老驸马水库大坝加固设计方案对比

李玉姝

(朝阳市阎王鼻子水库工程建设管理局,辽宁 朝阳 122100)

老驸马水库大坝加固设计方案对比

李玉姝

(朝阳市阎王鼻子水库工程建设管理局,辽宁 朝阳 122100)

摘要：老驸马水库经安全鉴定为三类坝，需进行除险加固。本文分析了水库大坝存在问题、现状工程情况，重点介绍了大坝加固设计方案及其合理性，通过对加固前后的对比，可以看出水库大坝经加固后，在防洪标准、工程安全方面均满足设计要求，加固设计方案合理，并能达到水库大坝的加固修复效果，为发挥水库的经济效益和社会效益起到了积极作用。

关键词：大坝；加固设计；复核计算；稳定；坝顶高程

1工程概况

老驸马水库位于兴城市红崖子镇老驸马村上游，属兴城河支流，流域面积1.12 km2，坝址以上河道长1.72 km，河道平均比降37.6‰。水库始建于1976年4月，1977年12月竣工。水库是以灌溉、防洪、养殖为一体的小(Ⅱ)型水库，工程等别为Ⅴ等。

工程按10 a一遇洪水标准设计，20 a一遇洪水标准校核。水库枢纽工程由大坝、输水洞、溢洪道组成。水库设计洪水位57.24 m，相应库容为39.8万m3；正常蓄水位56.4 m，相应库容为33.3万m3，校核洪水位57.51 m，相应库容为42.2万m3。水库运行至今已近40 a，期间曾有几次不同程度的修缮，但修复工作多是从水库设施及表损现状进行，水库潜在的病害及坝体渗漏并未得到科学评估及彻底施治。由于当初受条件限制，建坝时设备落后，工艺落后，缺少可依据的规范和标准，加之资金投入不足，致使大坝在建设初期就存在诸多质量问题和安全隐患。为确保下游人民群众的生命财产安全，保证下游公路、铁路的正常运行，发挥水库的最大效益,2014年12月，兴城市水务局组织专家组对老驸马水库进行了安全鉴定，鉴定老驸马水库为三类坝，需进行除险加固。

实测大坝迎水坡为1∶2.6～1∶3.0，背水坡为二级坡，坡比自上而下依次为1∶2.6～1∶3.1，1∶1.81～1∶1.88。实测大坝坝顶净宽4.4～5.0 m，坝顶高程59.5～59.8 m，防浪墙顶高程60.6 m，坝长215 m。

2大坝存在的问题

(1)迎水坡护坡块石风化严重，局部产生沉降，凹凸不平，应重新更换块石。

(2)背水坡坡比不满足稳定要求，需要填筑培厚，无上坝台阶，没设排水沟，且坝脚无排水体。

(3)水库大坝无监测设施，水库目前无观测资料对坝体进行观测分析，处于盲目运行状态，需对水库观测设备进行配置。

(4)上坝道路既窄又陡，雨天泥泞不堪，无法满足施工和汛期运送抢险物资的要求。

3大坝稳定复核

3.1断面稳定计算

(1)断面确定

稳定计算选取实测的3个横断面和1个纵断面。

(2)设计参数的选取见表1。

表1　土坝土料计算指标

(3)渗流分析计算

采用《理正渗流分析计算软件》得出表2计算渗流量。

表2　渗流分析计算成果表

(4)大坝稳定计算

根据《中国地震力参数区划图》(GB 18306-2001)、《中国地震烈度区划图》，老驸马水库地震基本烈度为Ⅵ度，根据《水工建筑物抗震设计规范》(DL 5073-1997)的规定，老驸马水库设计烈度定位Ⅵ度，抗震复核不需计算[1]。

3.2计算工况

依据《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》确定。

(1)正常工作条件下:分为正常高水位、设计洪水位、1/3水位时的上游坡及下游坡的稳定渗流期，采用瑞典圆弧法进行现状稳定计算。

正常高水位：上游坡K计=1.452>K允=1.15；下游坡K计=1.119

设计洪水位：上游坡K计=1.483>K允=1.15；下游坡K计=1.108

1/3水位：上游坡K计=1.234>K允=1.15；下游坡K计=1.236>K允=1.15。

(2)非常运用条件下:分为校核洪水位时上游坡、下游坡的稳定渗流期。采用瑞典圆弧法进行现状稳定计算。

校核洪水位：上游坡稳定K计=1.492>K允=1.15；下游坡稳定K计=1.104K允=1.15。

通过计算，土坝下游坡稳定计算的边坡系数小于规范允许值。

4大坝加固设计方案

4.1坝顶

老驸马水库大坝现状坝顶宽为4.4～5.0 m，对坝顶修整，填筑10 cm厚的碎石路面，路面向下游倾斜2%，以利于坝顶排水，下游坝肩铺设花岗岩路缘石。靠近路缘石侧设置横向排水沟，收集坝顶雨水，排水沟壁厚6 cm，沟宽24 cm，预制钢筋混凝土板盖顶。根据现状断面大坝坝顶高程复核计算，坝顶高程为58.29 m，现状坝顶高程59.49～59.8 m，满足要求，大坝无需加高[2]。

4.2坝坡

迎水坡：将上游坝坡砌石拆除，抛石护砌、修坡，坡比仍为1∶2.6～1∶3.0，外购新石干砌，块石厚度0.30 m，块石粒径大于30 cm,下设20 cm厚碎石垫层，粗砂垫层10 cm。为解决坝体渗漏问题，砂垫层下铺设土工膜，膜下亦为10 cm厚砂垫层，起到保护防渗膜的效果。

背水坡: 由于背水坡抗滑稳定安全系数不满足规范要求，本次加固重新设计下游坡面。坝坡为二级坡，戗台以上坡比由原来的1∶2.6～1∶3.0局部培厚至1∶3.0，而戗台以下坡比应从现状1∶1.81～1∶1.88培厚至1∶2.5。清除坡面杂草树木，平整坝面，采用草籽护坡。新建干砌石贴坡排水，干砌石厚度30 cm，下设20 cm厚碎石垫层和10 cm厚的粗砂垫层，并在背水坡设置一道上坝台阶[3]。

4.3使用年限

老驸马水库属小(Ⅱ)型水库，根据《水利水电工程合理使用年限及耐久性设计规范》SL 654-2014规定，水库壅水建筑物大坝本次除险加固设计使用年限为50 a。

4.4设计大坝稳定复核

(1)断面确定

迎水坡维持不变，仍为1∶2.6;背水坡分为二级，戗台以上仍为1∶3.0,戗台以下1∶2.5。

(2)设计断面渗流分析计算

采用《理正渗流分析计算软件》得出表3计算成果。

表3　渗流分析计算成果表

(3)设计断面大坝稳定计算

计算工况依据《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》确定。

①正常工作条件下:分为正常高水位、设计洪水位、1/3水位时的上游坡和下游坡的稳定渗流期及设计洪水位骤降死水位上游坡稳定渗流期，采用瑞典圆弧法进行现状稳定计算。

正常高水位：上游坡K计=1.519>K允=1.15；下游坡K计=1.239>K允=1.15。

设计洪水位：上游坡K计=1.555>K允=1.15；下游坡K计=1.181>K允=1.15。

骤降死水位:上游坡K计=1.564>K允=1.15。

1/3水位： 上游坡稳定渗流期K计=1.287>K允=1.15；下游坡稳定渗流期K计=1.408>K允=1.15。

②非常运用条件下:分为校核洪水位时上游坡、下游坡的稳定渗流期。采用瑞典圆弧法进行现状稳定计算。

校核洪水位：上游坡K计=1.564>K允=1.15；下游坡K计=1.164>K允=1.15；骤降死水位上游坡K计=1.601>K允=1.15。

经过计算，土坝上游坡、下游坡稳定计算的边坡系数大于规范允许值，因此，说明设计断面合理。

4.5坝顶高程确定

(1) 大坝超高计算

根据《碾压式土石坝设计规范》(SL 274-2001)进行大坝超高计算，计算公式见式(1)：

(1)

式中：Y为坝顶超高，m；R为计算爬高，m；e为最大风雍水高度，m；A为安全加高，A(正常)=0.5 m，A(非常)=0.3 m，A(地震)=1.2 m。

(2)计算结果

根据相关计算，得出水库坝顶超高及坝顶高程见表4。

表4　水库坝顶超高及坝顶高程确定计算表

(3)坝顶高程确定

设计洪水位加正常运用情况的坝顶计算超高:57.24+1.05=58.29 m；校核洪水位加非常运用情况的坝顶计算超高:57.51+0.62=58.13 m。

根据计算，本次计算坝顶高程为58.29 m，小于现状坝顶高程59.5～59.8 m，满足要求，因此坝顶高程仍为59.5～59.8 m[4]。

5结论

大坝作为水库的主要建筑物，其除险加固设计要本着因地制宜、经济科学的原则进行。大坝加固后，在防洪标准、工程安全方面均满足设计要求，加固设计方案合理、可行，能达到水库大坝的加固修复效果，能充分发挥水库的经济效益和社会效益。

参考文献：

[1]中华人民共和国水利部.碾压式土石坝设计规范：SL 274-2001[S].北京：中国水利水电出版社，2002.

[2]中华人民共和国水利部.水工混凝土结构设计规范：SL 191-2008[S].北京：中国水利水电出版社，2009.

[3]李玉姝.兴城市老驸马水库除险加固工程地质勘察报告[R].辽宁喀左：喀左县水利勘测设计队，2015.

[4]中华人民共和国水利部.水库工程管理设计规范：SL 106-96[S].北京：中国水利水电出版社，1996.

The old prince dam before and after reinforcement scheme comparison analysis

LI Yushu

(ChaoyangCityYanwangbiziReservoirProjectManagementBureauofLiaoningProvince,Chaoyang122100,China)

Abstract：The old prince identified as three types of reservoir dam,need reinforcement.Based on the analysis of the problems existing in the reservoir dam,project status and stability check,focusing on the dam reinforcement design scheme and rationality through of reinforcement comparison before and after the program,we can see the dam after reinforcement,in the flood control standard,the safety of the works meet design requirements,reinforcement design is reasonable,and can achieve the reservoir dam reinforcement effect of repair,in order to give full play to the reservoir of the economic and social benefits to positive role.

Key words：dam;reinforcement design;calculation;stability;crest elevation

作者简介：李玉姝(1962-),女，助理工程师，主要从事水利工程管理及水库运行管理工作。

中图分类号：TV698.23

文献标志码：A

文章编号：2096-0506(2016)06-0045-03