某水库除险加固设计浅析
2015-10-21刘岩
刘岩
摘要：水库除险加固设计是保证水库长期正常运行的必然选择。本文以某一水库为例，从工程实际情况到检查存在的问题，以及工程的复合设计，详细论述了水库除险加固的经过和设计过程，为类似工程的设计施工以及除险加固的论证。
关键词：水库；除险加固；设计；
1工程簡介
某水库枢纽位于月河右岸一级支流某下游。水库枢纽距五里镇约5km，有简易公路通到右坝肩山梁上。
水库枢纽工程由大坝、放水设施、左岸溢洪道等主要建筑物组成。水库坝体为粘土均质坝，最大坝高17.56m，坝顶长152.545m，坝顶宽4.6m，坝顶高程500.0m（相对高程）。坝址以上控制流域面积3.6km2，总库容20.4万m3，河道长5.0km，河道平均比降95.44%。某水库是一座以供水，灌溉为主，并兼有养殖等综合效益的V等小（2）型工程【1】。
水库工程于1954年2月由群众自建，为万方大堰，于1958年加坝升级为水库，投入使用。由于当时水库设计不规范，施工方法简陋落后，加之水库运行后主要建筑物老化失修，水库多年来一直带病运行，效益不能发挥。2007年4月市防汛办、区防汛办组织有关专家对某水库进行了安全鉴定，鉴定结论是：某水库大坝属三类坝，建议尽快进行除险加固处理【2】。
1. 1现场检查存在的问题
本次设计根据水库除险加固工程设计导则要求。通过检查大坝、溢洪道及放水设施等主要建筑物存在的安全问题，结论如下：
大坝部分
①坝顶：
坝顶为自然土路面，降雨不能通行，对大坝维修及汛期防汛不利。
②上游坝坡：
上游坝坡没进行护面处理，坝坡面不规整，冲刷侵蚀严重。
③下游坝坡：
背水面右侧有较大面积的土体产生了变形、塌陷和滑动，结合钻孔资料，土体最深滑移面达4m。下游坝坡抗滑稳定安全系数不满足规范要求；且坝面杂草、树木从生，无坝面排水系统。
（1） 溢洪道评价：
溢洪道设计虽满足泄洪能力需要。但现状溢洪道折线堰为宽1.2m，高4.6m的浆砌石结构，堰体砌石部分裂缝、脱浆，漏水严重，堰后侧槽底板衬砌厚度不够，现状冲刷破坏严重，已形成深0.5m冲坑。
（2） 引水设施部分：
引水设施虽经2003年处理，但在2007年7月因柴头堵塞，无法正常放水。
（3） 其它设施：
①水库无水位尺，无雨量观测设施；
②大坝无渗漏、位移变形等观测设施；
③大坝无管理房及抗洪设施；
1.2除险加固的必要性
水库运行50多年以来，为工程所在的附近村庄的农业和农村经济发展发挥了巨大的作用。
1958年3月完工，1965年因漏水，坝体滑动后进行整修，1977年7月因上游堰塘跨坝，导致某水库漫坝，坝体形成深槽，淹没下游刘家营村，冲毁大量房物及农田，后回填坍塌坝体，烣复水库部分功能，施工时均为人工填筑，也未对坝体加宽，安全难以保障，且不能发挥正常效益。
针对工程现状存在的安全隐患和缺陷，按照现行标准和规范采取工程措施，消除工程安全隐患和缺陷，改善运行条件，以确保工程安全有效运行。
2 大坝加固工程设计
2.1大坝稳定渗流复核计算
本次设计是根据现行规范要求对大坝现状渗流进行复核，根据复核结果，进一步弄清楚坝体存在的问题，为加固方案的拟定奠定基础，提出相应的工程加固措施。
（1）设计计算工况
根据《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》（SL189-96）中关于渗流计算的相关要求，渗流计算两种工况如下【3】：
工况①：上游校核洪水位以及对应下游水位；
工况②：上游正常蓄水位以及对应下游水位；
（2）计算边界条件
根据规范和坝体实际情况，坝坡渗流计算断面选定坝体实测最大断面，土层分界根据地勘资料确定。
①最大坝高17.56m，坝轴线152.545m；
②坝顶宽度4.6m；
③上游坡比1：2.0、下游坡比1：1.8；
④校核洪水位时，上游水位498.98m，对应下游水位483.96m
⑤正常蓄水位时，上游水位497.20m，对应下游水位483.96m
⑥下游排水棱体顶宽1.5m，外坡1：0.3，内坡1：1.5；
（3）设计参数选择
采用安康市汉滨水利水电水保生态勘测设计院（2008年）编制的《汉滨区某水库工程大坝安全论证总报告》中土层的相关参数。
（4）计算结果分析
不同工况下的渗流量
经过计算，工况①和工况②渗流量计算结果见表1。
表1： 水库渗流计算结果表
设计
工况
上游水位
（m）
下游水位
（m）
单宽渗流量
（m3/d-m）
水力
坡降
总渗流量
（m3/d）
校核洪水位
498.98
483.96
0.12
0.39
18.85
正常蓄水位
497.20
483.96
0.09
0.34
13.51
对于工况①，即当洪水达到校核水位498.98m时，坝体渗流总单宽流量为0.12（m3/d-s），坝轴线总长152.545m，即坝体渗流总量18.85m3/d。
