成計算的浸潤線，所以在設(shè)計中只須驗(yàn)算上游正常高水位時的滲流情況即可［3］。

水庫處于正常高水位342.6 m時，H=18.1 m

計算心墻的平均厚度:

心墻平均厚度的下游邊線到排水棱體內(nèi)坡腳的距離

計算心墻后浸潤線的縱坐標(biāo)

按下式繪制浸潤線

式中:h為心墻的下游水深;L為浸潤線鋒面距迎水坡角距離。

其各點(diǎn)坐標(biāo)見表2。

表2 浸潤線坐標(biāo)表

根據(jù)表2計算結(jié)果，繪制壩體侵潤線如圖1。

圖1 壩體侵潤線圖

3.2 壩體單寬滲流量計算

由壩體單寬滲流量計算公式:

從計算得出數(shù)值可知，壩體單寬滲流量是很小的，既符合我省西部干旱地區(qū)的特點(diǎn)，又比較可靠。

4 斜墻保護(hù)層的穩(wěn)定分析

此土壩為Ⅳ級建筑物，設(shè)計情況時的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)［fs］=1.20，校核情況時的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)［fs］=1.05，壩高23.7 m，正常高水位時，上游水深為3.5 m，下游無水，上下游壩坡坡度分別為1∶3和1∶2.5，壩頂寬4 m，下游壩腳設(shè)棱體排水，筑壩土料為砂礫，土料的設(shè)計指標(biāo)為，粗砂及砂礫料內(nèi)摩擦角 φ 為 30°，C)=0°，γ干=1.80 t/m3，比重 △=2.50 t/m3。

式中:ε為孔隙比;γ為容重，t/m3。

壩基亦為砂礫土，其計算指標(biāo)與壩體相同。壤土 γ干=1.7 t/m3，濕容重1.997 t/m3，浮容重1.07 t/m3，內(nèi)摩擦角 φ =20°，黏聚力 C=1.0t/m2。

4.1 確定危險水位

自B點(diǎn)作垂線與壩坡交于 A，A點(diǎn)高程為336.2 m，即為危險水位。

4.2 求 θ3角

4.3 計算 G1、G2、G3、G4重量(取1 m壩長)

土塊NFDE的重量:

土塊NFFN的重量:

土塊ABC1的重量:

土塊ABm的重量:

保護(hù)層的最小安全系數(shù)按下式計算:

5 斜墻連同壤土保護(hù)層一起滑動的穩(wěn)定分析

5.1 計算依據(jù)

1)采用列表法計算，說明:θ3=9.8°，在保護(hù)層穩(wěn)定中已求出。

2)水面以下的容重按浮容重計，水面以上的容重按濕容重計。

3)壤土與斜墻接觸的內(nèi)摩擦角φ1=18°。

4)壩體與斜墻接觸面的黏結(jié)力C1，采用壤土C2值的一半，即 C1=1/2，C2=0.5 t/m2。

5)保護(hù)層黏結(jié)力C=0

5.2 計算結(jié)果

當(dāng)θ=27°時，安全系數(shù)最小，K=1.37，計算結(jié)果見表3。

表3 壤土連同保護(hù)層穩(wěn)定計算表(土塊ABC1)

6 總結(jié)

由于水壓力的作用，上游水要通過壩提滲透到下游，對壩的穩(wěn)定產(chǎn)生一定的影響。通過滲流計算和單寬滲流量的計算可以加強(qiáng)對壩坡穩(wěn)定的控制。大壩的穩(wěn)定分析是八道溝水庫除險加固工程的主要項目之一。

本文主要通過對主壩、副壩及溢洪道的理論分析和穩(wěn)定分析計算，為水庫的除險加固設(shè)計提供科學(xué)可靠的依據(jù)。

［1］趙家成，王從鋒，姜利漢.中、小型病險水庫除險加固的研究［J］.三峽大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，2005，27(02):119-122.

［2］水利部大壩安全管理中心.SL258-2000水庫大壩安全評價導(dǎo)則［S］.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2000.

［3］張紹芳.堰閘水利設(shè)計［M］.北京:水利電力出版社，1987:22-24.

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2013-12-15

宋景剛(1968-)，男，遼寧朝陽人，高級工程師。