元建忠，吳孝琴

貴州省貴陽市烏當區(qū)水利局，貴州貴陽 550018

1 基本情況

我局及市局領導對此非常擔憂，為避免上游土工膜破壞后壩體失效，確保大壩防滲體達到良好防滲效果，多次請水利專家、設計單位到現(xiàn)場共同研討，決定對金家箐水庫大壩材料作進一步優(yōu)化設計，最終設計成果如下：

1.1 工程地質(zhì)

壓縮性屬中壓縮性類。該土料既具備較高的飽和與非飽和抗剪強度，又能起到較好的防滲效果，滿足設計要求。

1.2 大壩分區(qū)設計

水庫大壩為復合土工膜防滲土石壩，壩頂高程1319.5m，防浪墻頂高程1320.5m，大壩基礎開挖最低高程1295.20m，最大壩高24.3m，壩頂寬度5m，壩頂軸線長102.05m。

1.2.1 大壩分區(qū)調(diào)整

在原設計基礎上增加粘性土料填筑區(qū)，即筑壩材料及功能從上游到下游將壩體分為上游保護層、土工膜上墊層、防滲復合土工膜、下墊層、粘性土料填筑區(qū)、風化料填筑體、下游護坡及排水等。

1.2.2 分區(qū)設計計算

1）各分區(qū)力學參數(shù)根據(jù)壩體結(jié)構(gòu)，將壩體分為4 個區(qū)，（1）壩基材料；（2）為粘土料回填區(qū)、（3）為風化料回填區(qū)；（4）為防滲土工膜；（5）為排水棱體，各區(qū)物理力學參數(shù)根據(jù)地質(zhì)提供的參數(shù)建議值，結(jié)合現(xiàn)場實際情況及工程類比，各區(qū)物理力學參數(shù)取值見下表：

2）荷載組合及工況

荷載：（1）穩(wěn)定滲流期正常高水位的滲透壓力；（2）壩體自重；（3）最高洪水位時形成的穩(wěn)定滲透壓力； 由于工程區(qū)地震烈度小于Ⅵ度，故不考慮地震作用。計算工況：工況一，正常運行工況：①＋②，工況二，洪水運行工況：②＋③；

3）計算方法：滲流穩(wěn)定分析：采用有限元法；抗滑穩(wěn)定分析：圓弧型滑動：采用瑞典條分法進行計算；

4）大壩滲流計算：（1）滲流計算目的是確定壩體浸潤線，并供壩體穩(wěn)定計算之用，得出壩體浸澗線；（2）計算參數(shù)：滲透系數(shù)見壩體力學參數(shù)設計值表；（3）計算工況及方法

根據(jù)《碾壓式土石壩設計規(guī)范》（SL274-2001）有關規(guī)定：

考慮土工膜+粘土防滲工況：

①穩(wěn)定滲流期壩體浸潤線計算結(jié)果說明：壩體單寬最大滲流量為2.55×10-6m3/s，按壩體寬度101.75m 計算，壩體最大總滲流量為2.6×10-4m3/s，即約0.26L/s。②水位降落期壩體浸潤線計算結(jié)果說明，庫水位由1317.00m 降至1309.00m 高程，水位降落方式為驟降，最大滲透比降為J=0.10。

考慮土工膜破壞，僅由粘土料進行防滲工況：①穩(wěn)定滲流期壩體浸潤線計算結(jié)果說明：壩體單寬最大滲流量為5.5×10-5m3/s，按壩體寬度101.75m 計算，壩體最大總滲流量為5.6×10-3m3/s，即約5.6L/s。②水位降落期壩體浸潤線計算結(jié)果說明，庫水位由1317.00m 降至1309.00m 高程，水位降落方式為驟降，最大滲透比降為J=0.12。

5）壩坡抗滑穩(wěn)定計算

按照《碾壓式土石壩設計規(guī)范》（SL274-2001），需對壩坡進行穩(wěn)定計算。在不考慮地震作用的基礎上采用瑞典圓弧法計算，計算公式如下：

式中：W——土條重量；u——作用于土條底面的孔隙壓力；α——條塊重力線與通過此條塊底面中點的半徑間的夾角；b——土條寬度；c/、φ/——土條底面的有效應力抗剪強度指標。

6）防滲體穩(wěn)定計算

由于復合土工膜與土石介質(zhì)間的摩擦系數(shù)及土石介質(zhì)間的摩擦系數(shù)將影響防滲體的穩(wěn)定，必須復核復合土工膜與壩坡、復合土工膜與保護層的抗滑穩(wěn)定性。根據(jù)《規(guī)范》(SL/T225-98)，復合土工膜穩(wěn)定性驗算公式按附錄式A.3.1：

表1 壩基及壩體力學參數(shù)設計值

表2 設計參數(shù)對比分析表

式中：FS—安全系數(shù)；δ—上墊層與土工膜之間的摩擦角；α—土工膜鋪設坡角。

設計上墊層采用細砂，根據(jù)已有工程經(jīng)驗砂與PE 復合土工膜之間的磨擦角約30°左右，由此得tgδ=0.577。壩體上游坡坡比為1：2.25，即tgα＝0.444 。所以FS=0.577/0.444=1.3 ＞1.25。

3 各設計參數(shù)對比分析

見表2

4 結(jié)論

通過計算表明：1）在土工膜完好工況下，壩體最大滲流量由原設計的0.91L/s 降低為0.26L/s，年滲流量最大由2.87萬m3減少到8200 m3，略有改善；2）在土工膜被完全破壞工況下，原設計壩體滲流量最大滲流量為21L/s，分區(qū)調(diào)整設計壩體滲流量最大滲流量為5.6L/s，按最大滲流量計算，滲流量由66.2 萬m3減少17.6 萬m3，改善作用明顯。

[1]陶碧芳，陳敏濤，曾紅.貴陽市烏當區(qū)金家箐水庫工程壩體材料分區(qū)專題論證報告.