路書杰

(中工武大設計集團有限公司，武漢 430000)

1 工程概況

駝兒潭水庫位于赤壁市境內(nèi)陸水河支流白石港上游，距赤壁市城區(qū)25 km，屬陸水河水系，水庫集雨面積8.00 km2，總庫容為363.98×104m3，設計灌溉面積133.333 hm2。水庫30年一遇設計洪水位173.72 m，300年一遇校核洪水位174.28 m。水庫由大壩、溢洪道、輸水管3部分組成，是一座以灌溉為主，兼有防洪、供水等綜合效益的小(Ⅰ)型水庫[1]。

2 工程地質(zhì)

駝兒潭水庫壩址區(qū)出露地層主要為第四系覆蓋層、志留系地層及二疊系地層，基巖巖性為二疊系下統(tǒng)灰?guī)r，第四系地層分布廣泛，成因類型以殘坡積、沖洪積及坡積物為主。

壩體心墻填筑料為黏土，棕色、棕紅色，主要為殘積黏土、少量碎石、塊石混雜而成，局部夾有少量腐殖質(zhì)，夾有多層松散層、碎石層及腐殖質(zhì)，局部有架空小空洞。壩殼料由風化泥土夾碎石、塊石、強風化巖屑構(gòu)成，呈碎石土狀，碎石含量在50%～60%之間，由弱風化灰?guī)r、白云巖、泥灰?guī)r組成，粒徑5～30 cm之間，呈棱角狀。

3 防滲加固措施

駝兒潭水庫大壩為黏土心墻土石壩，最大壩高36.60 m。本次心墻加固采用高壓旋噴樁防滲墻加固處理，防滲軸線布置在壩體軸線上，高壓旋噴樁樁徑1.00 m，依據(jù)防滲墻上下游水頭不同，旋噴樁樁間距0.70～0.80 m，成墻厚度0.71～0.60 m，鉆孔孔斜率不大于0.5%。

壩基防滲采用單排帷幕灌漿，帷幕向右壩肩延伸10.00 m，孔距2.00 m，帷幕底線深入透水率10Lu線以下5.00 m。

4 壩址下游水位與流量關系計算

駝兒潭水庫壩址下游順直河段長約200 m，河床主要由小卵石、粗砂組成，河道147.00高程以下斷面呈U字形，無雍水現(xiàn)象，根據(jù)實際測量結(jié)果繪制壩址下游河道橫斷面圖。水位與流量關系計算公式如下：

式中:Q為洪峰流量，m3/s；A為有效過水斷面面積，m2；n為河床糙率；R為水力半徑，m；S為水面比降。

根據(jù)河床組成，結(jié)合湖北省河道糙率經(jīng)驗公式確定該河段的糙率(取為0.04)，水面比降按實測縱斷面比降計算(取為0.080 8)。

通過計算，駝兒潭水庫壩址下游水位流量關系成果見表1。

表1 水庫壩址下游水位流量關系表

5 水庫放空時段估算

由于輸水管承擔著特殊工況放空水庫的任務，溢洪道堰頂高程以上水量由溢洪道宣泄，輸水管放空水位從堰頂高程172.00 m開始、至死水位155.00 m結(jié)束，放空過程輸水管閘門全開。輸水管的放空時間根據(jù)管道的過流能力，結(jié)合水庫區(qū)間庫容計算，其計算成果見表2。

表2 水庫放空時間計算表

6 大壩滲流穩(wěn)定計算

6.1 大壩滲流穩(wěn)定計算工況

大壩荷載組合分為基本組合和特殊組合，結(jié)合本工程實際，考慮以下組合情況。

正常運用條件：①正常蓄水位條件下穩(wěn)定滲流期上、下游壩坡；②設計洪水位條件下水庫降落期上游壩坡；③正常運用條件下水庫降落期上游壩坡。

非常運用條件下穩(wěn)定滲流期上下游壩坡

非常運用條件下水庫降落期上游壩坡

水位降落時段：校核洪水位及設計洪水位降落至正常蓄水位依據(jù)水庫調(diào)洪演算時段確定，本工程均取6h。正常蓄水位降落至死水位降落時段依據(jù)水庫放空時段估算確定，具體放空時段見表2。

6.2 基本參數(shù)

根據(jù)試驗成果，并參照類似工程擬定抗剪強度指標。壩基及壩體滲流穩(wěn)定計算采用的物理力學指標見表3。

表3 穩(wěn)定計算采用的物理力學指標

6.3 滲流穩(wěn)定計算

根據(jù)有限元分析方法進行計算，采用河海大學工程力學系《水工結(jié)構(gòu)分析系統(tǒng)》(Autobank V7.41版)軟件計算，校核洪水位時浸潤線計算簡圖見圖1-圖2。

圖1 加固前校核洪水位水頭等值線圖

圖2 加固后校核洪水位水頭等值線圖

由計算結(jié)果可知，水庫加固后校核洪水位時浸潤線經(jīng)過上游代料區(qū)、壩體心墻區(qū)、下游代料區(qū)，滲流量Q=3.78×10-5m3/s，下游溢出點高程低于排水棱體頂高程，大壩滿足滲流穩(wěn)定要求。

6.4 壩坡穩(wěn)定計算

依據(jù)《碾壓式土石壩設計規(guī)范》(SL 274-2020)的要求[2]，對大壩最大斷面進行各種工況的上下游壩坡進行抗滑穩(wěn)定計算。程序按畢肖普法，采用有效應力法進行土石壩邊坡穩(wěn)定分析。計算結(jié)果見表4。

表4 加固前后抗滑穩(wěn)定安全計算結(jié)果表

由計算成果可知，各運用條件下，大壩防滲加固后各計算工況上下游壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均大于規(guī)范要求，大壩安全可靠。加固前后典型工況滑坡危險滑裂面及計算成果見圖3-圖8。

圖3 加固前抗滑穩(wěn)定計算圖(校核洪水位)

圖4 加固后抗滑穩(wěn)定計算圖(校核洪水位)

圖5 加固前抗滑穩(wěn)定計算圖(校核洪水位～正常蓄水位)

圖6 加固后抗滑穩(wěn)定計算圖(校核洪水位～正常蓄水位)

圖7 加固前抗滑穩(wěn)定計算圖(正常蓄水位～死水位)

圖8 加固后抗滑穩(wěn)定計算圖(正常蓄水位～死水位)

7 結(jié)論和建議

駝兒潭水庫大壩心墻采用高壓旋噴樁防滲心墻加固處理，能有效降低大壩浸潤線，明顯提高水庫高水位運行大壩抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)，加固后大壩上下游邊坡各工況抗滑穩(wěn)定系數(shù)均滿足規(guī)范要求。以下對小型水庫除險加固土石壩滲流穩(wěn)定計算提出兩點看法，以供參考：

1) 小型水庫除險加固工程巖土試驗成果較少，各巖土層各物理力學指標值單一，材料參數(shù)選取須參照當?shù)仡愃乒こ痰刭|(zhì)資料及參閱專業(yè)書籍慎重甄選，最好有地勘專業(yè)人員協(xié)助選取。

2) 要針對各工況反復計算，對計算結(jié)果要進行一致性分析，對異常結(jié)果要充分分析原因，并調(diào)整相應參數(shù)重新計算，確保計算結(jié)果準確可靠。