某工程调蓄池Ⅱ设计简述

周 洋 锐

(华北水利水电大学水利学院,河南 郑州 450000)

1 工程概况

本工程位于原阳县南部，取水源头为双井防沙闸引入黄河水。主体工程共分为3个调蓄池，本文选用其中的调蓄池Ⅱ。调蓄池Ⅱ位于天然二支渠以北、西关排以东、原官公路以东，以引黄调节为主，库容为238万m3。

2 工程地质

本地地貌单元为黄河冲积平原，地势稍有起伏。工程区勘探深度范围内揭露地层为第四系全新统冲积层，为粘砂多层结构，岩性主要为轻粉质壤土、重粉质壤土、粉砂和细砂等，地层岩性分布比较稳定。

3 调蓄池设计

调蓄池Ⅱ为新开挖工程，主要为保证灌区能充分灌溉。本次设计为半挖半填形式，围堤坝体为土质断面，堤顶中心线长4 080 m，堤顶高程80.50 m，上游堤脚高程76.50 m，下游堤脚高程79.50 m，正常蓄水位79.00 m。

围堤结构断面如图1所示。

3.1 岸坡设计

根据本工程地勘报告成果，结合景观要求，调蓄池Ⅱ围堤断面形式见图2。

3.1.1边坡稳定性计算

本工程为Ⅳ级建筑物，在计算上游边坡的抗滑稳定时应包括正常情况和非常情况。通过查询相关资料得知本地为地震烈度8度区。因此需要对调蓄池围堤边坡进行抗震设计。在边坡稳定计算中，一级马道和堤顶公路荷载按公路Ⅱ级荷载考虑。

1)计算工况。根据规范要求，分别计算了正常运用条件和非常运用条件下的各种不利组合。计算工况分以下两种：

a.正常运用条件。水库水位处于正常蓄水位(79.00 m)的稳定渗流期。

b.非常运用条件。非常运用条件Ⅰ：分两种情况：完建期；水库水位的非常降落。非常运用条件Ⅱ：正常蓄水位+8度地震。

2)安全系数。抗滑稳定最小安全系数见表1。

3)计算方法。采用北京理正岩土软件包中边坡稳定计算程序，该程序可以对圆弧或任意形状滑裂面搜索相应最小安全系数的临界滑裂面。边坡稳定性是根据偏向不利的原则，选择有代表性的断面进行计算。

表1 抗滑稳定最小安全系数

4)岩土物理力学指标选用。调蓄池Ⅱ设计最低高程为76.50 m，池体开挖主要是在第①层，第②层土内进行，各层土体的有关地质参数见表2。

表2 各土层有关地质参数表

对于各土、岩层，选用相应的岩土物理力学指标。在进行边坡稳定分析时，采用饱和快剪指标。

计算成果见表3。

表3 边坡稳定计算成果表

上述计算结果表明：在正常和非常运用条件下，临水边坡的抗滑稳定安全系数大于规范要求的最小安全系数。岸坡的抗滑稳定性和安全性满足规范要求。

3.1.2岸坡超高

根据相关规范的规定，坝顶高程不得低于正常运用或非常运用的水库静水位加相应的超高y，按下式计算：

y=R+e+A+d。

其中，y为坝顶超高，m；R为最大波浪在坝波上的爬高，m；e为最大风壅水面高度，m；A为安全加高，m；d为地震涌浪高度，m。

由于本地地震基本烈度为8度，其地震动峰值加速度为0.20g，根据相关规范规定，考虑地震影响。

坝顶高程按以下计算工况，取其大值：

1)正常蓄水位加正常运用条件的坝顶超高；

2)设计洪水位加正常运用条件的坝顶超高；

3)校核洪水位加非常运用条件的坝顶超高；

4)正常蓄水位加非常运用条件的坝顶超高，再按相关规范规定加地震安全加高。

计算结果见表4。

表4 壅水面高度计算表 m

根据表4计算结果，结合实际地形选取围堤顶高程80.50 m。

3.2 调蓄池防渗分析

防渗工程是调蓄池成池工程的最关键环节，本场地多由重粉质壤土、轻粉质壤土组成，地下水位高程74.90 m～75.30 m，围堤坝脚高程76.50 m，不存在水下开挖及基坑降水问题。但蓄水期间存在渗漏问题。

围堤填料主要为轻粉质壤土和重粉质壤土，根据地质报告中土料的重塑物理性试验成果及土力学性试验成果知土料满足筑堤要求，重塑后土料为弱透水性，渗透性能满足现行规范要求。围堤的基础坐落在重粉质壤土、轻粉质壤土互层上，渗透性不能满足现行规范要求。

3.2.1调蓄池渗漏量计算

1)池底渗漏量计算。

池内蓄水时，渗漏补给地下水，渗漏量可按调蓄池蓄水量的1%计算，因此得出池底年渗漏量为7.53万m3。

2)围堤渗漏量计算。

围堤内水位高于堤外地下水位时，渗漏补给地下水。渗漏量计算公式如下：

Q渗=10-4×K×I×A×L×t。

式中：Q渗——渗漏补给量，万m3/年；

K——渗透系数，根据地质资料K=0.31 m/d；

I——单位长度围堤垂直于地下水流向的剖面面积，I=12 m2/m；

L——围堤长度，L=4 080 m；

t——渗漏时间，t=365 d。

经计算，Q渗=111万m3/年。

本设计对围堤采用水泥土连续式防渗墙的垂直防渗措施。

3.2.2防渗墙设计

1)防渗墙的位置与范围。

根据水文地质纵剖面，应在堤顶上游的坝肩处设置和围堤长度相同的防渗墙。

2)防渗墙的深度。

根据资料，围堤的基础在重粉质壤土、轻粉质壤土互层上，第②-1层为中等透水性轻粉质壤土；第②层为弱透水性重粉质壤土。因此防渗墙的深度应穿透第②-1层进入第②层，第②-1层底部高程在71.71 m～75.30 m之间，墙顶高程80.15 m，平均深度约为6.6 m，根据规范要求，防渗墙底部深入相对不透水层不小于1 m，因此防渗墙平均深度应为7.6 m，防渗墙底高程为70.71 m～74.30 m。

3)防渗墙的厚度。

由于我国对防渗墙的设计没有标准，因此在设计时，墙体厚度d根据防渗墙破坏时的水力坡降确定，计算公式如下：

式中：ΔHmax——作用在防渗墙上的最大水头差，ΔHmax=4.6 m；

K——抗渗坡降安全系数，一般取5;

Jmax——防渗墙渗透破坏坡降，水泥土连续防渗墙取Jmax=200。

经计算，水泥土连续防渗墙厚度d=0.12 m，考虑到施工要求，取防渗墙厚度最薄处d=0.4 m。

3.3 围堤

3.3.1围堤坝顶工程设计

根据相关规范规定，依据工程需要，结合景观要求，本次设计围堤坝顶宽度10 m，坝顶道路采用混凝土路面，按公路—Ⅱ级荷载设计，道路宽度9 m。在上、下游坝肩上设置高出路面0.2 m，厚0.5 m的混凝土路沿石，每隔5 m设置分缝。

3.3.2上游护坡工程设计

围堤坝顶上游断面形式分述如下：自堤顶至高程79.50 m设计边坡1∶10；自高程79.50 m至高程78.30 m设计边坡1∶2；自高程78.30 m至堤脚设计边坡1∶4，堤脚设置宽0.5 m，深0.5 m的现浇混凝土齿墙。

3.3.3围堤下游工程设计

从堤顶至高程79.50 m，坡度设计为1∶10。堤脚外侧设置纵向排水沟，排水沟外侧设7.5 m的新建混凝土道路，路面标高79.50 m，每侧路肩宽0.5 m。

3.3.4围堤坝坡排水工程设计

本次设计在下游堤脚外侧79.50 m高程设一道纵向排水沟，沿坝轴线方向每隔200 m设置一条横向排水沟，混凝土护砌，排水入天然二支渠及西关排。

4 结语

调蓄池Ⅱ建成之后，作为本工程之中的一个重要的调节水池，为受水区发挥可靠地储水和调蓄作用，缓解灌区内水资源供需严重不平衡的问题，同时改善区域生产、生活条件和生态环境，对促进区域农业经济发展有着非常重要的意义，对促进该地区的经济可持续发展有着十分重要的作用。