符朝仁

（中山市水庫(kù)水電工程管理中心,廣東 中山 528400）

1 工程概況

寶鴨塘水庫(kù)位于長(zhǎng)江水庫(kù)上游庫(kù)區(qū)內(nèi),是一座以防洪、供水為主,兼有改善環(huán)境等綜合效益的?。?）型水庫(kù)。集雨面積0.95 km2,總庫(kù)容20.82 萬(wàn)m3,大壩為均質(zhì)土壩,壩長(zhǎng)80 m,壩頂高程102.73 m；最大壩高13 m,大壩頂寬5 m,上游壩坡坡度為1∶2.25；壩坡99.60 m高程以下采用0.35 m厚干砌石護(hù)坡,99.60 m高程上部草皮護(hù)坡；大壩背水坡在94.30 m設(shè)置有一個(gè)戧臺(tái),戧臺(tái)寬度4.0 m,戧臺(tái)上部坡比為1∶2.5,草皮護(hù)坡；戧臺(tái)下部坡比為1∶2.25,草皮護(hù)坡；壩腳修建干砌塊石反濾棱體,反濾棱體底高程80.33 m。

防洪標(biāo)準(zhǔn)為30 年一遇設(shè)計(jì),300 年一遇校核,其主要水工建筑物為5 級(jí)建筑物,次要建筑物為5 級(jí)建筑物。

寶鴨塘水庫(kù)1972 年11月開(kāi)始動(dòng)工興建,1973 年4 月竣工。限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件和投資,原壩體填筑質(zhì)量較差且未能對(duì)壩基和壩體進(jìn)行有效的防滲處理。工程建成投入使用以來(lái),經(jīng)過(guò)2 次加固,為保證大壩正常運(yùn)行,定期對(duì)大壩進(jìn)行保養(yǎng)和管護(hù),水庫(kù)目前運(yùn)行正常。

2 大壩滲流復(fù)核計(jì)算

2.1 計(jì)算工況

參考寶鴨塘水庫(kù)調(diào)洪計(jì)算成果及大壩實(shí)際運(yùn)行中可能出現(xiàn)的不利情況,并根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 274-2020）的規(guī)定要求,擬定下列工況進(jìn)行滲流核算。

正常運(yùn)行情況：

工況一：上游為正常蓄水位97.97 m,下游水位為反濾體底高程80.33 m。

工況二：上游為設(shè)計(jì)洪水位100.33 m（P=3.33%）,下游水位為反濾體底高程80.33 m。

工況三：水庫(kù)水位從設(shè)計(jì)洪水位100.33 m（P=3.33%）降至正常蓄水位97.97 m庫(kù)水位的降落期的情況。

工況四：水庫(kù)水位從正常蓄水位97.97 m降至死水位的庫(kù)水位94.19 m降落期的情況。

非常運(yùn)行情況：

工況五：水庫(kù)水位為校核洪水位100.77 m（P=0.33%）的情況,下游水位為反濾體底高程80.33 m。

工況六：水庫(kù)水位從校核洪水位100.77 m（P=0.33%）降至正常蓄水位97.97 m降落期的情況。

2.2 庫(kù)水位降落期工況分析

對(duì)于均質(zhì)土壩,在庫(kù)水位降落的情況下進(jìn)行土壩上游壩坡不穩(wěn)定滲流計(jì)算,由壩體填土的滲透系數(shù)k、給水度以及根據(jù)調(diào)洪計(jì)算得出的水位降落速度V,可以計(jì)算出k /從而判斷庫(kù)水位降落期的浸潤(rùn)線類型。

庫(kù)水位降落土壩產(chǎn)生非穩(wěn)定滲流期間,各粘性土層的給水度 按下式計(jì)算確定。

式中：為給水度；n為土體的孔隙率；K為滲透系數(shù),cm/s。

對(duì)于無(wú)粘性土：

式中：K為滲透系數(shù),m/d。

當(dāng)庫(kù)水位降落時(shí),溢洪道及涵管的泄量按調(diào)洪計(jì)算結(jié)果取值,根據(jù)庫(kù)水位～庫(kù)容～泄量關(guān)系,計(jì)算庫(kù)水位降落速度,從而可以得出k/,從而判斷庫(kù)水位降落期的浸潤(rùn)線類型。以下為各種工況下的k/（見(jiàn)表1）。

表1 大壩 k/計(jì)算值

表1 大壩 k/計(jì)算值

項(xiàng)目 工況 滲透系數(shù)K/（cm/s）孔隙率/n給水度/庫(kù)水位降落速度V/（m/d）k V大壩工況六：校核洪水位～正常蓄水位 1.171×10-40.470.0213 0.81 2.24工況三：設(shè)計(jì)洪水位～正常蓄水位 1.171×10-40.470.0213 0.51 4.26工況四：正常蓄水位～死水位 1.171×10-40.470.0213 2.50 0.90

2.3 滲透系數(shù)選定

結(jié)合《寶鴨塘水庫(kù)大壩工程地質(zhì)勘察報(bào)告》的地質(zhì)資料,壩體與壩基滲透系數(shù)采用值見(jiàn)表2。

表2 壩體與壩基滲透系數(shù)采用值

2.4 滲流量計(jì)算成果

通過(guò)對(duì)大壩滲流計(jì)算分析,得到滲流量計(jì)算成果見(jiàn)表3,滲流量均不大,單寬每米最大滲流量為0.048 m3/d。從日常檢查看,低水位時(shí)大壩滲漏主要表現(xiàn)在壩體及壩基的接觸面滲水,主要發(fā)生在左壩腳。

表3 大壩單寬滲流量 單位：m3/（d·m）

2.5 滲流比降計(jì)算成果

根據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（GB 50487-2008）,應(yīng)根據(jù)下式計(jì)算流土型臨界滲透比降：

式中：Jcr為土的臨界滲透比降；Gs為土粒比重；n為土的孔隙率（以小數(shù)計(jì)）。

土體允許滲透比降為臨界水力比降除以安全系數(shù),參考《水工建筑物》（中國(guó)水利水電出版社,2008）第321頁(yè),黏性土的安全系數(shù)一般取1.5,大壩填土允許滲透比降計(jì)算見(jiàn)表4,不同工況滲透比降計(jì)算成果見(jiàn)表5。

表4 允許滲透比降的確定

表5 不同工況滲透比降計(jì)算成果

由滲流計(jì)算成果可知,大壩在各種工況下壩坡出逸比降小于允許滲透比降,滿足相關(guān)規(guī)范要求。

2.6 滲流分析小結(jié)

在日常檢查時(shí)發(fā)現(xiàn),大壩左岸側(cè)排水溝處的大壩壩體與壩基接觸處有滲漏情況,初步分析為大壩壩體及基礎(chǔ)接觸面滲水,不影響大壩安全。在日常監(jiān)測(cè)中,壩體浸潤(rùn)線在下游壩坡未發(fā)生出逸,滲流出口均位于壩后反濾體內(nèi),經(jīng)排水棱體底部將滲水導(dǎo)出。因些,壩體滲流是安全的。

3 大壩壩坡穩(wěn)定分析

3.1 計(jì)算方法

寶鴨塘水庫(kù)壩坡穩(wěn)定計(jì)算按《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 274-2020）的相關(guān)規(guī)定執(zhí)行,本工程為均質(zhì)土壩,采用不計(jì)條塊間作用力的簡(jiǎn)化畢肖普法計(jì)算壩坡抗滑穩(wěn)定,計(jì)算公式：

式中：W為土條重量；b為土條寬度；R為圓弧半徑；Q、V分別為水平和垂直地震慣性力（向上為負(fù),向下為正）； u為作用于土條底面的孔隙壓力；a為條塊重力線與通過(guò)此條塊底面中點(diǎn)的半徑之間的夾角；c'為土條底面的有效應(yīng)力抗剪強(qiáng)度指標(biāo)；Mc為水平地震慣性力對(duì)圓心的力矩。

寶鴨塘水庫(kù)大壩為 5 級(jí)水工建筑物。根據(jù)規(guī)范《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 274-2020） 的要求,采用計(jì)算及條塊間作用力的計(jì)算方法時(shí),壩坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)：正常運(yùn)用條件下不小于 1.25；非常運(yùn)用條件I下不小于 1.15；非常運(yùn)用條件Ⅱ下不小于 1.10；遭遇地震非常運(yùn)用條件Ⅱ下不小于1.10。

3.2 計(jì)算工況

根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 274-2020）的規(guī)定要求,根據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50201-2014）和《水利水電工程等級(jí)劃分及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（SL 252-2017）的規(guī)定,本次復(fù)核寶鴨塘水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為 30 年一遇,校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為300年一遇。大壩壩坡穩(wěn)定復(fù)核計(jì)算工況如下：

正常運(yùn)用條件：

正常蓄水位97.97 m時(shí),上下游壩坡穩(wěn)定分析；

設(shè)計(jì)洪水位100.33 m時(shí),上下游壩坡穩(wěn)定分析；

設(shè)計(jì)洪水位100.33 m降至正常蓄水位97.97 m的上游壩坡穩(wěn)定分析。

非常運(yùn)用條件Ⅰ：

校核洪水位100.77 m時(shí),上下游壩坡穩(wěn)定分析；

正常蓄水位97.97 m降落至死水位94.19 m的上游壩坡穩(wěn)定分析；

校核洪水位100.77 m降落至正常蓄水位97.97 m的上游壩坡穩(wěn)定分析。

非常運(yùn)用條件Ⅱ：

正常運(yùn)用遭遇地震。

本工程所處地帶為7度地震區(qū),根據(jù)《水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 51247-2018）需進(jìn)行地震工況復(fù)核。

3.3 計(jì)算參數(shù)

根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 274-2020）的相關(guān)規(guī)定,土壩壩坡穩(wěn)定計(jì)算的物理力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表6,排水棱體等的物理力學(xué)指標(biāo)根據(jù)相應(yīng)規(guī)范并結(jié)合同類工程經(jīng)驗(yàn)值類比確定。

表6 大壩穩(wěn)定計(jì)算物理力學(xué)參數(shù)采用值

3.4 計(jì)算成果

通過(guò)對(duì)壩坡抗滑穩(wěn)定復(fù)核計(jì)算,在各種工況下的壩坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)成果見(jiàn)表7,壩坡最不利滑弧位置圖見(jiàn)圖1～圖7,均滿足規(guī)范的要求。

表7 壩坡抗滑穩(wěn)定計(jì)算成果表

圖1 正常蓄水位穩(wěn)定期壩坡滑?。↘上=1.889,K下=1.366）

圖2 設(shè)計(jì)洪水位穩(wěn)定期壩坡滑弧（K上=1.945,K下=1.338）

圖3 設(shè)計(jì)洪水位～正常蓄水位壩坡滑?。↘上=1.851）

圖4 校核洪水位穩(wěn)定期壩坡滑?。↘上=1.985,K下=1.323）

圖5 正常蓄水位～死水位壩坡滑?。↘上=1.678）

圖6 校核洪水位～正常蓄水位壩坡滑?。↘上=1.832）

圖7 正常蓄水位遭遇地震壩坡滑?。↘上=1.542，K下=1.207）

4 大壩結(jié)構(gòu)安全綜合評(píng)價(jià)

寶鴨塘水庫(kù)大壩結(jié)構(gòu)總體較好,大壩經(jīng)過(guò)多年的沉降,大壩上游草皮護(hù)坡局部存在不平整,根據(jù)水庫(kù)大壩運(yùn)行管理和工程實(shí)際情況,通過(guò)對(duì)大壩壩坡穩(wěn)定分析,在各工況作用下,壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求,故大壩結(jié)構(gòu)安全性評(píng)價(jià)為B級(jí)。

5 結(jié)語(yǔ)

寶鴨塘水庫(kù)壩體填筑年代較長(zhǎng),填筑初期已經(jīng)過(guò)人工分層碾壓,加之長(zhǎng)期的天然固結(jié)已基本穩(wěn)定,不存在塌陷、裂縫和生物洞穴,壩體與山坡的整體性較好。根據(jù)計(jì)算分析,大壩在各種工況下壩坡出逸比降小于允許滲透比降,壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求。但在日常運(yùn)行管理中發(fā)現(xiàn),大壩左岸壩坡、排水棱體與壩坡接觸面處有滲水現(xiàn)象,在日后運(yùn)行管理中需加強(qiáng)觀測(cè)與管護(hù),適時(shí)進(jìn)行除險(xiǎn)加固處理,以提高大壩防滲能力和穩(wěn)定性。