水库除险加固工程稳定计算研究

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［摘要］小型水库除险加固工程土石坝多存在大坝渗流稳定问题，常采用设置排水棱体培厚坝坡或设置防渗心墙等工程措施。驼儿潭水库除险加固工程通过设置高压旋喷桩防渗心墙，有效减低坝体浸润线，提高坝体抗渗能力及坝坡渗流稳定性。针对小型水库除险加固工程土石坝渗流稳定的计算方法进行探讨，并介绍了几点经验。

［关键词］渗流稳定;浸润线;高压旋喷桩防渗心墙

1工程概况

驼儿潭水库位于赤壁市境内陆水河支流白石港上游，距赤壁市城区25km，属陆水河水系，水库集雨面积8.00km2，总库容为363.98×104m3，设计灌溉面积133.333hm2。水库30年一遇设计洪水位173.72m，300年一遇校核洪水位174.28m。水库由大坝、溢洪道、输水管3部分组成，是一座以灌溉为主，兼有防洪、供水等综合效益的小(Ⅰ)型水库［1］。

2工程地质

驼儿潭水库坝址区出露地层主要为第四系覆盖层、志留系地层及二叠系地层，基岩岩性为二叠系下统灰岩，第四系地层分布广泛，成因类型以残坡积、冲洪积及坡积物为主。坝体心墙填筑料为黏土，棕色、棕红色，主要为残积黏土、少量碎石、块石混杂而成，局部夹有少量腐殖质，夹有多层松散层、碎石层及腐殖质，局部有架空小空洞。坝壳料由风化泥土夹碎石、块石、强风化岩屑构成，呈碎石土状，碎石含量在50%～60%之间，由弱风化灰岩、白云岩、泥灰岩组成，粒径5～30cm之间，呈棱角状。

3防渗加固措施

驼儿潭水库大坝为黏土心墙土石坝，最大坝高36.60m。本次心墙加固采用高压旋喷桩防渗墙加固处理，防渗轴线布置在坝体轴线上，高压旋喷桩桩径1.00m，依据防渗墙上下游水头不同，旋喷桩桩间距0.70～0.80m，成墙厚度0.71～0.60m，钻孔孔斜率不大于0.5%。坝基防渗采用单排帷幕灌浆，帷幕向右坝肩延伸10.00m，孔距2.00m，帷幕底线深入透水率10Lu线以下5.00m。

4坝址下游水位与流量关系计算

驼儿潭水库坝址下游顺直河段长约200m，河床主要由小卵石、粗砂组成，河道147.00高程以下断面呈U字形，无雍水现象，根据实际测量结果绘制坝址下游河道横断面图。水位与流量关系计算公式如下:Q=1nR2/3S1/2A式中:Q为洪峰流量，m3/s;A为有效过水断面面积，m2;n为河床糙率;R为水力半径，m;S为水面比降。根据河床组成，结合湖北省河道糙率经验公式确定该河段的糙率(取为0.04)，水面比降按实测纵断面比降计算(取为0.0808)。通过计算，驼儿潭水库坝址下游水位流量关系成果见表1。

5水库放空时段估算

由于输水管承担着特殊工况放空水库的任务，溢洪道堰顶高程以上水量由溢洪道宣泄，输水管放空水位从堰顶高程172.00m开始、至死水位155.00m结束，放空过程输水管闸门全开。输水管的放空时间根据管道的过流能力，结合水库区间库容计算，其计算成果见表2。

6大坝渗流稳定计算

6.1大坝渗流稳定计算工况

大坝荷载组合分为基本组合和特殊组合，结合本工程实际，考虑以下组合情况。正常运用条件:①正常蓄水位条件下稳定渗流期上、下游坝坡;②设计洪水位条件下水库降落期上游坝坡;③正常运用条件下水库降落期上游坝坡。非常运用条件下稳定渗流期上下游坝坡非常运用条件下水库降落期上游坝坡水位降落时段:校核洪水位及设计洪水位降落至正常蓄水位依据水库调洪演算时段确定，本工程均取6h。正常蓄水位降落至死水位降落时段依据水库放空时段估算确定，具体放空时段见表2。

6.2基本参数

根据试验成果，并参照类似工程拟定抗剪强度指标。坝基及坝体渗流稳定计算采用的物理力学指标见表3.

6.3渗流稳定计算

根据有限元分析方法进行计算，采用河海大学工程力学系《水工结构分析系统》(AutobankV7.41版)软件计算，校核洪水位时浸润线计算简图见图1－图2。由计算结果可知，水库加固后校核洪水位时浸润线经过上游代料区、坝体心墙区、下游代料区，渗流量Q=3.78×10－5m3/s，下游溢出点高程低于排水棱体顶高程，大坝满足渗流稳定要求.

6.4坝坡稳定计算

依据《碾压式土石坝设计规范》(SL274－2020)的要求［2］，对大坝最大断面进行各种工况的上下游坝坡进行抗滑稳定计算。程序按毕肖普法，采用有效应力法进行土石坝边坡稳定分析。计算结果见表4.由计算成果可知，各运用条件下，大坝防渗加固后各计算工况上下游坝坡抗滑稳定安全系数均大于规范要求，大坝安全可靠。加固前后典型工况滑坡危险滑裂面及计算成果见图3－图8。

7结论和建议

驼儿潭水库大坝心墙采用高压旋喷桩防渗心墙加固处理，能有效降低大坝浸润线，明显提高水库高水位运行大坝抗滑稳定安全系数，加固后大坝上下游边坡各工况抗滑稳定系数均满足规范要求。以下对小型水库除险加固土石坝渗流稳定计算提出两点看法，以供参考:1)小型水库除险加固工程岩土试验成果较少，各岩土层各物理力学指标值单一，材料参数选取须参照当地类似工程地质资料及参阅专业书籍慎重甄选，最好有地勘专业人员协助选取。2)要针对各工况反复计算，对计算结果要进行一致性分析，对异常结果要充分分析原因，并调整相应参数重新计算，确保计算结果准确可靠。

［参考文献］

［1］中工武大设计集团有限公司.湖北省赤壁市驼儿潭水库除险加固工程初步设计报告［R］．武汉:中工武大设计集团有限公司，2021.

［2］SL274－2020，碾压式土石坝设计规范［S］．

作者：路书杰 单位：中工武大设计集团有限公司