摘要：本研究以北京市密云區(qū)肖河峪水庫作為研究對象，詳細(xì)介紹了肖河峪水庫的基本狀況。結(jié)合《密云區(qū)肖河峪水庫大壩安全評價報告》，深入剖析了水庫當(dāng)前存在的問題?；诜治鼋Y(jié)果，從防洪工程完善、水庫大壩維修、輸水管修復(fù)、值班室改建以及工程觀測體系優(yōu)化等多個方面，設(shè)計了針對性的水庫除險加固方案。通過壩體應(yīng)力分析，結(jié)果顯示：經(jīng)過加固處理后的肖河峪水庫壩體各項指標(biāo)符合《砌石壩設(shè)計規(guī)范》要求。同時，對水庫壩坡安全系數(shù)的分析結(jié)果表明：肖河峪水庫壩體上下游邊坡的抗滑穩(wěn)定性滿足《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》相關(guān)規(guī)定，有效提升了水庫的安全性與穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：水利水電工程；除險加固技術(shù)；應(yīng)力分析；壩坡穩(wěn)定性分析；

中圖分類號：TQ178；TV642.4文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1001-5922（2025）04-0163-04

Reservoir reinforcement scheme design and technical optimization and dam body stability analysis

MU Mingyao1，WANG Yuehang2，F(xiàn)ENG Guolei3

（1.Water Affairs Bureau of Miyun District District，Beijing 101500，China；

2.Miyun District Soil and Water Conservation Workstation in Beijing，Beijing 101500，China；

3.Miyun District Water Engineering Construction and Management Affairs Center in Beijing，Beijing 101500，China）

Abstract：This study takes Xiaoheyu Reservoir in Miyun District of Beijing as the research object，and introduces the basic situation of Xiaoheyu Reservoir in detail.Combined with the dam safety evaluation report of Xiaoheyu Res?ervoir in Miyun District，the existing problems of the reservoir are deeply analyzed.Based on the analysis results，a targeted reservoir reinforcement scheme is designed from the aspects of flood control project improvement，reservoir dam maintenance，water pipeline repair，duty room reconstruction and engineering observation system optimiza?tion.Through the stress analysis of the dam body，the results show that the indicators of the dam body of the Xiao?heyu Reservoir after reinforcement are inline with the requirements of the Code for Design of Masonry Dams.At the sametime，the analysis results of the safety factor of the dam slope of the reservoir show that the anti-sliding stabili?ty of the upstream and downstream slopes of the Xiaoheyu Reservoir dam body meets the relevant provisions of the Code for Design of Rolled Earth-rock Dams，which effectively improves the safety and stability of the reservoir.

Keywords：water conservancy and hydropower projects；risk removal and reinforcement technology；stress analysis；dam slope stability analysis

水利水電工程[1]中，水庫屬于重要的基礎(chǔ)建設(shè)，具有配置水資源和優(yōu)化水資源時空分布等作用。目前我國水庫面臨穩(wěn)定安全問題和滲流問題。該問題使石壩的安全性和穩(wěn)定性[2]受水庫水位變動的影響，包括水位的驟降和驟升，從而改變壩體邊坡原始的安全系數(shù)，導(dǎo)致壩體滑坡[3-4]。在該過程中，壩體有效應(yīng)力、土體強度參數(shù)和浸潤線高程都會受到水庫水位變動的影響，進(jìn)而降低壩體的穩(wěn)定性。

北京市密云區(qū)肖河峪水庫流域面積達(dá)14.91 km2。依據(jù)《水庫大壩安全評價導(dǎo)則》，該水庫被評定為三類壩，需開展除險加固工作。在此過程中，水庫除險加固技術(shù)以及壩體穩(wěn)定應(yīng)力分析方法極為關(guān)鍵。本文以肖河峪水庫為研究實例，實施了相應(yīng)的除險加固措施，并對加固后的壩體穩(wěn)定應(yīng)力展開分析，以此驗證分析方法的有效性。

1水庫現(xiàn)狀及評價

肖河峪水庫建于1969年，位于潮河支流紅門川河支流右岸一支溝上，屬于V等工程，大壩設(shè)計為漿砌石重力壩，最初具備灌溉和防洪功能。然而，隨著多年發(fā)展，水庫的灌溉功能目前處于暫停狀態(tài)，當(dāng)下主要功能為向下游放水及防洪。北京市密云區(qū)肖河峪水庫的流域面積為14.91 km2，壩頂總長為81米，總庫容量為16.75萬m3。在水庫建筑中，灌溉輸水管、溢流壩和擋水壩是水庫中的重要建筑物[5-6]。2020年7月北京市水利規(guī)劃設(shè)計研究院受密云區(qū)水務(wù)局委托，編制了《密云區(qū)肖河峪水庫大壩安全評價報告》。該報告內(nèi)容包括工程質(zhì)量、運行管理評價、防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核、滲流安全、結(jié)構(gòu)安全和金屬結(jié)構(gòu)安全。根據(jù)評價報告顯示，在工程質(zhì)量方面，存在如下問題：大壩砌石局部出現(xiàn)勾縫脫落現(xiàn)象，堰面混凝土表面有凍融剝蝕現(xiàn)象，閘閥井漿砌石出現(xiàn)破損。運行管理評價顯示，安全監(jiān)測設(shè)施尚不完善，水庫管理單位對大壩安全的監(jiān)測范圍不夠廣泛。防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核發(fā)現(xiàn)，大壩在校核洪水位時，防洪能力未達(dá)規(guī)定要求，防浪墻頂高程不足，致使校核洪水無法安全下泄，大壩防洪安全性評定為C級。滲流安全方面，大壩滲流安全性為A級，表面狀況良好[7-8]。結(jié)構(gòu)安全方面，肖河峪水庫結(jié)構(gòu)安全性為A級，不存在危及結(jié)構(gòu)安全的變形等問題。金屬結(jié)構(gòu)安全評價結(jié)果為A級，能夠滿足水庫日常運行需求。

2水庫除險加固方案設(shè)計與技術(shù)優(yōu)化

對肖河峪水庫開展現(xiàn)場勘查，并結(jié)合水庫實際運行情況，運用與之適配的除險加固技術(shù)[9]，以此防范諸如溢流、滑坡[10]等情況的發(fā)生，進(jìn)而提出具體的水利水電工程水庫除險加固措施[11]。

1.防洪工程。清理右岸擋水壩壩頂?shù)蔫徝?，將鋼筋混凝土澆筑在壩頂，增加壩體高度，整體澆筑溢流壩右邊墻、壩頂防浪墻和右岸擋水壩[12-13]。整體澆筑后，壩頂高為239.5 m，溢流壩右邊墻和防浪墻高為240.7 m，將1.2 m的不銹鋼欄桿增設(shè)到壩頂下游。將土清填至左岸擋水壩壩頂，將其高程增加到與右岸擋水壩相同。利用漿砌石完成壩體的加高，同時將鋼筋混凝土澆筑在壩頂表面，整體澆筑溢流壩左邊墻、壩頂防浪墻和左岸擋水壩。整體澆筑后，壩頂高為239.5 m，溢流壩左邊墻和防浪墻高為240.7 m，將

1.2 m的不銹鋼欄桿增設(shè)到壩頂下游。

2.水庫大壩維修。鑿除2 cm的堰面部位，并用相同厚度的高分子纖維聚合物砂漿找平堰面[14]；修復(fù)溢流壩2側(cè)、上游面以及擋水壩段上下游面的邊墻砌石勾縫。

3.輸水管維修。清除灌溉輸水管進(jìn)口處的淤泥，防腐處理輸水管道的管件、閥門。將鍍鋅鋼筋攔污網(wǎng)設(shè)置在輸水管的進(jìn)口處。采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)修建閘閥井，并將其設(shè)置在現(xiàn)有閘閥井上游的3.5 m處。泄洪時，右岸第2溢流壩下游沖刷區(qū)中的輸水管頂容易被沖刷，因此，需要加固處理該輸水管頂部，處理措施是采用0.5 m厚的鋼筋混凝土加固[15]在輸水管頂部位置。

4.值班室改建。翻修原有的壩上簡易值班室，遵循減少新增征地、合理利用空間的原則，在原有值班室附近修建新的值班室，方便日常巡查水庫大壩。新建的值班室的位置與壩頂、交通道路的距離應(yīng)較近。

5.工程觀測。將變形觀測點設(shè)置在擋水壩2岸壩頂，以便實時觀測大壩的變形情況[16-18]，并且在大壩變形達(dá)到閾值時，發(fā)出聲光報警。

3結(jié)果與分析

應(yīng)用上述水利水電工程水庫除險加固技術(shù)，除險加固肖河峪水庫，分析加固后水庫的穩(wěn)定應(yīng)力。

3.1壩體穩(wěn)定應(yīng)力分析

3.1.1荷載組合

設(shè)置2種荷載組合：第1種荷載是在正常水位條件下由浪壓力、揚壓力、水壓力、自重和泥沙壓力構(gòu)成；第2種荷載是在校核洪水位下，構(gòu)成荷載的壓力與第1種荷載組合相同。荷載組合在不同工況下的計算結(jié)果如表1所示。

3.1.2應(yīng)力分析

將壩體分為上游面和下游面，分別對壩體兩面展開應(yīng)力分析，結(jié)果如圖1所示。

由圖1可知，上邊緣和下邊緣在第1種荷載組合條件下的最大應(yīng)力分別為0.27 MPa和0.30 MPa；上邊緣和下邊緣在第2種荷載組合條件下的最大應(yīng)力分別為0.25 MPa和0.297 MPa。肖河峪水庫壩體為水泥砂漿塊石砌體，根據(jù)《砌石壩設(shè)計規(guī)范》可知，第1種荷載組合和第2種荷載組合的容許壓應(yīng)力值分別為3.35 MPa和3.95 MPa，通過上述應(yīng)力分析結(jié)果可知，肖河峪水庫壩體符合設(shè)計規(guī)范。

采用拱梁分載程序繪制肖河峪水庫壩體在第2種荷載組合工況下的應(yīng)力等值線圖。

《砌石壩設(shè)計規(guī)范》中規(guī)定壩周邊的容許拉應(yīng)力值為1.2 MPa，剩余部位為1 MPa，壩體上游面和下游面的應(yīng)力值均在容許范圍內(nèi)，根據(jù)結(jié)果分析表明的肖河峪水庫壩體及應(yīng)力符合設(shè)計規(guī)范如圖2所示。

3.2邊坡穩(wěn)定分析

分析邊坡穩(wěn)定性，在水位驟升至校核洪水位工況下，壩體上下游邊坡安全系數(shù)在水位上升速率為0.2 m/d，0.5 m/d，1 m/d，2 m/d，3 m/d時的變化情況如下：

由表2、表3中的數(shù)據(jù)可知，上游壩安全系數(shù)在水位驟升工況下在短時間內(nèi)增大，經(jīng)過快速上升后趨于穩(wěn)定，安全系數(shù)保持穩(wěn)定所需的時間隨著水位上升速率的增大而減小。下游壩安全系數(shù)在水位驟升情況下首先減小，在減小后安全系數(shù)以較小的幅度增大，下游壩的安全系數(shù)隨著水位上升速率的增大變化幅度變小。

《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》規(guī)定壩坡抗滑穩(wěn)定的安全系數(shù)需要高于1.20，在上述測試中，肖河峪水庫壩體上下游邊坡安全系數(shù)均在1.20以上，表明肖河峪水庫壩體上下游的壩坡抗穩(wěn)定符合要求。

4結(jié)語

現(xiàn)場調(diào)查肖河峪水庫除險加固情況，發(fā)現(xiàn)水庫目前存在的風(fēng)險，以此為依據(jù)，制定肖河峪水庫除險加固方案，并對加固后水庫的應(yīng)力和邊坡穩(wěn)定性展開分析，經(jīng)驗證肖河峪水庫壩體上游面和下游面的應(yīng)力值均在容許范圍內(nèi)，壩坡抗穩(wěn)定符合要求。該結(jié)果驗證了提出的水利水電工程水庫除險加固措施具備可行性和有效性。

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（責(zé)任編輯：李睿）