水库除险加固工程拦河坝设计

罗发鑫

（安顺市平坝区羊昌乡水利和移民工作站 贵州安顺 561109）

水库除险加固工程拦河坝设计

罗发鑫

（安顺市平坝区羊昌乡水利和移民工作站 贵州安顺 561109）

近年来，随着社会经济的迅速发展，水利基础设施建设受到了社会相关人员的广泛关注，水库除险加固设计作为水利工程施工的重点内容，受到了高度重视。此背景下，本文以某水库为例，对水库除险加固工程中的拦河坝设计相关内容进行了详细的阐述，以供参考。

水库；除险加固；拦河坝设计

1 引言

当前，我国大多数水库依旧存在不同程度的病险问题，已经对水库大坝的安全造成了较大的影响，并严重威胁到了下游群众的生命财产安全。针对此情况，必须重视水库除险加固，这就要求制定良好的除险加固设计方案，为工程的顺利开展奠定坚实的基础，促进水利工程的良好发展。

2 工程概况

羊昌乡龙海村磨石冲小型（山塘）水库总库容为1.4万m3，根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》以及《防洪标准》中的相关规定可知，该水库工程等级为Ⅳ等，规模属于小（1）型，枢纽永久性建筑物等级4级，主要包括大坝、溢洪道与输水洞。同时，永久性次要建筑物等级为5级，主要包括溢洪道尾水渠等；临时性水工建筑物等级为5级。此外，该水库工程项目校核洪水标准重现期为300年，设计洪水标准30年。在此水库工程项目中，其溢洪道消能防冲标准为20年一遇洪水。依据《中国地震动峰值加速度区划图》，该水库枢纽工程设计烈度为7度。

3 枢纽工程总布置

3.1 拦河坝

该水库大坝坝型属于黏土心墙坝，整体长度为36m，大坝高程为3.2m，坝顶高度为3.2m，防浪墙顶高3.4m，比坝顶高超出了0.4m，坝顶宽度达3.5m。同时，水库大坝的坝顶路面为混凝土路。心墙顶部高3.2m，底部宽度为16m，最大宽度达17m，黏土心墙与岩基直接相连，岩基实际开挖深度达1.5m，基槽底部宽度为2.0m。此外，水库上游坝坡坡比1：2.5，下游坝坡坡比1：2.0在高度为3.3m部位的上下游处，各自布设了一道宽度达1.5m的戗台。坝壳部位填筑施工主要采用风化砂材料进行。

3.2 溢洪道

该工程溢洪道布设在大坝的右端，属于开敞式正堰溢洪道，其主要由进口段、收缩段、消能段、控制端与泄槽段共同构成。同时，堰型属于WES实用堰，宽度为3m，堰顶高1.2m，不设置闸门。此外，该水库工程堰下属于收缩段，长度为3m，由原先的8m收缩为当前的6m，下部连接陡槽，陡槽与挑坎的实际宽度为8m，溢洪道总长度达15m。

3.3 输水洞

该水库工程输水洞位于大坝的左端，施工主要采用坝下埋管的方式，输水管选用承插式预制混凝土管，其直径D为200mm，长18.5m，桩号0+034.5～0+037.5处为竖井，竖井内部设置了直径D为200mm的闸阀，闸阀前端部位安装了参数为1.0×1.0m的铸铁闸门。此外，该水库输水洞进口高3m，进口是一种长5m的混凝土方字，输水洞出口消力池与渠道直接相连。

4 拦河坝设计

4.1 坝顶高程复核

4.1.1 坝顶超高

该水库坝顶超高可按照以下公式计算：

y=R+e+A

式中：y-坝顶超高，单位m；R-最大波浪在坝坡上的爬高，单位m；e-最大风雍水面高度，单位m；A-安全加高，单位m。依据相关规范规定，Ⅳ级坝（山区、丘陵区）设计情况下A=0.5m，校核情况下A=0.3m。

4.1.2 坝顶高程与防浪墙顶高程确定

该水库坝顶高程与防浪墙顶高程的确定见表1。

表1 坝顶高程与防浪墙顶高程确定

该水库设计选取最大值，计算防浪墙顶部高程3.4m，实际坝顶高3.3m，防浪墙顶高程3.4m，由此可知，不满足防浪墙设计高程要求。针对此，该水库设计将坝顶高度加高至校核洪水位3.3m，选取1m作为防浪墙高程，所以该次设计防浪墙顶高程3.4m，比计算防浪墙顶高程高出了0.02m，可满足项目设计高程要求。

4.2 坝体稳定复核

4.2.1 渗流稳定分析

（1）下游坝坡逸出点验算

该水库大坝下游坝坡渗透系数主要涉及以下内容：

心墙黏土渗透系数K0=5.2×10-6cm/s；

上下游坝壳风化砂K1=5.2×10-4cm/s；

地基砂质粉土渗透系数K2=6.5×10-3cm/s。

同时，对于其各层厚度，具体为：地基砂质粉土层平均厚度T1=4.2m；心墙厚度d1=2.0m，d2=7.0m，d3=7.0m。

（2）正常环境下浸润线计算

通过探查发现，该水库边界条件为：水库上游正常高水位达3.3m，下游没有水，地面高程为3.2m。心墙渗透系数K0与坝壳K1之间存在10倍的差距，所以将水库水位作为1-1断面水位偏向安全。同时，该水库基岩面以下部位属于透水层，由《水力计算手册》可知，在有限透水地基上，中心墙土坝的心墙为不透水层。该项目浸润线、大坝主河槽单宽、渗流量为：

由上述公式可得：h1=5.18m，h0=1.22m，q=6.1×10-4m3/s。所以，该水库项目心墙下游侧浸润线高3.2m，排水体处逸出高程3.9m。通过计算坝体浸润线可知，下游坝坡逸点在排水棱体内，满足渗流稳定要求。

4.2.2 坝体边坡稳定计算

对于水库坝体边坡稳定计算，需确保其满足土坝规范（SL274-2001）中的相关规定，可采用简化毕肖普法进行。该水库大坝已经建成并投入运用多年，其坝体边坡复核计算主要包括稳定渗流期上下游坝坡稳定与水库水位骤落期的上游坝坡稳定的计算。新设计的大坝断面是在原大坝断面上建设的，坝顶高度增加0.24m，上下游坡比保持原先设计。该水库坝坡稳定工程状况为：正常蓄水位3.40m，设计（P=3.33%）3.8m，校核（P=0.33%）3.9m。由此可知，各工程情况下的水库坝坡稳定均满足相关规范要求。

4.3 上游块石护坡稳定计算

4.3.1 块石护坡直径计算

对于该水库工程项目护坡块石直径的确定，主要依据《碾压式土石坝设计规范》进行，计算公式为：

式中：D-石块的换算球形直径，单位m；m-坡率，取2.5；kt-随坡变化的系数，取1.3；ρk-块石密度，选取2.7t/m3（片麻岩）；ρw-水的密度，取1.0t/m3；hp-通过相关计算，护坡块石直径为0.28m，本次设计护坡块石直径选用0.30m。

4.3.2 护坡厚度计算

依据《碾压式土石坝设计规范》，该水库工程护坡厚度计算公式为：

式中：t-护坡厚度，单位m；K-随频率变化的系数，选取1.3。通过计算可得，护坡厚度为0.17m，本次设计护坡厚度选用0.3m，并在其下方设置了厚度为0.2m碎石垫层与100mm厚的混合砂。

4.4 防浪墙设计

该水库工程原先的防浪墙为砖砌结构，顶部高程3.4m，底部高程3.7m，结构形式为L型挡墙，墙厚400mm。本次设计将原防浪墙全部拆除，重新修建混凝土防浪墙，墙顶高程为3.4m，底高程为3.3m，墙厚250mm，防浪墙结构形式为L型挡墙。

5 结语

综上所述，通过落实水库除险加固工程拦河坝设计，可有效避免水害事故的发生，从而在确保人民群众生命财产安全的基础上，对水库水利资源进行充分的、合理的利用。但在设计过程中，还需对水库整体情况进行综合的考虑，确保设计方案的合理性、有效性、可行性，从而实现全面提升水库除险加固工程拦河坝设计质量，促进水利工程的良好发展。

[1]李 浩.莫家沟水库除险加固工程设计[J].中国科技信息，2011（13）：45～46.

[2]李晓丽，李钊成，丛日义，等.八道沟水库除险加固工程设计[J].中国科技信息，2013（06）：78.

[3]刘洪娜.正南沟水库除险加固工程设计[J].工业 c，2015（44）：160～161.

TV64

A

1004-7344（2016）21-0129-02

2016-7-5

罗发鑫（1971-），男，布依族，中级工程师，大专，主要从事水利工作。