八岔沟水库除险加固分析

侯裕清

（辽宁省大连水文局，辽宁 大连116023）

1 基本概况

八岔沟水库位于长兴岛临港工业区八岔沟村西北，是一座集防洪、灌溉用水于一体的水库。该水库始建于1970年10月，坝址以上集雨面积1.7km2，河道长2.5km，最大库容20.07万m3。现坝顶平均高程38.0m，坝长170m，坝宽3.0m，最大坝高16.1m，大坝迎水坡比1∶2.5，块石护坡，背水坡比1∶2.0，草皮护坡，下游坡有贴坡排水体，坝体防渗体为黏土心墙；溢洪道位于大坝左侧，型式为宽顶堰，底高程34.2m，净宽7.3m；输水洞位于大坝的右侧，型式为坝下埋管，洞进口底高程为28.12m，进出口之间坡度为1/100，洞长57.0m，洞径为准250，坝后阀门。

八岔沟水库为小（2）型水库，根据GB50201—94《防洪标准》中工程等别和级别划分，八岔沟水库工程等别为Ⅴ等，主要建筑物和次要建筑物级别为5级，防洪标准执行SL252—2000，按20年一遇洪水标准设计，200年一遇洪水标准校核［1］。

2 存在的主要问题

八岔沟水库始建于1970年10月，施工时坝基未开挖到弱风化岩层，造成水库渗漏，至今蓄不上水；大坝现有防洪能力不满足规范要求。目前水库存在的险情主要有：①大坝坝基坐落在全风化及强风化岩层上，下游坝脚渗漏明显；②大坝迎水坡护坡石现已凹凸不平，残缺不全；③溢洪道两侧无衬砌，岩石风化严重，末端无消能设施；④输水洞工作闸阀损坏，渗漏严重，无法正常运行；⑤水库无防汛路；⑥大坝无管理设施［2］。

3 除险加固计算分析与工程设计

本次除险加固设计为八岔沟水库坝顶平均高程38.0m，坝长170m，最大坝高16.1m，坝顶宽3.0m，坝体防渗体为黏土心墙。溢洪道位于大坝左侧，型式为正槽开敞式，底高程34.2m，净宽7.3m，两侧无衬砌，末端无消能防冲设施。输水洞位于大坝右侧，型式为坝下埋管，进口底高程为28.12m，总长57m，内径为0.25m混凝土圆管，采用坝后式闸阀放水灌溉兼泄洪［5］。

3.1 坝顶高程校核分析

坝顶高程计算按SL274—2001《碾压式土石坝设计规范》的规定，分别计算设计洪水位加正常运行情况的坝顶超高与校核水位加非正常运行情况的坝顶超高的两种运行情况，取其中最大值复核坝高程［3］。

式中 h超为坝顶超高（m）；h爬为最大风浪在坝顶上的爬高；e为最大风壅水面高度（m）；A为安全加高（m），计算正常运行情况A=0.5m，非正常运行情况，A=0.3m。

计算风速的确定。根据气象站观测统计本水库多年平均年最大风速为14.4m/s。

平均波高h计算：

式中 g为重力加速度，g=9.81（m/s2）；H为水域平均水深（m）；D为由计算点逆风向量到对岸的距离（m）；W为设计洪水位取1.5倍的多年平均年最大风速，校核洪水位取多年平均年最大风速。

平均波长λ按式（3）计算：

式中 T为平均波周期，按公式T=4.438h×0.5计算；H为水域平均水深（m）。

平均波浪爬高的计算，采用莆田试验站公式：

式中 K△为斜坡的糙率渗透性系数，护面类型为砌石护坡，K△=0.77；KW为经验系数；m为斜坡坡率，m=2.5；为坡前波浪的平均波高（m）；λ为坝前波浪的波长（m）。

设计波浪爬高h爬，按爬高分布进行换算，该工程为5级建筑物，确定波高累积频率P=5%。

风壅水面高度e计算（该值很小，忽略不计）。

安全加高A确定。根据S274—2001《碾压式土石坝设计规范》表5.3.1取用：设计水位时，A=0.4m；校核水位时，A=0.3m。

经分析计算，坝顶高程由非常运用条件控制，故非常运用条件下的坝顶高程为：

H坝顶=36.51+0.67=37.18m，现坝顶高程38.0m，满足洪水复核要求。

3.2 大坝渗流稳定分析

由于八岔沟水库大坝无渗流观测资料，本次渗流安全复核以大坝现场安全检查结果为依据，进行渗流安全分析评价。经现场检查发现，大坝坝基坐落在全风化及强风化岩上，大坝基础渗漏，下游坝脚有明显的漏水点，心墙土料质量较差，坝体局部渗漏，大坝存在渗流安全隐患［3］。

3.3 坝坡稳定校核分析

八岔沟水库大坝为黏土心墙坝。现坝顶平均高程38.0m，坝长170m，最大坝高16.1m，坝顶宽3.0m，大坝迎水坡比为1∶2.5，背水坡比为1∶2.0，坝坡稳定计算是采用瑞典圆法计算出圆弧滑裂面的安全系数，各种工况下的坝坡稳定计算，结果如表1。

表1 坝坡稳定计算成果

从表1计算工况看，大坝上、下游坡的抗滑稳定安全系数均能满足规范要求。

3.4 工程设计

3.4.1 结构确定

经复核确定大坝坝顶宽度3.0m，最大坝高16.1m，坝长170m，大坝上游坡比为1∶2.5，块石护坡厚300mm，下游坡比1∶2.0，草皮护坡，并增设贴坡排水，大坝防渗体采用土工膜防渗。

本次除险加固主要解决坝基坝体渗漏问题。处理方法为：在上游坝坡采用两布一膜200g/0.3mm/200g进行贴坡式防渗。具体做法为拆除上游坝坡干砌块石，在坝脚开挖基础，挖至岩石层，即弱风化岩层深0.5m，铺设土工膜，作为防渗体，土工膜砂砾垫层上下各200mm，上部高程要达到37.00m，长度170m，下部岩石基槽填筑黏土夯实，使土工膜与基岩严密结合。

3.4.2 护坡工程

上游坡护坡石翻新，铺设干砌石厚300mm，碎石垫层厚300mm；下游坡采用草皮护坡。

3.4.3 排水体工程

本工程采用试算法求出下游坝坡逸出点的高度h为2.5m，同时参照SL189—96《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》对贴坡排水的要求，本次设计增设下游贴坡排水体，排水体高4m，长70m；结构型式为：铺设块石厚300mm，碎石垫层厚300mm。

3.4.4 溢洪道工程设计

3.4.4.1 规模及总库容确定

通过计算，确定溢洪道底部高程为H溢底=H正=34.20m，溢洪道形式为宽顶堰。根据调洪演算成果，取溢洪道宽度7.3m，则溢洪道水深2.31m，校核洪水位36.51m，泄流量37.93m3/s，正常库容12.31万m3，防洪库容7.76万m3，总库容20.07万m3。

3.4.4.2 溢洪道设计

经设计确定溢洪道堰顶高程34.20m，宽7.3m，溢流段长度110m。溢洪道底及两侧采用浆砌石衬砌。

3.4.5 输水洞工程设计

现输水洞放水阀锈蚀，渗漏严重，无法正常运行，需更换新的放水阀。本次输水洞放水阀根据工程实际情况和实测资料采用了适合本工程的埋件和止水结构，在主轮结构中采用了自润滑轴承，启闭机采用液压启闭机，液压站设置2套泵组设备，1套工作，1套备用［1］。

3.4.6 其他设计

为满足运行管理要求，增设1座50m2的管理房，为瓦屋面砖混结构。因水库无防汛路，本次设计1.0km防汛路，路宽6m，路面采用厚200mm砂砾石路面。

4 结语

通过对八岔沟水库存在主要问题的分析，提出了对八岔沟水库除险加固设计，并根据相关规范要求和实际情况进行了计算与分析，确定了除险加固工程对坝体、坝基进行防渗处理；更换输水洞阀门，增设阀门房；更新迎水坡护坡石，增设下游排水体；对溢洪道进行衬砌，增设消能设施。水库除险加固完成后将确保水库正常运行，促进农村产业结构调整，发展农村经济，提高农民经济收入，对加快农业两化进程起到积极的推动作用。

［1］张建平.小型水库除险加固工程设计问题的探讨［J］.水利规划与设计，2013（4）：81-82.

［2］王洪伟，马丽，刘智.营口市小型水库病险分析及加固措施［J］.水利规划与设计，2014（7）：88-89，82.

［3］陈延生.苇子沟水库大坝除险加固设计［J］.黑龙江水利科技，2014（12）：160-163.

［4］项伟.海龙川水库大坝除险加固设计与计算［J］.黑龙江水利科技，2014（12）：177-179.

［5］袁莹.北镇市龙门水库除险加固工程设计分析［J］.黑龙江水利科技，2014（11）：154-156.