上蒋水库大坝除险加固工程防渗效果分析

王志江

(临海市基层水利事务中心，浙江 临海 317016)

0 引 言

水库在使用过程中其安全性可能出现一定的变化，导致渗流量过大或者坝坡稳定性不满足相关要求[1-2]。从而导致水库安全性降低，对水库下游居民的安全产生极大的威胁。因此，及时复核水库安全情况，针对病险水库采取除险加固措施是十分重要的[3-5]。

上蒋水库是一座小(2)型水库。水库坝址以上集雨面积为0.96km2，水库设计洪水重现期30a一遇洪水，校核洪水重现期300a一遇洪水。

1 现状大坝渗流分析

1.1 现状大坝渗流分析

1)分析方法：本水库渗流稳定分析采用河海大学工程力学研究所的autobank程序进行有限元法渗流计算，本程序是把整个坝体不同的小单元，并对小单元进行赋值计算，适用于各种土坝的渗流稳定分析。

2)计算工况：水库死水位为80.50m，正常蓄水位为93.12m，设计洪水位为94.11m，校核洪水位94.37m。根据规范要求，结合本工程情况，确定计算工况为：稳定渗流期：上游正常蓄水位，设计洪水位，校核洪水位。非稳定渗流期：校核洪水位降至正常蓄水位，正常蓄水位降至死水位。

3)参数选取：本次渗流计算参数根据《临海市上蒋水库除险加固工程地质勘察报告》选取，详见表1。

表1 岩土物理力学计算参数表

4)计算成果：经计算，大坝在正常蓄水位、设计洪水位和校核洪水位时，浸润线均在下游棱体逸出。大坝稳定渗流期下游坝坡逸出点处渗透坡降为0.31，逸出点高程为72.38m，最大逸出坡降为0.69。水位降落期上游坝坡逸出点最大渗透坡降为0.41。坝体内最大水力坡降为5.41，出现在下游大坝Ⅱ-2含砂黏土与块石土的交界处。渗流分析计算成果见表2。

表2 大坝渗流分析计算成果表

续表2 大坝渗流分析计算成果表

1.2 现状大坝稳定分析

1)分析方法：坝坡稳定分析程序采用河海大学工程力学研究所编slope坝坡稳定分析系统进行计算。浸润线等相关数据利用渗流稳定分析成果。本次程序计算采用计条块间作用力的简化毕肖普法进行计算，程序自动搜索最小安全系数和相应的临界滑裂面。

2)计算工况：①稳定渗流期上游为正常水位93.12m时，大坝下游坝坡稳定情况；②稳定渗流期上游为设计水位94.11m时，大坝下游坝坡稳定情况；③非稳定渗流期上游为校核水位94.37m时，大坝下游坝坡稳定情况；④上游从校核水位94.37m下降至正常水位93.12m时，大坝上游坝坡稳定情况；⑤上游从正常水位93.12m下降至死水位80.50m时，大坝上游坝坡稳定情况。

3)参数选取：本次坝坡稳定计算参数根据《临海市上蒋水库除险加固工程地质勘察报告》选取，采用简化毕肖普法对坝坡稳定进行分析计算，坝体土料物理力学计算参数详见表3。

表3 岩土物理力学计算参数表

4)计算成果：大坝各工况的计算结果分别见表4。

表4 大坝坝坡稳定分析计算成果表

1.3 安全鉴定阶段主要问题复核结论

1)现状大坝防洪能力满足设计30a一遇、校核300a一遇洪水标准。

2)大坝浸润线均在下游棱体逸出，最大逸出坡降为0.69。根据施工资料，坝脚采用小石碴堆砌作为反滤层，能有效保护含砂黏土不发生渗透破坏。根据地质勘察报告，大坝心墙土体的压实度和渗透系数均不能满足现行《碾压式土石坝设计规范》(SL274-2001)的要求。

3)大坝稳定渗流期下游坡抗滑稳定安全系数均不能满足规范要求。

2 除险加固方案及加固效果分析

2.1 除险加固方案

水库现状大坝坝顶高程为95.83-96.11m，坝顶未设防浪墙。水库现状坝顶高程高于计算坝顶高程95.36m。本次除险加固确定坝顶高程为95.90m，坝顶不设防浪墙。现状大坝坝顶长83.30m，坝顶平均宽度为4.0m，坝顶未设防浪墙。根据《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》，坝顶宽度可采用3-6m。本次除险加固设计坝顶长83.30m，宽4m，坝顶采用5cm厚彩釉砖护顶，坝顶面向下游侧倾斜2%。为保证管理人员在台风影响期间巡查的安全，上游侧设C30混凝土挡墙，墙顶高程为96.70m。下游侧设C20混凝土路缘石，每10m设一排水孔。

大坝迎水坡现状采用干砌块石护砌，综合坡比为1∶2.0，高程81.20m以下为干砌块石挡墙护脚，挡墙外坡综合坡比为1∶1.5。本次除险加固迎水坡拆除原干砌块石护坡后，采用干砌块石重新砌筑，坡比为1∶2.0，护坡结构自上而下分别采用30cm厚干砌块石、10cm厚碎石找平层。

大坝背水坡现状采用干砌块石护砌，综合坡比为1∶1.5，高程80.50m以下为堆石棱体，棱体外坡综合坡比为1∶2.6。本次除险加固背水坡拆除原干砌块石护坡后，在高程78.00m处设堆石棱体，顶宽2m，外坡为1∶1.5。堆石棱体以上坝体采用石碴填筑，坡比为1∶2.25，护坡结构自上而下分别采用30cm厚干砌块石、10cm厚碎石找平层。

2.2 加固效果分析

2.2.1 大坝渗流稳定分析

大坝加固后渗流计算方法及参数与现状大坝渗流分析方法及参数一致。经计算分析，在稳定渗流期，大坝浸润线均在下游棱体逸出，最大逸出坡降为0.65。根据施工资料，坝脚采用小石碴堆砌作为反滤层，能有效保护含砂黏土不发生渗透破坏。在非稳定渗流期，大坝上游坝坡的最大渗透坡降为0.39，大坝上游坝坡满足防渗要求。大坝渗流计算成果见表5，大坝渗流分析计算见图1。

表5 大坝渗流计算成果表

(a)校核洪水位

2.2.2 坝坡稳定分析

坝坡稳定分析程序采用河海大学工程力学研究所编slope坝坡稳定分析系统进行计算。《根据小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》小型工程为了简化试验，抗剪强度也可近似采用固结快剪指标计算。浸润线等相关数据利用渗流稳定分析成果。本次程序计算采用计条块间作用力的简化毕肖普法进行计算，程序自动搜索最小安全系数和相应的临界滑裂面。通过计算分析，大坝各工况的抗滑稳定安全系数均能满足规范要求。坝坡稳定分析成果见表6。大坝稳定分析计算见图2。

表6 大坝坝坡稳定分析计算成果表

(a)大坝校核洪水位

3 结 论

1)通过数值分析上蒋水库大坝在稳定渗流期间坝坡稳定性系数较低，不满足相关规范要求，需采取除险加固工程。

2)结合工程情况及相关经验，确定采用调整坝坡坡比，重新砌筑坝坡的方式进行除险加固治理。通过计算，加固后上蒋水库大坝满足渗流及坝坡稳定性要求。