越南沟山塘碾压风化料坝除险加固设计

2021-08-24黄军

河南科技 2021年10期

黄军

摘要：针对越南沟山塘碾压风化料坝无溢洪道、坡度较陡、淤积严重等问题，结合工程地质条件和渗漏现状，本文对除险加固方案进行了详细论证分析和设计计算。渗透稳定和坝坡稳定分析结果表明：大坝除险加固后水库病险问题得到成功处理，各工况条件下的安全系数均满足规范指标要求。坝体结构设计合理可行，坝坡稳定性高，加固修复效果显著。

关键词：渗漏;除险加固;稳定性分析;越南沟山塘

中图分类号：TV641.32文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）10-0048-03

Reinforcement Design Scheme of Rolling Weathered Material Dam in Yuenangou Pond

HUANG Jun

（Guizhou Tuotu Resources Development Co.， Ltd.，Guiyang Guizhou 550002）

Abstract： In view of the problems such as no spillway， steep slope and serious siltation in weathered material dam of Yuenangou Pond， combined with the engineering geological conditions and leakage status， the detailed analysis and design calculation of reinforcement plan are carried out in this paper. The analysis results of seepage stability and dam slope stability showed that： after the dam reinforcement， the dangerous problem of the reservoir had been successfully dealt with， and the safety factor under each working conditions could meet the requirements of the specification index， and the dam structure design was reasonable and feasible， the dam slope stability was high， which had remarkable reinforcement and repair effects.

Keywords： leakage;reinforcement;stability analysis;Yuenangou pond

1 工程概况

越南沟山塘工程位于贵州省毕节市赫章县双坪彝族苗族乡金山村境内，距双坪彝族苗族乡政府16 km，距离赫章县城约52 km。越南沟山塘所在越南沟属于长江流域乌江水系一级支流六冲河的上游支家沟支流，发源于朱红山正东方向大山脚，河源高程2 150.00 m。越南沟流域面积0.56 km2，主河道长1.68 km，河床平均比降为123.8‰。坝址以上集雨面积0.34 km2，主河道长0.76 km，河床平均坡降139.4‰。越南沟山塘工程任务为人饮水供水，供水范围为双坪彝族苗族乡金山村，解决1 557人的饮水安全问题。越南沟山塘枢纽由大坝、溢洪道、取水兼放空建筑物等组成，山塘正常蓄水位2 106.00 m，校核洪水位2 107.16 m，正常蓄水位以下库容4.15万m3，总库容5.01万m3。工程总库容小于0.001×108 m3，按小（2）型水库进行设计，工程等别为Ⅴ等。

2 坝址区工程地质条件

坝区处于侵蚀地貌的浅切中山区，坝址河谷为较对称“V”形谷，河谷走向为北偏西53°，总体表现为纵向谷。河床地形平坦，无陡坎，跌水。河床高程2 102.0～2 103.0 m，正常蓄水位在2 106.0 m时，谷口宽为46.5 m，宽高比为9.3。两岸为斜向坡，左岸地形坡度为35°～55°，右岸地形坡度为25°～35°，为缓坡。

根据地表地质测绘及槽探揭露，坝区出露地层为二叠系上统峨眉山玄武岩（P2β）、第四系残坡积层（Qedl）及冲洪积层（Qpal）。坝址区岩石節理裂隙发育，风化强烈，强风化岩体较破碎，经钻孔进尺快慢及声波检测等综合分析，并结合本地区同类工程综合分析：①左、右岸坡的岩体强风化层厚5.0～7.0 m，弱风化层厚（法向）6.0～8.0 m;②河床的岩体强风化层厚5.0～7.0 m，弱风化层厚6.0～8.0 m。

3 水库渗漏现状

越南沟山塘位于双坪乡越南沟上游牧场小学右侧沟谷，越南沟起源于朱红山正东方向大山脚附近，沟谷水流方向由北西向转为近北西向流向大坪后与其他支流汇流再流出。山塘建于1958年，之后从未进行过除险加固处理，主坝现状最大坝高为12.0 m。原坝体坝顶高程2 102.9 m，坝轴线长33 m，坝顶宽32 m，最大坝高12 m。

3.1 库尾渗漏分析

水库库区为近东南走向的带状沟谷。经调查，该水库补给源主要为本河流上游四个泉水S2、S3、S4、S5。水库补给源头地形走势逐渐抬高，地下水位也逐渐抬升，且高于正常高水位，不会形成倒流外渗。

3.2 左岸邻谷渗漏分析

左岸邻谷底部高程2 035.0 m，设计正常水位2 106.0 m，低于设计正常水位71.0 m，在地形上形成低邻谷的河间地块。左岸地表地质调查结果显示，左岸连续分布峨眉山玄武岩（P2β）相对隔水岩组，无通向库外的深大断裂发育，无岩溶发育。同时，通过分析库腰左岸S1（出露高程2 145.0 m）泉水分布情况可知，其高程均高于设计正常高水位，说明有横亘于高于正常蓄水位的地下分水岭。因此，左岸与邻谷间不存在左岸河间地块的邻谷渗漏问题。

3.3 右岸邻谷渗漏分析

右分水岭较为雄厚，邻谷底部高程2 010.0 m，低于设计正常高水位96.0 m，但无通向库外的深大断裂发育，而且有连续分布的峨眉山玄武岩（P2β）相对隔水岩组。同时，钻孔3的稳定水位高程约2 112.6 m，高于设计正常水位的地下分水岭，地下水补给库水。因此，认为不存在右岸邻谷渗漏问题。

3.4 河谷深层渗漏分析

根据实地调查，库盆内未发现洼地、落水洞，无岩溶发育。坝址下游未见大的裂点和干谷河段，说明河流不是悬托型河谷。从库盆的岩性结构来看，岩体的强～弱风化层渗透性较强，微风化岩体透水性相对较弱。因此，认为水库蓄水后不存在河谷深層渗漏问题。

3.5 左、右岸绕坝渗漏分析

据前所述，库区大致为横向河谷。左、右岸出露地层为非可溶性峨眉山玄武岩（P2β），受侵蚀作用及风化作用的影响，强～弱风化带岩体节理裂隙较发育，岩体较破碎，强风化～弱风化岩体透水性较强。虽然大坝进行了一定的嵌深，但风化裂隙仍未闭合，沿左、右岸的风化裂隙向下游的渗漏依然存在，须将绕坝渗漏通道截封后，水库才具备蓄水条件。

3.6 坝体渗漏分析

越南沟山塘碾压风化料坝为出露的残坡积黄色黏土夹风化石料，质量较好。大坝目前未设置溢洪道，在洪水的长期作用下，于右坝段形成一宽约1 m、深约1.5 m的洪水通道，且有逐年加深的趋势。除此之外，未发现有其他渗漏现象。

经安全鉴定，山塘主要存在以下问题：①山塘无溢洪道，洪水期有漫坝危险，严重影响大坝安全;②山塘下游坝坡坡度较陡，无护坡，长期的自然作用可能危及大坝安全;③山塘淤积严重[1];④山塘无取水设施，不能正常发挥效益。

4 越南沟山塘碾压风化料坝除险加固设计

山塘无溢洪道，洪水期有漫坝危险，严重影响大坝安全。根据《水库大坝安全评价导则》（SL 258—2017），越南沟山塘碾压风化料坝安全类别为三类，属病险水库大坝，需要进行处理[2-3];大坝现在坝顶宽32 m，有加高条件。本设计选用料场与原料场相同，新老土料结合良好，故不进行大坝渗流、稳定安全复核。

4.1 挡水建筑物

大坝为5级建筑物，洪水标准按20年一遇洪水设计，200年一遇洪水校核。坝轴线方位角为NE47°00′00″。大坝坝顶高程为2 107.80 m，坝顶宽5 m，坝顶长72.6 m，最大坝高16.50 m。坝顶上游为防浪墙，下游为大理石栏杆，坝顶为20 cm厚泥结石，由上游向下游坡度为3%。大坝上游防渗体最低高程为2 091.30 m，上游坝坡为1∶2.5，相应坡角21.8°，下游坝坡为1∶2.2，相应坡角24.4°，最大坝底宽95.13 m。设计防浪墙顶高程2 109 m，坝顶上游侧设“L”形钢筋砼防浪墙，防浪墙高为2.0 m，高出坝顶1.2 m。从上游到下游将坝体分为C20砼预制块保护层、细沙垫层、细土垫层、防渗复合土工膜（二布一膜）、细土垫层、碾压风化料坝体、下游护坡及下游排水体（贴坡排水）等。上游坝坡由10 cm厚C20砼预制块保护层、10 cm厚粗沙垫层、10 cm厚细土垫层、防渗复合土工膜（二布一膜）、10 cm厚细土垫层组成。坝体防渗结构主要由防渗趾墙及复合土工膜组成，土工膜底部埋入趾墙内，顶部埋入防浪墙内。大坝下游采用贴坡式排水，排水体顶部高程2 098.00 m，顶部宽4.83 m。

4.2 溢洪道

溢洪道布置于右岸，为岸坡式正槽开敞式溢洪道。溢洪道由上游进水渠、控制段[WES（Waterways Experiment Station）实用堰]、泄槽、消力池组成。溢洪道总长86.27 m，其中进水渠长10.525 m，控制段长4.42 m，泄槽段60.33 m，消力池长11 m。进水渠段长10.525 m，宽7 m，底板高程2 104.5 m，底板为0.5 m厚C25砼。溢流堰为WES型实用堰，由上游面曲线、下游面曲线、直线段、反弧段组成。堰顶高程2 106.00 m，溢流堰分为两孔，单孔净宽3.0 m，溢洪道宽9.0 m，中墩及两侧边墩厚1.0 m;堰顶设置宽5.0 m的板式交通桥。堰顶上游段堰头采用椭圆曲线，下游为幂曲线。泄槽从桩号Y0+004.190～Y0+014.190为收缩段，宽度从7 m收缩到3.5 m。溢洪道出口采用底流消能，消力池长11.0 m，挖深1.0 m，底板高程2 089.10 m，消力池边墙采用1 m厚C25钢筋砼浇筑，消力池底板采用1.0 m厚C25钢筋混凝土浇筑，设计墙高2.5 m。

4.3 导流兼取水、放空建筑物

导流隧洞布置于左岸，采用城门洞型断面，过流断面为2.00 m（宽）×2.50 m（高），直墙高度为2.0 m，顶拱中心角为106°，采用C25钢筋混凝土进行浇筑衬砌，衬砌厚度为0.4 m。后期导流隧洞经改造，采用C20砼封堵，封堵长度5 m，堵头内预埋公称直径为300 mm焊接钢管作取水兼放空之用，并在放空管上分设公称直径为300 mm取水管及公称直径为100 mm生态放水管，每根管上分别设置闸阀进行控制，并修建闸阀室，闸阀室底板高程2 090.83 m。

5 大坝结构稳定设计计算

5.1 渗透稳定计算

计算渗流的目的是确定坝体浸润线，并供坝体稳定计算之用[4]。坝体渗流计算的基本参数是坝体剖面结构，本设计选用最大断面0+027.000为计算断面。采用河海大学工程力学系、南京水准科技有限公司编写的AutoBank分析软件进行计算，结果如表1所示。

从表1计算结果可知，各种工况下坝体渗透坡降[J]均小于允许值，坝体渗流形态安全。

5.2 坝坡稳定性分析

坝坡抗滑稳定性计算应采用刚体极限平衡法。越南沟山塘碾压风化料坝为土石坝，宜采用计及条块间作用力的简化毕肖普法[5]。本文采用河海大学工程力学系、南京水准科技有限公司编写的AutoBank分析软件进行计算，计算结果如表2所示。

从表2可知，各种工况下坝坡抗滑稳定安全系数计算值均大于规范要求的稳定安全系数允许值，稳定性好且安全富裕度较高。

6 结论

结合调洪特征水位，确定越南沟山塘碾压风化料坝坝顶高程为2 107.80 m，防浪墙顶高程为2 109 m。稳定性和坝体应力分析结果表明，不同运行工况条件下，坝体抗滑稳定安全系数和坝体应力均满足规范要求值，大坝基本剖面设计合理可行，结构安全稳定。

参考文献：

[1]陈永昌，徐善平，陈起红.山塘除险加固设计探讨[J].浙江水利科技，2013（1）：15-16.

[2]熊岩.小型病险水库除险加固设计常见的问题分析[J].水利技术监督，2020（3）：30-34.