壩頂?shù)缆芳孀鞴犯脑鞂Υ髩伟踩绊懛治?/h1>
2022-12-20 02:47:36劉偉時
治淮 2022年12期 關鍵詞：分析
劉偉時
（江蘇省水利勘測設計研究院有限公司 揚州 225000）
1 引言
水庫大壩是保障水庫安全運行，合理發(fā)揮水庫防洪、發(fā)電、供水、灌溉及景觀等綜合功能的重要水工建筑物[1-3]。早期修建的水庫大壩工程僅注重防洪、發(fā)電、灌溉等實際效益，而忽略了庫區(qū)景觀美化功能[4-6]。這與新時代人民群眾日益增長的美好生活需求嚴重不符。為此，老舊水庫景觀改造修建工程日益增多[7、8]。一般情況下，水庫改造勢必會對水庫大壩安全產生一定影響，改造前應進行水庫大壩安全影響分析。本文以江淮分水嶺天長段美麗鄉(xiāng)村精品路線及精品村建設項目道路工程為例，針對該道路工程擬利用川橋水庫大壩壩頂兼做公路影響大壩安全問題進行安全影響分析。
2 工程概況
川橋水庫位于天長市鄭集鎮(zhèn)與新街鎮(zhèn)交界處，川橋小街以南，距天長市區(qū)約10km。水庫控制來水面積164km2，該水庫樞紐工程等別為Ⅲ等。水工建筑物的防洪標準：設計洪水標準重現(xiàn)期50年一遇，校核洪水標準重現(xiàn)期2000年一遇，總庫容4983萬m3。主壩長2050m，頂寬6.0m，為混凝土路面，壩頂高程為23.0m，設有鋼筋混凝土防浪墻，墻頂高程23.5m，最大壩高14.30m。
由于風景道路工程建設需要，擬對水庫大壩頂進行加寬，利用水庫大壩壩頂兼做公路。該項目的建設勢必會對水庫大壩安全產生一定的影響。因此，需全面分析該項目建設對大壩的安全影響，并針對安全影響提出相應的補救措施，確保水庫大壩正常安全運行。
3 安全影響分析
3.1 防洪安全分析
川橋水庫大壩主壩段、副壩段壩頂高程均由校核工況控制，要求壩頂高程分別為22.91m、22.73m。道路工程建設后壩頂高程仍為23.0m，防浪墻頂高程23.50m。由此可知，項目建設后壩頂高程能夠滿足水庫防洪安全要求。根據道路線路布置，于泄洪閘下游泄洪渠上，距泄洪閘118m處新建跨河橋梁。橋梁建設完成后未改變水庫蓄水和洪水調度起調水位，不影響泄洪閘的泄洪能力。道路建設不涉及非常溢洪道，不占用非常道現(xiàn)狀行洪通道，因此道路建設不會影響非常溢洪道的泄流能力。
3.2 大壩滲流穩(wěn)定分析
根據道路建設方案，選取大壩0+550（一般路基段）、1+250（7m長樁基處理段）、1+850（5m長樁基處理段）斷面作為滲流有限元計算分析的典型斷面，另外增加計算施工期1+250、1+850斷面。大壩0+550、1+250、1+850斷面滲流穩(wěn)定計算工況選取正常運行、設計洪水和校核洪水時的滲流穩(wěn)定。另外增加計算施工期上游水位18.0m，1+250、1+850斷面的滲流穩(wěn)定，計算工況詳見表1。
表1 大壩0+550、1+250、1+850斷面滲流穩(wěn)定計算工況表
大壩滲流穩(wěn)定計算采用河海大學工程力學系開發(fā)的AutoBANK7.7水工結構有限元分析系統(tǒng)軟件進行計算。大壩各斷面各工況下的滲流計算結果見表2、表3。
表2 大壩工程建設滲流計算主要成果表
表3 工程建設施工期大壩滲流計算主要成果表
由計算結果可知：（1）各運行工況壩體土和壩基土的水力坡降均小于允許水力比降，滿足滲透穩(wěn)定性要求；（2）在校核水位工況下，1+250、1+850斷面浸潤線在老壩體18.0m高程平臺附近出逸，壩后出逸點高程較高，對大壩壩坡穩(wěn)定性帶來不利影響；（3）施工期下游攪拌樁的建設對大壩滲流穩(wěn)定影響不大，出逸點仍為壩后一級平臺處，壩身壩基的滲透穩(wěn)定滿足要求；（4）從滲漏量上來看，以壩長2050m計，大壩日滲漏量約為148.97～470.82m3，和現(xiàn)狀相差不大，水庫總體滲漏損失不大。
3.3 大壩邊坡穩(wěn)定分析
大壩壩頂?shù)缆方ㄔO后，壩頂行車道為雙向交通道路，作為交通道路增加了壩體的受力。因此，有必要在壩坡穩(wěn)定計算中將壩頂車輛荷載與人群荷載計入在內?；凇豆饭こ碳夹g標準》（JTG B01—2014）的規(guī)定，本文計算采用的車輛荷載按公路-Ⅱ級的汽車荷載取用，荷載標準值為70kN/m，按2輛車通行計入車輛荷載，另外人群荷載按3.0kN/m計入。
結合地勘與邊坡穩(wěn)定計算分析要求，選擇大壩0+550、1+250、1+850斷面作為抗滑穩(wěn)定計算分析斷面，另外增加計算1+250、1+850斷面施工期對大壩邊坡穩(wěn)定的影響。根據《碾壓土石壩設計規(guī)范》（SL274—2020），結合水庫泄洪設施，大壩邊坡穩(wěn)定計算工況見表4～表6。
表4 大壩工程建設靜力抗滑穩(wěn)定計算工況表
表5 大壩工程建設抗震穩(wěn)定計算工況表
表6 大壩工程建設施工期穩(wěn)定計算工況表
根據《碾壓式土石壩設計規(guī)范》（SL 274—2020），對于3級建筑物，采用簡化畢肖普法時，對上游坡水位非常降落運行條件，當同時采用總應力法與有效應力法進行分析時，應以其中較小的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)作為依據。大壩抗滑穩(wěn)定分析采用AutoBANK7.7水工結構有限元分析系統(tǒng)軟件進行計算，計算結果見表7～表9。
根據計算結果可知，道路工程建設對大壩上游邊坡影響不大。由表7、表8可知，老河槽1+250斷面在多種工況下，下游邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)均小于規(guī)范值，壩坡穩(wěn)定不滿足規(guī)范要求。由表9可知，施工期大壩上、下游壩坡穩(wěn)定均滿足規(guī)范要求。
表7 大壩工程建設靜力抗滑穩(wěn)定計算結果表
表8 大壩抗震穩(wěn)定計算安全系數(shù)成果表
表9 大壩工程施工期靜力抗滑穩(wěn)定計算結果表
3.4 涉壩建筑結構安全分析
該項目建成后對所涉及東涵無較大影響，涵洞按設計要求接長后涵洞過流能力滿足要求，洞身結構按規(guī)范考慮交通車輛荷載后，結構滿足安全要求。但新老涵接縫處僅設了閉孔泡沫板分縫，未設止水。長期運行會導致接頭處存在接觸滲漏現(xiàn)象，存在安全隱患。
3.5 水庫運行管理安全分析
該項目建設后，壩頂?shù)缆芳訉捵優(yōu)殡p向車道，有利于防汛搶險。但壩頂車輛通行可能會對水庫安全產生影響，需要通過限高限載等措施，合理限制通行車輛類型。此外還應設置相應的防沖撞措施，防止車輛不慎墜入水庫，并應做好相應的安全警示及安全防護措施。
4 結語
壩頂?shù)缆芳孀鞴犯慕〞误w安全產生一定影響，對改建后的大壩進行安全影響分析顯得尤為重要。本文結合工程實際情況，從防洪安全、大壩滲流穩(wěn)定、大壩邊坡穩(wěn)定、涉壩建筑結構安全及水庫運行管理安全等方面，詳細分析了壩頂?shù)缆犯慕ê髮Υ髩萎a生的具體影響。針對改建后大壩存在的滲流隱患，建議采取相應工程措施，降低壩體浸潤線，增加壩體滲流穩(wěn)定；針對壩坡穩(wěn)定安全隱患，建議對大壩下游壩坡采用壓重措施，增加壩坡穩(wěn)定性
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2 工程概況
川橋水庫位于天長市鄭集鎮(zhèn)與新街鎮(zhèn)交界處，川橋小街以南，距天長市區(qū)約10km。水庫控制來水面積164km2，該水庫樞紐工程等別為Ⅲ等。水工建筑物的防洪標準：設計洪水標準重現(xiàn)期50年一遇，校核洪水標準重現(xiàn)期2000年一遇，總庫容4983萬m3。主壩長2050m，頂寬6.0m，為混凝土路面，壩頂高程為23.0m，設有鋼筋混凝土防浪墻，墻頂高程23.5m，最大壩高14.30m。
由于風景道路工程建設需要，擬對水庫大壩頂進行加寬，利用水庫大壩壩頂兼做公路。該項目的建設勢必會對水庫大壩安全產生一定的影響。因此，需全面分析該項目建設對大壩的安全影響，并針對安全影響提出相應的補救措施，確保水庫大壩正常安全運行。
3 安全影響分析
3.1 防洪安全分析
川橋水庫大壩主壩段、副壩段壩頂高程均由校核工況控制，要求壩頂高程分別為22.91m、22.73m。道路工程建設后壩頂高程仍為23.0m，防浪墻頂高程23.50m。由此可知，項目建設后壩頂高程能夠滿足水庫防洪安全要求。根據道路線路布置，于泄洪閘下游泄洪渠上，距泄洪閘118m處新建跨河橋梁。橋梁建設完成后未改變水庫蓄水和洪水調度起調水位，不影響泄洪閘的泄洪能力。道路建設不涉及非常溢洪道，不占用非常道現(xiàn)狀行洪通道，因此道路建設不會影響非常溢洪道的泄流能力。
3.2 大壩滲流穩(wěn)定分析
根據道路建設方案，選取大壩0+550（一般路基段）、1+250（7m長樁基處理段）、1+850（5m長樁基處理段）斷面作為滲流有限元計算分析的典型斷面，另外增加計算施工期1+250、1+850斷面。大壩0+550、1+250、1+850斷面滲流穩(wěn)定計算工況選取正常運行、設計洪水和校核洪水時的滲流穩(wěn)定。另外增加計算施工期上游水位18.0m，1+250、1+850斷面的滲流穩(wěn)定，計算工況詳見表1。
表1 大壩0+550、1+250、1+850斷面滲流穩(wěn)定計算工況表
大壩滲流穩(wěn)定計算采用河海大學工程力學系開發(fā)的AutoBANK7.7水工結構有限元分析系統(tǒng)軟件進行計算。大壩各斷面各工況下的滲流計算結果見表2、表3。
表2 大壩工程建設滲流計算主要成果表
表3 工程建設施工期大壩滲流計算主要成果表
由計算結果可知：（1）各運行工況壩體土和壩基土的水力坡降均小于允許水力比降，滿足滲透穩(wěn)定性要求；（2）在校核水位工況下，1+250、1+850斷面浸潤線在老壩體18.0m高程平臺附近出逸，壩后出逸點高程較高，對大壩壩坡穩(wěn)定性帶來不利影響；（3）施工期下游攪拌樁的建設對大壩滲流穩(wěn)定影響不大，出逸點仍為壩后一級平臺處，壩身壩基的滲透穩(wěn)定滿足要求；（4）從滲漏量上來看，以壩長2050m計，大壩日滲漏量約為148.97～470.82m3，和現(xiàn)狀相差不大，水庫總體滲漏損失不大。
3.3 大壩邊坡穩(wěn)定分析
大壩壩頂?shù)缆方ㄔO后，壩頂行車道為雙向交通道路，作為交通道路增加了壩體的受力。因此，有必要在壩坡穩(wěn)定計算中將壩頂車輛荷載與人群荷載計入在內?；凇豆饭こ碳夹g標準》（JTG B01—2014）的規(guī)定，本文計算采用的車輛荷載按公路-Ⅱ級的汽車荷載取用，荷載標準值為70kN/m，按2輛車通行計入車輛荷載，另外人群荷載按3.0kN/m計入。
結合地勘與邊坡穩(wěn)定計算分析要求，選擇大壩0+550、1+250、1+850斷面作為抗滑穩(wěn)定計算分析斷面，另外增加計算1+250、1+850斷面施工期對大壩邊坡穩(wěn)定的影響。根據《碾壓土石壩設計規(guī)范》（SL274—2020），結合水庫泄洪設施，大壩邊坡穩(wěn)定計算工況見表4～表6。
表4 大壩工程建設靜力抗滑穩(wěn)定計算工況表
表5 大壩工程建設抗震穩(wěn)定計算工況表
表6 大壩工程建設施工期穩(wěn)定計算工況表
根據《碾壓式土石壩設計規(guī)范》（SL 274—2020），對于3級建筑物，采用簡化畢肖普法時，對上游坡水位非常降落運行條件，當同時采用總應力法與有效應力法進行分析時，應以其中較小的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)作為依據。大壩抗滑穩(wěn)定分析采用AutoBANK7.7水工結構有限元分析系統(tǒng)軟件進行計算，計算結果見表7～表9。
根據計算結果可知，道路工程建設對大壩上游邊坡影響不大。由表7、表8可知，老河槽1+250斷面在多種工況下，下游邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)均小于規(guī)范值，壩坡穩(wěn)定不滿足規(guī)范要求。由表9可知，施工期大壩上、下游壩坡穩(wěn)定均滿足規(guī)范要求。
表7 大壩工程建設靜力抗滑穩(wěn)定計算結果表
表8 大壩抗震穩(wěn)定計算安全系數(shù)成果表
表9 大壩工程施工期靜力抗滑穩(wěn)定計算結果表
3.4 涉壩建筑結構安全分析
該項目建成后對所涉及東涵無較大影響，涵洞按設計要求接長后涵洞過流能力滿足要求，洞身結構按規(guī)范考慮交通車輛荷載后，結構滿足安全要求。但新老涵接縫處僅設了閉孔泡沫板分縫，未設止水。長期運行會導致接頭處存在接觸滲漏現(xiàn)象，存在安全隱患。
3.5 水庫運行管理安全分析
該項目建設后，壩頂?shù)缆芳訉捵優(yōu)殡p向車道，有利于防汛搶險。但壩頂車輛通行可能會對水庫安全產生影響，需要通過限高限載等措施，合理限制通行車輛類型。此外還應設置相應的防沖撞措施，防止車輛不慎墜入水庫，并應做好相應的安全警示及安全防護措施。
4 結語
壩頂?shù)缆芳孀鞴犯慕〞误w安全產生一定影響，對改建后的大壩進行安全影響分析顯得尤為重要。本文結合工程實際情況，從防洪安全、大壩滲流穩(wěn)定、大壩邊坡穩(wěn)定、涉壩建筑結構安全及水庫運行管理安全等方面，詳細分析了壩頂?shù)缆犯慕ê髮Υ髩萎a生的具體影響。針對改建后大壩存在的滲流隱患，建議采取相應工程措施，降低壩體浸潤線，增加壩體滲流穩(wěn)定；針對壩坡穩(wěn)定安全隱患，建議對大壩下游壩坡采用壓重措施，增加壩坡穩(wěn)定性
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