戴成宗

(遼寧省喀左縣凌河保護區(qū)管理局，遼寧 喀左122300)

1 水庫概況

華山水庫始建于1971年，1973年竣工，初設(shè)標準為50 a，校核標準為100 a，總庫容118.8 萬m3，屬小(Ⅰ)型水庫。

華山水庫原設(shè)計壩型為干插砌石壩，由農(nóng)建民兵團施建，因不是正規(guī)的施工隊伍施工，施工質(zhì)量得不到認真控制，干插砌石壩實際修成了碎石、砂殼混合壩。據(jù)調(diào)查，當時工程建設(shè)是邊設(shè)計、邊施工，連設(shè)計方案對比的時間都不給，在實踐中去完善設(shè)計，而不去用設(shè)計指導施工，技術(shù)人員的主要工作是高程及平面控制測量，材料質(zhì)量、填筑質(zhì)量由施工隊伍中抽調(diào)上來的施工員去具體指導監(jiān)督［1］。因此，各方面質(zhì)量存在著嚴重缺陷，終于造成了險庫一座，以至于至今都不能正常蓄水發(fā)揮效益。

2007年喀左縣水利局對華山水庫做了安全分析評價報告，確認該水庫為病險庫。確認后的壩型為黏土心墻砂殼壩，壩頂高程522.7 m，防浪墻頂高程523.9 m，心墻頂部高程521.5 m，最大壩長150 m，壩底寬92 m。溢洪道為b 型駝峰堰，堰寬24.4 m，堰頂高程519.6 m。輸水洞建在大壩左端，為0.6 m×0.7 m，鋼筋混凝土方涵，最大輸水量0.4 m3/s，進口底部高程508 m，不參與泄洪。華山水庫初建時洪水設(shè)計標準為50 a一遇，校核洪水標準為100 a，2002年除險加固設(shè)計時將其校核標準提高到500 a 一遇。提高標準后的水庫死庫容為5.14 萬m3(淤積3.5 萬m3)，相應(yīng)水位508.00 m;正常蓄水位519.6 m，相應(yīng)庫容81.6 萬m3;校核洪水位522.41 m，相應(yīng)庫容114.1 萬m3。

2 水庫除險加固的必要性

華山水庫其主要功能為防洪與農(nóng)業(yè)灌溉，兼顧養(yǎng)魚及旅游，水庫原設(shè)計灌溉面積186.67 hm2，水庫建成后，配套了左、右兩條灌渠，灌溉面積一度達到了186.67 hm2，水利條件的改善，使華山水庫下游灌區(qū)的作物結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了新的變化，為農(nóng)業(yè)的發(fā)展帶來了新的契機。

遼西地區(qū)處于干旱半干旱地區(qū)，水資源十分寶貴。水庫工程對于喀左縣這個以農(nóng)業(yè)經(jīng)濟為主的少數(shù)民族地區(qū)來說有著特別重要的意義。鑒于水庫的功能和存在的問題，對水庫進行除險加固是十分必要的。隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，人民生活水平不斷提高，人民群眾迫切希望能得到一個安全舒適的環(huán)境，因此對水庫的綜合利用要求也越來越高，特別是下游的人民群眾，對華山水庫工程的安全更為關(guān)注?？h委、縣政府及各級有關(guān)部門也極為重視和關(guān)心，主要領(lǐng)導及專家曾多次親臨工程現(xiàn)場察看，并進行過3 次規(guī)模不等的維修加固工作。對華山水庫工程進行除險加固，不僅是對華山水庫本身產(chǎn)生經(jīng)濟效益，而且也有社會效益，同時解除了洪水對土地和交通設(shè)施的威脅，人民群眾更能安居樂業(yè)，對社會穩(wěn)定大有好處。為此，應(yīng)盡快進行水庫除險加固工程的實施，以保證工程安全運行，充分利用資源，發(fā)揮工程的經(jīng)濟效益和社會效益［2］。

3 水庫的任務(wù)和規(guī)模

華山水庫位于喀左縣臥虎溝鄉(xiāng)水泉溝村境內(nèi)，四家子河上游。該流域?qū)俅罅韬铀狄患壷Я?，是一座以防洪、灌溉為主，兼顧養(yǎng)魚、旅游為一體的小(Ⅰ)型水庫.

華山水庫初建設(shè)計標準為50 a一遇，校核標準為100 a。2002年除險加固設(shè)計時將其校核標準提高到500 a一遇。本次除險加固設(shè)計，依據(jù)國家《防洪標準》(GB50201—94)的規(guī)定，華山水庫為小(Ⅰ)型水庫，主要建筑物為4 級，故采用設(shè)計標準為30 a，校核標準為300 a。

4 大壩壩體存在的問題

大壩壩體存在的問題主要有以下6個方面:

由于水庫建設(shè)時間較長，又缺乏完整的設(shè)計資料，壩體結(jié)構(gòu)方案幾經(jīng)變化，工程技術(shù)人員多次變更，加之施工方法、施工設(shè)備落后，無必要的檢測設(shè)備，施工質(zhì)量存在著嚴重不足。

1)防浪墻頂部沿壩軸線方向開裂，最大裂口寬1cm左右。大壩自左至右0 +130 處橫向斷裂一處。

2)靠近溢洪道一側(cè)的上壩臺階已發(fā)生沉陷，護坡石亦有滑落現(xiàn)象。

3)實測上游壩坡為1∶1.25，下游壩坡為1∶1.5。

4)根據(jù)室內(nèi)滲透試驗成果，心墻土滲透系數(shù)一般為2.2 ×10－5～2.6 ×10－5cm/s，平均值為2.33 ×10－5cm/s，屬中等透水—弱透水土體，其防滲性能不能滿足q ＜1 ×10－5cm/s 規(guī)范強制性條文的要求。

5)沒有觀測設(shè)施。

6)經(jīng)穩(wěn)定計算，土壩上游坡穩(wěn)定計算的邊坡系數(shù)大于允許值，不符合規(guī)范要求，需進行加固處理。

4.1 壩體加固設(shè)計

4.1.1 壩頂結(jié)構(gòu)

華山水庫大壩現(xiàn)狀壩頂寬4 m，根據(jù)小(Ⅰ)型病險水庫初步設(shè)計與設(shè)計審查指導原則，壩頂寬維持現(xiàn)狀，寬度仍為4 m，防浪墻寬為0.8 m，地面以上高1.2 m，M7.5 砂漿砌塊石砌筑，壩頂為100 mm厚碎石路面，下游壩肩處設(shè)混凝土路肩石，每15 m設(shè)排水孔一個，大壩上下游均為散坡排水。

4.1.2 壩坡處理

華山水庫已運行35 a，由于壩坡陡峻、風浪拍擊和凍融因素影響，大壩上游曾出現(xiàn)了局部沉陷和滑坡現(xiàn)象，此次除險加固設(shè)計，對上游水下部分進行拋石加寬，或選擇庫水干涸期。直接進行填筑，比降為1∶3.0。上游水上部分比降為1∶2.5，干砌石護坡。下游壩坡比降為1∶2.0，509.5 m高程以上為碎石護坡，以下為砌石排水體。

4.2 壩頂高程復(fù)核

4.2.1 壩頂超高

壩頂超高計算公式為:

式中:y 為壩頂超高，m;R 為最大波浪在壩坡上的爬高，m;E 為最大風雍水面高度，m;A 為安全加高，m;根據(jù)規(guī)范要求，正常運用情況A =0.5 m，非常運用情況A =0.3 m，地震涌浪高度取1.2 m。

4.2.2 計算條件

4.2.2.1 計算風速的確定

根據(jù)喀左縣氣象站1959—2007年48 a的風速觀測統(tǒng)計資料，算得平均最大風速為12.95 m/s，風速感應(yīng)器高度為10.2 m，高度修正系數(shù)為1.0，故確定距地面10 m最大風速為12.95 m/s，設(shè)計風速W設(shè)為年平均最大風速的1.5 倍，即19.43 m/s，校核情況下W校仍為12.95 m/s。

4.2.2.2 風區(qū)長度

在1∶200庫區(qū)地形圖上按垂直壩軸線量得正常運用情況下的風區(qū)長度D正為630 m，非常運用條件下D非=890 m。

4.2.2.3 水域的平均水深

根據(jù)計算的特征水位及庫內(nèi)淤積高程算得正常高水位時的水域平均水Hm正為10.0 m，校核洪水位時的平均水深Hm校為12.17 m。

4.2.3 最大風雍水面高度計算最大風雍水面高度計算公式為:

則:e =0.004m

4.2.4 計算風浪爬高Rm 及Rp

風浪爬高的計算公式為:

1)正常高水位時:

2)校核洪水位時:

4.2.4.1 正常運用情況(采用莆田公式)

平均波高的計算公式為:

式中:0.025hm=0.006，hm=0.24

平均波周期Tm 的計算公式為:

平均波長Lm 的計算公式為:

平均波浪爬高Rm 的計算公式為:

頻率為1%時的波浪爬高Rp 的計算公式為:

則:Rp =0.86 m

4.2.4.2 非常運用情況(采用莆田公式)

平均波高計算公式為:

式中:W =12.95 m/s;D =890;0.025hm= 0.01，hm=0.4 m

平均波周期Tm 的計算公式為:

平均波長Lm 的計算公式為:

平均波浪爬高Rm 的計算公式為:

則:Rp =0.89 m

4.3 壩頂高程和防浪墻頂高程

各種情況下的壩頂高程和防浪墻頂高程見表1。

按此次300 a校核標準，求得華山水庫防浪墻頂高程為523.61 m，比原防浪墻頂高程523.9 m 低0.29 m，原高程滿足要求。故此確定此次設(shè)計防浪墻頂高程仍為523.90 m，壩頂高程為522.70 m。

表1 各種情況下的壩頂高程和防浪墻頂高程

5 設(shè)計斷面穩(wěn)定計算

5.1 大壩穩(wěn)定校核

上游坡坡比自上而下為1∶1.25、1∶1.5，下游坡坡比自上而下為1∶1.5、1∶1.5。

壩頂寬4.0 m，壩頂高程522.7 m，壩腳高程501.7 m。

5.1.1 計算參數(shù)的選取

大壩土料計算指標見表2。

表2 大壩土料計算指標

5.1.2 浸潤線計算

采用北京理正軟件研究院編制的《理正滲流分析計算軟件》進行計算，采用滲流問題有限元法進行計算。滲流分析計算成果見表3。

表3 滲流分析計算成果表

5.1.3 穩(wěn)定計算

采用北京理正軟件設(shè)計研究院編制的《理正邊坡穩(wěn)定分析軟件》計算壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。穩(wěn)定計算成果見表4。

計算項目:設(shè)計水位

經(jīng)過計算，土壩上游坡穩(wěn)定計算的邊坡系數(shù)大于允許值，不符合規(guī)范要求，需進行加固處理。

5.1.4 穩(wěn)定計算

計算項目:正常高水位(前坡)+地震

大壩穩(wěn)定計算成果見表5。

表4 穩(wěn)定計算成果表

表5 大壩穩(wěn)定計算成果表

從表5 可看出，設(shè)計斷面邊坡穩(wěn)定系數(shù)在任何工況下均大于規(guī)范允許的安全系數(shù)，所以土壩的設(shè)計邊坡是穩(wěn)定的。

［1］楊育才. 大北溝水庫除險加固工程效益淺析［J］. 陜西水利，2009(01):82－83.

［2］潘世勇. 論水庫大壩除險加固設(shè)計［J］. 黑龍江水利科技，2014，42(01):120－123.