创业水库除险加固工程设计方案研究与分析均质土坝除险加固工程的应用与分析

李英承

【摘要】创业水库除险加固工程采用原均质土坝除险加固，既可保证灌区耕地的用水要求，使现有水资源得到充分的利用，又改善了当地的自然生态环境的需要。

【关键词】水库；除险加固；应用与分析

1、工程概况

某市创业水库是一座以农业灌溉为主，兼顾养殖业，结合旅游业的综合利用的平原水库。可满足下游灌区0.2935万亩耕地的需水要求。根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》SL252-2000，本工程规模为小（1）型，工程等别为Ⅳ等，主要建筑物为4级，次要建筑物为5级，水库枢纽工程主要由大坝、放水涵洞组成。

创业水库建成于1989年，属于无勘察、无设计、无施工检查及验收的“三无工程”。水库建设初期受客观条件限制，工程建设不配套。水库由于施工質量较差，运行中险情不断，现已成为一座病险库，无法正常运行，使下游灌区的经济发展受到很大的限制，已成为制约下游灌区农牧民脱贫致富奔小康的“瓶颈”问题。

2、基本资料

2.1 气象。水库区域多年平均气温为7.8℃、极端最高气温为41.8℃，极端最低气温为-37.5℃。最冷月为1月份，平均气温-15.6℃，属严寒地区，冻融循环次数小于100次，无霜冻日数175天，最大冻土深1.50m。

2.2 水文。创业水库主要以泉水补给为主，泉水径流较地表径流稳定，泉水径流的年际变化较小，创业水库入库不同保证率设计年径流量成果，见表1。

2.3 工程地质条件

2.3.1 坝体工程地质。坝体土为低液限粘土，可塑状态，天然密度（ρ）为1.84g/cm3，干密度（ρd）为1.58g/cm3，含水量（W）为16.7%，孔隙比（e）为0.73，液性指数（IL）为0.03～0.66，塑性指数（Ip）为11.6，凝聚力（C）为19.0kPa，摩擦角（φ）为26.1°，渗透系数为3.1×10-4cm/s，属中等透水，综合确定承载力值为100KPa，压缩模量（Es）为1.6MPa，具高压缩性。

2.3.2 坝基工程地质条件

（1）坝基土物理力学性质

坝基土均由第四系全新世冲洪积（Q4al+pl）组成，主坝段（0-431～0+363）坝基土为低液限粘土，可塑状态，天然密度（ρ）为1.92g/cm3，干密度（ρd）为1.57g/cm3，含水量（W）为21.9%，孔隙比（e）为0.73，液性指数（IL）为-0.17～0.41，塑性指数（Ip）为11.9，凝聚力（C）为17.0kPa，渗透系数为4.1×10-4cm/s，属中等透水，综合确定承载力值为100KPa，压缩模量（Es）为2.3MPa，具高压缩性。

西副坝大部分无坝体。坝基土为低液限粘土，揭露厚度约3.0m，软塑状态，天然密度（ρ）为1.77～1.90g/cm3，干密度为（ρd）为1.44～1.52g/cm3，含水率（W）为22.6～25.3%，孔隙比（e）为0.781～0.877，液性指数（IL）为0.25～1.40，塑性指数（Ip）为7.6～21.5，凝聚力（C）为24.0～30.0kPa，摩擦角（φ）为16.4°～26.2°，渗透系数为4.21×10-4～2.2×10-5cm/s，属微～中等透水，综合确定承载力值为80KPa，压缩模量（Es）为3.62～10.68MPa，具高～中等压缩性。

东副坝大部分无坝体。坝基土为低液限粘土，软塑状态，渗透系数为6.23×10-6～9.51×10-5cm/s，属微透水，综合确定承载力值为80KPa，压缩模量（Es）为3.92～3.15MPa，具高压缩性。

2.3.3 放水涵洞工程地质条件。依据ZK1勘察结果在10.00m深度范围内闸基土为低液限粘土，可塑状态。属微透水，综合确定承载力标准值（fk）100kPa，压缩模量（Es）为2.5MPa，属高压缩性土。

3、工程设计

3.1 工程总体布置。水库枢纽建筑主要包括大坝、放水涵洞。创业水库大坝坝型为均质土坝，整个大坝由主坝和副坝组成，主坝段呈向河谷下游凸出的圆弧型式，左副坝与主坝相交于坝桩号0-431处；右副坝与主坝相交于坝桩号0+333处。放水涵洞与坝轴线正交，放水涵洞由进口段、闸井段、洞身段、消能段组成。

3.2 大坝工程

3.2.1 主坝、左、右副坝轮廓设计。主坝、左副坝、右副坝均为碾压式均质土坝。最大坝高5.39m，坝顶宽度4.0m。在坝顶上、下游侧设置砼路沿石。主坝段坝脚设一道倒梯形阻滑墙。

3.2.2 放水涵洞轮廓设计。放水涵洞与坝轴线正交，侧墙、顶板与底板均为钢筋C20、F200、W4砼；闸井段从上往下依次由启闭机室、竖井和闸室三部分组成，启闭机为两台5t手电两用螺杆式启闭机；洞身断面型式为城门洞形；消能段由陡坡段、消力池段和扭面段组成。

4、水库工程除险加固分析

4.1 创业水库除险加固是灌区经济发展、加快新农村建设，推进以农民增收问题为核心的“三农”工作的需要。创业水库除险加固增加农民收入，为新农村建设提供强大的经济保障，以农业为龙头，带动加工业，促进工业的发展，实现经济良性、快速发展，以水利促进农业发展，以点带面，为某市经济增长寻求新的亮点，增加其发展后劲，尽快提高当地农民生活水平，为某市的可持续发展奠定坚实的基础，可见创业水库除险加固是加快新农村建设，推进以农民增收问题为核心的“三农”工作的需要。

4.2 创业水库除险加固是解决水资源时空分布不均矛盾，充分利用水资源，提高水资源利用率的需要。创业水库的径流特点，一是时间上的不均匀，非灌溉期水量大，二是冬季水资源不能充分利用。创业水库除险加固以后，枯水年在此规模下可保证0.2935万亩耕地足水灌溉。可见创业水库除险加固不仅可保证灌区耕地的用水要求，使现有水资源得到充分的利用。

4.3 创业水库除险加固是改善当地的自然生态环境的需要。创业水库除险加固完成后，灌区防护林面积将达到480亩。既能直接供给人民日常生活需要的木材，涵养水源、抗击自然灾害、保障农作物丰收；同时又可调节气候、改造自然条件、增强人民体质。另外创业水库除险加固可使该水库成为青山绿水的风景区，为人们的精神生活带来无限的乐趣，为发展旅游也创造良好的条件。