周 洋 銳

(華北水利水電大學(xué)水利學(xué)院,河南 鄭州 450000)

1 工程概況

本工程位于原陽(yáng)縣南部，取水源頭為雙井防沙閘引入黃河水。主體工程共分為3個(gè)調(diào)蓄池，本文選用其中的調(diào)蓄池Ⅱ。調(diào)蓄池Ⅱ位于天然二支渠以北、西關(guān)排以東、原官公路以東，以引黃調(diào)節(jié)為主，庫(kù)容為238萬(wàn)m3。

2 工程地質(zhì)

本地地貌單元為黃河沖積平原，地勢(shì)稍有起伏。工程區(qū)勘探深度范圍內(nèi)揭露地層為第四系全新統(tǒng)沖積層，為粘砂多層結(jié)構(gòu)，巖性主要為輕粉質(zhì)壤土、重粉質(zhì)壤土、粉砂和細(xì)砂等，地層巖性分布比較穩(wěn)定。

3 調(diào)蓄池設(shè)計(jì)

調(diào)蓄池Ⅱ?yàn)樾麻_(kāi)挖工程，主要為保證灌區(qū)能充分灌溉。本次設(shè)計(jì)為半挖半填形式，圍堤壩體為土質(zhì)斷面，堤頂中心線長(zhǎng)4 080 m，堤頂高程80.50 m，上游堤腳高程76.50 m，下游堤腳高程79.50 m，正常蓄水位79.00 m。

圍堤結(jié)構(gòu)斷面如圖1所示。

3.1 岸坡設(shè)計(jì)

根據(jù)本工程地勘報(bào)告成果，結(jié)合景觀要求，調(diào)蓄池Ⅱ圍堤斷面形式見(jiàn)圖2。

3.1.1邊坡穩(wěn)定性計(jì)算

本工程為Ⅳ級(jí)建筑物，在計(jì)算上游邊坡的抗滑穩(wěn)定時(shí)應(yīng)包括正常情況和非常情況。通過(guò)查詢相關(guān)資料得知本地為地震烈度8度區(qū)。因此需要對(duì)調(diào)蓄池圍堤邊坡進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。在邊坡穩(wěn)定計(jì)算中，一級(jí)馬道和堤頂公路荷載按公路Ⅱ級(jí)荷載考慮。

1)計(jì)算工況。根據(jù)規(guī)范要求，分別計(jì)算了正常運(yùn)用條件和非常運(yùn)用條件下的各種不利組合。計(jì)算工況分以下兩種：

a.正常運(yùn)用條件。水庫(kù)水位處于正常蓄水位(79.00 m)的穩(wěn)定滲流期。

b.非常運(yùn)用條件。非常運(yùn)用條件Ⅰ：分兩種情況：完建期；水庫(kù)水位的非常降落。非常運(yùn)用條件Ⅱ：正常蓄水位+8度地震。

2)安全系數(shù)?？够€(wěn)定最小安全系數(shù)見(jiàn)表1。

3)計(jì)算方法。采用北京理正巖土軟件包中邊坡穩(wěn)定計(jì)算程序，該程序可以對(duì)圓弧或任意形狀滑裂面搜索相應(yīng)最小安全系數(shù)的臨界滑裂面。邊坡穩(wěn)定性是根據(jù)偏向不利的原則，選擇有代表性的斷面進(jìn)行計(jì)算。

表1 抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)

4)巖土物理力學(xué)指標(biāo)選用。調(diào)蓄池Ⅱ設(shè)計(jì)最低高程為76.50 m，池體開(kāi)挖主要是在第①層，第②層土內(nèi)進(jìn)行，各層土體的有關(guān)地質(zhì)參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 各土層有關(guān)地質(zhì)參數(shù)表

對(duì)于各土、巖層，選用相應(yīng)的巖土物理力學(xué)指標(biāo)。在進(jìn)行邊坡穩(wěn)定分析時(shí)，采用飽和快剪指標(biāo)。

計(jì)算成果見(jiàn)表3。

表3 邊坡穩(wěn)定計(jì)算成果表

上述計(jì)算結(jié)果表明：在正常和非常運(yùn)用條件下，臨水邊坡的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)大于規(guī)范要求的最小安全系數(shù)。岸坡的抗滑穩(wěn)定性和安全性滿足規(guī)范要求。

3.1.2岸坡超高

根據(jù)相關(guān)規(guī)范的規(guī)定，壩頂高程不得低于正常運(yùn)用或非常運(yùn)用的水庫(kù)靜水位加相應(yīng)的超高y，按下式計(jì)算：

y=R+e+A+d。

其中，y為壩頂超高，m；R為最大波浪在壩波上的爬高，m；e為最大風(fēng)壅水面高度，m；A為安全加高，m；d為地震涌浪高度，m。

由于本地地震基本烈度為8度，其地震動(dòng)峰值加速度為0.20g，根據(jù)相關(guān)規(guī)范規(guī)定，考慮地震影響。

壩頂高程按以下計(jì)算工況，取其大值：

1)正常蓄水位加正常運(yùn)用條件的壩頂超高；

2)設(shè)計(jì)洪水位加正常運(yùn)用條件的壩頂超高；

3)校核洪水位加非常運(yùn)用條件的壩頂超高；

4)正常蓄水位加非常運(yùn)用條件的壩頂超高，再按相關(guān)規(guī)范規(guī)定加地震安全加高。

計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 壅水面高度計(jì)算表 m

根據(jù)表4計(jì)算結(jié)果，結(jié)合實(shí)際地形選取圍堤頂高程80.50 m。

3.2 調(diào)蓄池防滲分析

防滲工程是調(diào)蓄池成池工程的最關(guān)鍵環(huán)節(jié)，本場(chǎng)地多由重粉質(zhì)壤土、輕粉質(zhì)壤土組成，地下水位高程74.90 m～75.30 m，圍堤壩腳高程76.50 m，不存在水下開(kāi)挖及基坑降水問(wèn)題。但蓄水期間存在滲漏問(wèn)題。

圍堤填料主要為輕粉質(zhì)壤土和重粉質(zhì)壤土，根據(jù)地質(zhì)報(bào)告中土料的重塑物理性試驗(yàn)成果及土力學(xué)性試驗(yàn)成果知土料滿足筑堤要求，重塑后土料為弱透水性，滲透性能滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。圍堤的基礎(chǔ)坐落在重粉質(zhì)壤土、輕粉質(zhì)壤土互層上，滲透性不能滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。

3.2.1調(diào)蓄池滲漏量計(jì)算

1)池底滲漏量計(jì)算。

池內(nèi)蓄水時(shí)，滲漏補(bǔ)給地下水，滲漏量可按調(diào)蓄池蓄水量的1%計(jì)算，因此得出池底年滲漏量為7.53萬(wàn)m3。

2)圍堤滲漏量計(jì)算。

圍堤內(nèi)水位高于堤外地下水位時(shí)，滲漏補(bǔ)給地下水。滲漏量計(jì)算公式如下：

Q滲=10-4×K×I×A×L×t。

式中：Q滲——滲漏補(bǔ)給量，萬(wàn)m3/年；

K——滲透系數(shù)，根據(jù)地質(zhì)資料K=0.31 m/d；

I——單位長(zhǎng)度圍堤垂直于地下水流向的剖面面積，I=12 m2/m；

L——圍堤長(zhǎng)度，L=4 080 m；

t——滲漏時(shí)間，t=365 d。

經(jīng)計(jì)算，Q滲=111萬(wàn)m3/年。

本設(shè)計(jì)對(duì)圍堤采用水泥土連續(xù)式防滲墻的垂直防滲措施。

3.2.2防滲墻設(shè)計(jì)

1)防滲墻的位置與范圍。

根據(jù)水文地質(zhì)縱剖面，應(yīng)在堤頂上游的壩肩處設(shè)置和圍堤長(zhǎng)度相同的防滲墻。

2)防滲墻的深度。

根據(jù)資料，圍堤的基礎(chǔ)在重粉質(zhì)壤土、輕粉質(zhì)壤土互層上，第②-1層為中等透水性輕粉質(zhì)壤土；第②層為弱透水性重粉質(zhì)壤土。因此防滲墻的深度應(yīng)穿透第②-1層進(jìn)入第②層，第②-1層底部高程在71.71 m～75.30 m之間，墻頂高程80.15 m，平均深度約為6.6 m，根據(jù)規(guī)范要求，防滲墻底部深入相對(duì)不透水層不小于1 m，因此防滲墻平均深度應(yīng)為7.6 m，防滲墻底高程為70.71 m～74.30 m。

3)防滲墻的厚度。

由于我國(guó)對(duì)防滲墻的設(shè)計(jì)沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)，因此在設(shè)計(jì)時(shí)，墻體厚度d根據(jù)防滲墻破壞時(shí)的水力坡降確定，計(jì)算公式如下：

式中：ΔHmax——作用在防滲墻上的最大水頭差，ΔHmax=4.6 m；

K——抗?jié)B坡降安全系數(shù)，一般取5;

Jmax——防滲墻滲透破壞坡降，水泥土連續(xù)防滲墻取Jmax=200。

經(jīng)計(jì)算，水泥土連續(xù)防滲墻厚度d=0.12 m，考慮到施工要求，取防滲墻厚度最薄處d=0.4 m。

3.3 圍堤

3.3.1圍堤壩頂工程設(shè)計(jì)

根據(jù)相關(guān)規(guī)范規(guī)定，依據(jù)工程需要，結(jié)合景觀要求，本次設(shè)計(jì)圍堤壩頂寬度10 m，壩頂?shù)缆凡捎没炷谅访?，按公路—Ⅱ?jí)荷載設(shè)計(jì)，道路寬度9 m。在上、下游壩肩上設(shè)置高出路面0.2 m，厚0.5 m的混凝土路沿石，每隔5 m設(shè)置分縫。

3.3.2上游護(hù)坡工程設(shè)計(jì)

圍堤壩頂上游斷面形式分述如下：自堤頂至高程79.50 m設(shè)計(jì)邊坡1∶10；自高程79.50 m至高程78.30 m設(shè)計(jì)邊坡1∶2；自高程78.30 m至堤腳設(shè)計(jì)邊坡1∶4，堤腳設(shè)置寬0.5 m，深0.5 m的現(xiàn)澆混凝土齒墻。

3.3.3圍堤下游工程設(shè)計(jì)

從堤頂至高程79.50 m，坡度設(shè)計(jì)為1∶10。堤腳外側(cè)設(shè)置縱向排水溝，排水溝外側(cè)設(shè)7.5 m的新建混凝土道路，路面標(biāo)高79.50 m，每側(cè)路肩寬0.5 m。

3.3.4圍堤壩坡排水工程設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)在下游堤腳外側(cè)79.50 m高程設(shè)一道縱向排水溝，沿壩軸線方向每隔200 m設(shè)置一條橫向排水溝，混凝土護(hù)砌，排水入天然二支渠及西關(guān)排。

4 結(jié)語(yǔ)

調(diào)蓄池Ⅱ建成之后，作為本工程之中的一個(gè)重要的調(diào)節(jié)水池，為受水區(qū)發(fā)揮可靠地儲(chǔ)水和調(diào)蓄作用，緩解灌區(qū)內(nèi)水資源供需嚴(yán)重不平衡的問(wèn)題，同時(shí)改善區(qū)域生產(chǎn)、生活條件和生態(tài)環(huán)境，對(duì)促進(jìn)區(qū)域農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著非常重要的意義，對(duì)促進(jìn)該地區(qū)的經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展有著十分重要的作用。