羅發(fā)鑫

（安順市平壩區(qū)羊昌鄉(xiāng)水利和移民工作站 貴州安順 561109）

水庫除險(xiǎn)加固工程攔河壩設(shè)計(jì)

羅發(fā)鑫

（安順市平壩區(qū)羊昌鄉(xiāng)水利和移民工作站 貴州安順 561109）

近年來，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)受到了社會(huì)相關(guān)人員的廣泛關(guān)注，水庫除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)作為水利工程施工的重點(diǎn)內(nèi)容，受到了高度重視。此背景下，本文以某水庫為例，對(duì)水庫除險(xiǎn)加固工程中的攔河壩設(shè)計(jì)相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，以供參考。

水庫；除險(xiǎn)加固；攔河壩設(shè)計(jì)

1 引言

當(dāng)前，我國大多數(shù)水庫依舊存在不同程度的病險(xiǎn)問題，已經(jīng)對(duì)水庫大壩的安全造成了較大的影響，并嚴(yán)重威脅到了下游群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。針對(duì)此情況，必須重視水庫除險(xiǎn)加固，這就要求制定良好的除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)方案，為工程的順利開展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，促進(jìn)水利工程的良好發(fā)展。

2 工程概況

羊昌鄉(xiāng)龍海村磨石沖小型（山塘）水庫總庫容為1.4萬m3，根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》以及《防洪標(biāo)準(zhǔn)》中的相關(guān)規(guī)定可知，該水庫工程等級(jí)為Ⅳ等，規(guī)模屬于小（1）型，樞紐永久性建筑物等級(jí)4級(jí)，主要包括大壩、溢洪道與輸水洞。同時(shí)，永久性次要建筑物等級(jí)為5級(jí)，主要包括溢洪道尾水渠等；臨時(shí)性水工建筑物等級(jí)為5級(jí)。此外，該水庫工程項(xiàng)目校核洪水標(biāo)準(zhǔn)重現(xiàn)期為300年，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)30年。在此水庫工程項(xiàng)目中，其溢洪道消能防沖標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇洪水。依據(jù)《中國地震動(dòng)峰值加速度區(qū)劃圖》，該水庫樞紐工程設(shè)計(jì)烈度為7度。

3 樞紐工程總布置

3.1 攔河壩

該水庫大壩壩型屬于黏土心墻壩，整體長度為36m，大壩高程為3.2m，壩頂高度為3.2m，防浪墻頂高3.4m，比壩頂高超出了0.4m，壩頂寬度達(dá)3.5m。同時(shí)，水庫大壩的壩頂路面為混凝土路。心墻頂部高3.2m，底部寬度為16m，最大寬度達(dá)17m，黏土心墻與巖基直接相連，巖基實(shí)際開挖深度達(dá)1.5m，基槽底部寬度為2.0m。此外，水庫上游壩坡坡比1：2.5，下游壩坡坡比1：2.0在高度為3.3m部位的上下游處，各自布設(shè)了一道寬度達(dá)1.5m的戧臺(tái)。壩殼部位填筑施工主要采用風(fēng)化砂材料進(jìn)行。

3.2 溢洪道

該工程溢洪道布設(shè)在大壩的右端，屬于開敞式正堰溢洪道，其主要由進(jìn)口段、收縮段、消能段、控制端與泄槽段共同構(gòu)成。同時(shí)，堰型屬于WES實(shí)用堰，寬度為3m，堰頂高1.2m，不設(shè)置閘門。此外，該水庫工程堰下屬于收縮段，長度為3m，由原先的8m收縮為當(dāng)前的6m，下部連接陡槽，陡槽與挑坎的實(shí)際寬度為8m，溢洪道總長度達(dá)15m。

3.3 輸水洞

該水庫工程輸水洞位于大壩的左端，施工主要采用壩下埋管的方式，輸水管選用承插式預(yù)制混凝土管，其直徑D為200mm，長18.5m，樁號(hào)0+034.5～0+037.5處為豎井，豎井內(nèi)部設(shè)置了直徑D為200mm的閘閥，閘閥前端部位安裝了參數(shù)為1.0×1.0m的鑄鐵閘門。此外，該水庫輸水洞進(jìn)口高3m，進(jìn)口是一種長5m的混凝土方字，輸水洞出口消力池與渠道直接相連。

4 攔河壩設(shè)計(jì)

4.1 壩頂高程復(fù)核

4.1.1 壩頂超高

該水庫壩頂超高可按照以下公式計(jì)算：

y=R+e+A

式中：y-壩頂超高，單位m；R-最大波浪在壩坡上的爬高，單位m；e-最大風(fēng)雍水面高度，單位m；A-安全加高，單位m。依據(jù)相關(guān)規(guī)范規(guī)定，Ⅳ級(jí)壩（山區(qū)、丘陵區(qū)）設(shè)計(jì)情況下A=0.5m，校核情況下A=0.3m。

4.1.2 壩頂高程與防浪墻頂高程確定

該水庫壩頂高程與防浪墻頂高程的確定見表1。

表1 壩頂高程與防浪墻頂高程確定

該水庫設(shè)計(jì)選取最大值，計(jì)算防浪墻頂部高程3.4m，實(shí)際壩頂高3.3m，防浪墻頂高程3.4m，由此可知，不滿足防浪墻設(shè)計(jì)高程要求。針對(duì)此，該水庫設(shè)計(jì)將壩頂高度加高至校核洪水位3.3m，選取1m作為防浪墻高程，所以該次設(shè)計(jì)防浪墻頂高程3.4m，比計(jì)算防浪墻頂高程高出了0.02m，可滿足項(xiàng)目設(shè)計(jì)高程要求。

4.2 壩體穩(wěn)定復(fù)核

4.2.1 滲流穩(wěn)定分析

（1）下游壩坡逸出點(diǎn)驗(yàn)算

該水庫大壩下游壩坡滲透系數(shù)主要涉及以下內(nèi)容：

心墻黏土滲透系數(shù)K0=5.2×10-6cm/s；

上下游壩殼風(fēng)化砂K1=5.2×10-4cm/s；

地基砂質(zhì)粉土滲透系數(shù)K2=6.5×10-3cm/s。

同時(shí)，對(duì)于其各層厚度，具體為：地基砂質(zhì)粉土層平均厚度T1=4.2m；心墻厚度d1=2.0m，d2=7.0m，d3=7.0m。

（2）正常環(huán)境下浸潤線計(jì)算

通過探查發(fā)現(xiàn)，該水庫邊界條件為：水庫上游正常高水位達(dá)3.3m，下游沒有水，地面高程為3.2m。心墻滲透系數(shù)K0與壩殼K1之間存在10倍的差距，所以將水庫水位作為1-1斷面水位偏向安全。同時(shí)，該水庫基巖面以下部位屬于透水層，由《水力計(jì)算手冊(cè)》可知，在有限透水地基上，中心墻土壩的心墻為不透水層。該項(xiàng)目浸潤線、大壩主河槽單寬、滲流量為：

由上述公式可得：h1=5.18m，h0=1.22m，q=6.1×10-4m3/s。所以，該水庫項(xiàng)目心墻下游側(cè)浸潤線高3.2m，排水體處逸出高程3.9m。通過計(jì)算壩體浸潤線可知，下游壩坡逸點(diǎn)在排水棱體內(nèi)，滿足滲流穩(wěn)定要求。

4.2.2 壩體邊坡穩(wěn)定計(jì)算

對(duì)于水庫壩體邊坡穩(wěn)定計(jì)算，需確保其滿足土壩規(guī)范（SL274-2001）中的相關(guān)規(guī)定，可采用簡化畢肖普法進(jìn)行。該水庫大壩已經(jīng)建成并投入運(yùn)用多年，其壩體邊坡復(fù)核計(jì)算主要包括穩(wěn)定滲流期上下游壩坡穩(wěn)定與水庫水位驟落期的上游壩坡穩(wěn)定的計(jì)算。新設(shè)計(jì)的大壩斷面是在原大壩斷面上建設(shè)的，壩頂高度增加0.24m，上下游坡比保持原先設(shè)計(jì)。該水庫壩坡穩(wěn)定工程狀況為：正常蓄水位3.40m，設(shè)計(jì)（P=3.33%）3.8m，校核（P=0.33%）3.9m。由此可知，各工程情況下的水庫壩坡穩(wěn)定均滿足相關(guān)規(guī)范要求。

4.3 上游塊石護(hù)坡穩(wěn)定計(jì)算

4.3.1 塊石護(hù)坡直徑計(jì)算

對(duì)于該水庫工程項(xiàng)目護(hù)坡塊石直徑的確定，主要依據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行，計(jì)算公式為：

式中：D-石塊的換算球形直徑，單位m；m-坡率，取2.5；kt-隨坡變化的系數(shù)，取1.3；ρk-塊石密度，選取2.7t/m3（片麻巖）；ρw-水的密度，取1.0t/m3；hp-通過相關(guān)計(jì)算，護(hù)坡塊石直徑為0.28m，本次設(shè)計(jì)護(hù)坡塊石直徑選用0.30m。

4.3.2 護(hù)坡厚度計(jì)算

依據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》，該水庫工程護(hù)坡厚度計(jì)算公式為：

式中：t-護(hù)坡厚度，單位m；K-隨頻率變化的系數(shù)，選取1.3。通過計(jì)算可得，護(hù)坡厚度為0.17m，本次設(shè)計(jì)護(hù)坡厚度選用0.3m，并在其下方設(shè)置了厚度為0.2m碎石墊層與100mm厚的混合砂。

4.4 防浪墻設(shè)計(jì)

該水庫工程原先的防浪墻為磚砌結(jié)構(gòu)，頂部高程3.4m，底部高程3.7m，結(jié)構(gòu)形式為L型擋墻，墻厚400mm。本次設(shè)計(jì)將原防浪墻全部拆除，重新修建混凝土防浪墻，墻頂高程為3.4m，底高程為3.3m，墻厚250mm，防浪墻結(jié)構(gòu)形式為L型擋墻。

5 結(jié)語

綜上所述，通過落實(shí)水庫除險(xiǎn)加固工程攔河壩設(shè)計(jì)，可有效避免水害事故的發(fā)生，從而在確保人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全的基礎(chǔ)上，對(duì)水庫水利資源進(jìn)行充分的、合理的利用。但在設(shè)計(jì)過程中，還需對(duì)水庫整體情況進(jìn)行綜合的考慮，確保設(shè)計(jì)方案的合理性、有效性、可行性，從而實(shí)現(xiàn)全面提升水庫除險(xiǎn)加固工程攔河壩設(shè)計(jì)質(zhì)量，促進(jìn)水利工程的良好發(fā)展。

[1]李 浩.莫家溝水庫除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)[J].中國科技信息，2011（13）：45～46.

[2]李曉麗，李釗成，叢日義，等.八道溝水庫除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)[J].中國科技信息，2013（06）：78.

[3]劉洪娜.正南溝水庫除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)[J].工業(yè) c，2015（44）：160～161.

TV64

A

1004-7344（2016）21-0129-02

2016-7-5

羅發(fā)鑫（1971-），男，布依族，中級(jí)工程師，大專，主要從事水利工作。