孫華云

(江西省水利水電建設(shè)有限公司，南昌 330000)

1 工程概況

洋前壩水庫位于定南縣巋美山鎮(zhèn)溪尾村，水庫與定南縣城的直線距離約為40km，水庫壩址在定南流域一級(jí)支流——老城河上游，地理位置為E114°50′11″，N24°37′53″，水庫集水面積25.8km2，主河道長(zhǎng)7.69km，縱比降23.5°。洋前壩水庫設(shè)計(jì)要求為一座主要進(jìn)行城鎮(zhèn)供水的中型水利樞紐，經(jīng)綜合分析論證，洋前壩水庫正常蓄水位407.00m，死水位373.00m，50a一遇設(shè)計(jì)洪水位409.12m，500a一遇校核洪水位409.87m；水庫總庫容2170萬m3，正常蓄水位以上庫容1820萬m3，死庫容24.8萬m3，調(diào)節(jié)庫容1795萬m3。洋前壩水庫工程任務(wù)以城鎮(zhèn)供水為主，兼顧農(nóng)田灌溉，工程建成后可滿足定南縣城區(qū)及沿線鄉(xiāng)鎮(zhèn)2030年16.67萬人的生活用水及下游133.33hm2農(nóng)田的灌溉用水需求。

2 大壩滲流計(jì)算

2.1 土體透水特性

本大壩設(shè)計(jì)為重力壩，壩基巖性為全-弱風(fēng)化中粗粒黑云母二長(zhǎng)花崗巖、花崗斑巖，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體完整性較差，具弱-中等透水性，巖體內(nèi)部的節(jié)理裂隙及其組合是滲漏產(chǎn)生的主要通道。據(jù)上壩址鉆孔壓水試驗(yàn)成果：左岸巖體的透水率q=3.6-33Lu，透水性弱-中等；河床段的透水率q=3.8-9.5Lu，透水性弱；右岸巖體的透水率q=2.7-13Lu，透水性弱-中等。該混凝土重力壩壩高<100m，按技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求，相對(duì)不透水巖層按q≤5Lu控制，按此標(biāo)準(zhǔn)，勘探深度范圍內(nèi)壩基巖體上部均為相對(duì)透水層，存在壩基及繞壩滲漏問題，相對(duì)透水巖層厚度變化較大，其埋置深度為：左岸24.2-26.3m，底高程為358.37-390.76m；河床段30.2m，底高程為333.68m；右岸25.6-41m左右，底高程為357.26-374.36m。 大壩兩岸山體風(fēng)化深厚，透水層厚度較大，相對(duì)隔水層及地下水位均低于正常蓄水位407.00m，故兩岸存在繞壩滲漏問題。

2.2 大壩滲流計(jì)算

進(jìn)行滲流計(jì)算主要是基于上下游水位進(jìn)行壩體浸潤(rùn)線和出逸點(diǎn)位置、壩基滲流量、壩體內(nèi)部滲透坡降等的計(jì)算，并為大壩壩坡的穩(wěn)定復(fù)核及水庫安全運(yùn)行提供可靠依據(jù)。洋前壩水庫大壩滲流計(jì)算擬定出三個(gè)工況，詳見表1。

表1 大壩滲流計(jì)算工況

水庫大壩平面滲流穩(wěn)定計(jì)算主要是進(jìn)行具體邊界條件下擬調(diào)和方程的求解：

(1)

(2)

(3)

式中：vx為X向滲流流速，m/s；VY為y向滲流流速，m/s；kx為x向滲透系數(shù)，m/d；ky為y向滲透系數(shù)，m/d；H為滲流場(chǎng)內(nèi)滲透水壓，MPa。

采用北京理正滲流分析軟件中的有限元分析進(jìn)行洋前壩水庫大壩滲流計(jì)算，同時(shí)計(jì)算大壩壩體浸潤(rùn)線、滲流量，壩體及壩基各點(diǎn)壓力水頭、總水頭及水力比降，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果繪制壓力水頭等值線及各點(diǎn)水力比降彩色云圖[1]。根據(jù)水庫地質(zhì)勘探資料和室內(nèi)滲透試驗(yàn)結(jié)果確定壩體及壩基不同區(qū)域滲透系數(shù)，結(jié)果見表2。將水庫壩體各土層特性、水位及橫截面等參數(shù)輸入滲流分析軟件進(jìn)行不同工況有限元分析的結(jié)果見表3。

表2 不同區(qū)域滲透系數(shù)

表3 不同工況有限元滲流分析結(jié)果

3 加固處理

為截?cái)嗬@壩滲漏，結(jié)合水工設(shè)計(jì)規(guī)范，兩岸壩頭防滲帷幕宜延伸到相對(duì)隔水層處或正常蓄水位與地下水相交處，工程左右岸防滲帷幕長(zhǎng)度為30m。另據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，近壩庫岸左岸現(xiàn)狀為一山脊，勘察期間沿鞍部布置了鉆孔。據(jù)鉆孔揭露左岸山脊鞍部壩基巖性為全-弱風(fēng)化花崗斑巖，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體完整性一般-較差，具弱-中等透水性。據(jù)鉆孔壓水試驗(yàn)成果：左岸山脊鞍部巖體的透水率q=2.4-22Lu，透水性弱-中等。按相對(duì)不透水巖層按q≤5Lu控制，勘探深度范圍內(nèi)壩基巖體上部均為相對(duì)透水層，存在繞壩滲漏問題，相對(duì)透水巖層厚度變化較大，其埋置深度為27.9-35m，底高程為406.49-392.06m，進(jìn)行防滲處理。為截?cái)嗬@壩滲漏，結(jié)合水工設(shè)計(jì)規(guī)范，防滲帷幕宜延伸到相對(duì)隔水層處或正常蓄水位與地下水相交處，該處防滲帷幕長(zhǎng)度為158m。

4 抗滑穩(wěn)定性分析

通過穩(wěn)定性分析，以確保洋前壩水庫重力壩在結(jié)構(gòu)自重、孔隙水壓力及內(nèi)外荷載的綜合作用下保持相對(duì)穩(wěn)定，不發(fā)生壩基和壩體整體及局部性的剪切破壞。洋前壩水庫大壩抗滑穩(wěn)定性分析主要采用極限平衡理論，假設(shè)大壩壩體在達(dá)到極限平衡狀態(tài)下，土體會(huì)沿滑裂面發(fā)生剪切破壞及失穩(wěn)，且滑裂面上各點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的土體均處于極限平衡狀態(tài)。洋前壩水庫壩體穩(wěn)定計(jì)算采用簡(jiǎn)化的Bishop方法[2]。穩(wěn)定性系數(shù)K按照下式確定：

(4)

式中：W為土條重量，kg，浸潤(rùn)線以上取天然容重，浸潤(rùn)下以下取飽和容重；α為條塊重力線和底面中點(diǎn)半徑的夾角，°；u為土條底面所作用的孔隙壓力，MPa；b為土條寬，m；c′、φ′為反應(yīng)土條底面有效應(yīng)力抗剪強(qiáng)度的參數(shù)；Q為土條水平力，MPa；e為土條水平力滑弧中心力臂，m；R為圓弧半徑，m。

根據(jù)所設(shè)定的工況并結(jié)合《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》采用有效應(yīng)力法計(jì)算土石壩在穩(wěn)定滲流情況下土體的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)[3]，并根據(jù)洋前壩水庫地勘報(bào)告所給出的物理力學(xué)參數(shù)建議值進(jìn)行相似工程各項(xiàng)物理力學(xué)指標(biāo)的類比分析，具體見表4。

表4 洋前壩水庫大壩穩(wěn)定分析結(jié)果

采用土石壩邊坡穩(wěn)定分析軟件直接讀入具體工況下滲流計(jì)算成果，即輸入表3相關(guān)參數(shù)進(jìn)行洋前壩水庫壩坡穩(wěn)定計(jì)算，并采用簡(jiǎn)化的Bishop法所自動(dòng)搜索到的最小穩(wěn)定安全系數(shù)滑裂圓弧即為最危險(xiǎn)滑動(dòng)面。根據(jù)相關(guān)分析，不同工況下洋前壩水庫大壩壩坡抗滑穩(wěn)定系數(shù)均比設(shè)計(jì)及規(guī)范規(guī)定的最小值大，所以實(shí)施加固措施后大壩抗滑穩(wěn)定符合設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié) 論

通過文章對(duì)洋前壩水庫大壩滲流及穩(wěn)定性分析表明，在進(jìn)行水庫大壩滲流穩(wěn)定分析時(shí)必須加強(qiáng)土料滲透系數(shù)、黏聚力、內(nèi)摩擦角等參數(shù)的合理選擇，在選擇上述參數(shù)時(shí)既要考慮試驗(yàn)結(jié)果，又要分析試驗(yàn)結(jié)果與工程實(shí)際可能存在的誤差，以確保參數(shù)的選取符合工程實(shí)際需要。由于洋前壩水庫施工質(zhì)量及運(yùn)行管理等方面的原因，主要建筑物存在滲流方面的病險(xiǎn)情，并嚴(yán)重威脅水庫正常運(yùn)行，水庫大壩亟待加固整治以消除建筑物運(yùn)行隱患，提升水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)。防滲帷幕除險(xiǎn)加固措施實(shí)施后使大壩在各種工況下抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均大于設(shè)計(jì)及規(guī)范的最小值水平，加固后各工況下大壩抗滑穩(wěn)定完全符合設(shè)計(jì)要求。