坝脚新建取水泵房对水库大坝安全影响分析与评价

顾浩钦，苏 炀，崔书生，朱昌杰

（宁波市水利水电规划设计研究院有限公司，浙江 宁波 315171）

1 工程概况

四灶浦水库位于宁波市杭州湾新区东部，水云浦和四灶浦两河之间的海涂滩地，为典型的海涂水库。四灶浦水库是一座以供水为主，结合灌溉和养殖等综合利用的中型水库。水库大坝为均质土坝，正常蓄水位6.13 m，设计洪水标准50 a一遇，设计洪水位6.27 m，校核洪水标准300 a一遇，校核洪水位6.34 m，总库容3 618万m3。水库工程等别Ⅲ等，大坝（均质土坝）等主要建筑物级别3级，次要建筑物级别4级[1]。水库除险加固清淤扩容工程施工时，考虑未来水厂取水的需要，在东坝桩号0+124 m附近埋设4根PE管（DN1 200），作为水厂取水口。

现水库附近的航丰自来水厂拟新建取水泵房从水库取水，取水泵房选址于东坝下游东侧坝脚附近，九塘江河道西侧，整体位于四灶浦水库与九塘江之间，又紧邻水库大坝坝脚，现状条件较为复杂。

新建取水泵房主要由含集水井、取水泵房及变配电间、加药间等3部分组成，集水井尺寸为25.6 m×6.1 m，取水泵房及变配电间尺寸为39.2 m×10.2 m，加药间平面尺寸为43.2 m×12.0 m。其中泵房及集水井采用半地下结构，变配电间、加药间（仓库及管理用房）为地面建筑。

新建取水泵房及集水井基础底高程为-2.10～0.30 m，需开挖基坑较深。结合施工的可行性、合理性、经济型比选分析，最终选用高压旋喷桩的基坑开挖支护方案，取水泵房及集水井基坑沿坝体和九塘河采用φ800高压旋喷桩支护施打1圈，桩入土深度12.0 m，双排扣打，搭接200 mm。基坑开挖至基础底高程后，基坑边坡采用喷浆挂网支护形式保证边坡稳定，挂网φ6@200，喷浆厚度不小于8 cm[2]。

新建取水泵房工程平面布置见图1，其基坑开挖支护方案见图2。

图1 新建取水泵房工程平面布置图

图2 新建取水泵房基坑开挖支护方案图 单位：mm

2 安全影响分析的必要性

根据《浙江省水利工程安全管理条例》规定“中型水库大坝的管理范围为大坝两端以外不少于80 m的地带（或者以山头、岗地脊线为界），以及大坝背水坡脚以外80 m至200 m内的地带；保护范围为管理范围以外30 m至80 m内的地带”。本次航丰自来水厂新建取水泵房位于四灶浦水库东坝背水坡坝脚下游侧，工程施工区距离东坝坝脚约1.7 m，整个施工区长约142.8 m，新建取水泵房的全部建设内容位于四灶浦水库管理范围内。

四灶浦水库主要提供工业供水，新建取水泵房的取水口及取水管等已经在水库除险加固清淤扩容工程中建设实施，本次新建取水泵房为水库供水配套设施，为确需建设的建筑物。

但取水泵房的建设，占用了四灶浦水库的管理范围，且工程在施工时存在开沟、取土、基坑开挖等影响水库大坝运行和安全的活动，根据《中华人民共和国水法》《中华人民共和国防洪法》《中华人民共和国水库大坝安全管理条例》及《浙江省水库大坝安全管理办法》《浙江省水利工程安全管理条例》等相关法律法规及条例条文，有必要进行新建取水泵房对水库大坝等的安全影响进行全面、系统的论证分析与评价，确保取水泵房建设不影响或尽可能减少对四灶浦水库工程的安全稳定运行，并为水行政主管部门和相关部门科学决策及审批提供理论依据。

3 泵房基坑开挖对大坝的影响分析

3.1 大坝渗流影响分析

新建取水泵房对水库大坝的渗流影响分析按现状、施工期（基坑开挖后）与运行期等3个阶段进行。各计算期分别选取水库正常蓄水位（工况1）、设计洪水位（工况2）及校核洪水位（工况3）进行渗流状况分析。

各计算期典型断面见图3～5。

图3 现状大坝渗流计算典型断面图

图4 施工期大坝渗流计算典型断面图

图5 运行期大坝渗流计算典型断面图

大坝渗流计算采用二维有限元方法，根据水库大坝工程地质勘察成果，拟定典型计算断面各分区土层的渗透系数参数见表1。

表1 渗流影响分析典型断面渗透系数表

根据大坝典型断面渗流理论计算结果显示，各分期下各工况的坝体浸润线区别不大。同时分析坝体各主要部位的渗透比降及出逸比降，成果见表2。

表2 典型计算断面各部位渗透比降计算成果表

根据表2分析，坝体最大渗透坡降为0.39，坝基最大渗透坡降为0.39，而坝体及坝基3-1层粉土的允许渗透坡降为0.45，故坝体与坝基发生渗透破坏的可能性很小。而渗流出口为大坝背水坡坝脚，渗透比降大于允许值，但背水坡高程5.80 m至坝脚已设置反滤砂垫层及碎石垫层，能起到较好的反滤排水效果。旋喷桩内最大比降为2.87，小于旋喷桩允许比降3.00，故旋喷桩发生渗透破坏的可能性很小。但旋喷桩底部位于坝基3-2层粉土，底部接触最大比降为0.65，稍大于坝基3-2层粉土允许比降0.48～0.64，桩底存在发生渗透变形的可能。因此，取水泵房施工过程中，不可破坏大坝背水坡反滤层，且在基坑开挖过程中，应密切关注基坑底部变化，防范坑底流土的发生，出现异常变化及时分析处理。待基坑开挖完成，坑底排水满足要求后，应尽快实施基础底部垫层。

3.2 大坝抗滑稳定影响分析

新建取水泵房对水库大坝的稳定影响分析计算期、工况选取及典型计算断面选择同渗流计算。本次大坝抗滑稳定计算采用二维有限元方法，根据水库大坝工程地质勘察成果，拟定典型计算断面各分区土层的物理力学参数见表3。

表3 稳定分析典型断面土层物理力学参数表

本次大坝抗滑稳定计算方法采用SL 274—2020《碾压式土石坝设计规范》推荐的简化毕肖普法，滑裂面采用圆弧滑裂面[5]。计算成果见表4。

表4 各工况各分期下大坝抗滑稳定计算成果表

由表4可知，各水位工况在现状、施工期及运行期时，大坝典型断面下游坝坡静力抗滑稳定最小安全系数均大于SL 274—2020《碾压式土石坝设计规范》允许值，四灶浦水库大坝背水坡坝坡静力抗滑稳定安全性满足要求。经过进一步比较分析，基坑开挖使大坝安全系数有所降低，但取水泵房建成运行后可使大坝安全系数有所提高。

4 取水泵房对水库运行的影响分析

新建取水泵房及附属建筑物为四灶浦水库供水配套设施，均位于四灶浦水库的管理范围内，其施工建设及投入使用，对水库大坝运行产生一定的影响，结合《浙江省水利工程安全管理条例》分析如下。

（1）在水利工程管理范围内，新建取水泵房在不影响水利工程安全运行的前提下，工程项目法人应当按照管理权限报水行政主管部门和相关部门审批。

（2）施工前，施工单位在进行施工组织设计时，应充分考虑汛期施工的影响，提出保证水库汛期安全度汛及防洪抢险工作顺利开展的工程及非工程措施，并报水行政主管部门备案。

（3）施工过程中，不得将施工产生的废水废气废渣等排放入水库或堆积在库周，不得污染水库水资源，严禁随意侵占、毁坏水利工程及其附属设施，不得危害大坝安全。

（4）取水泵房建成投产后，其管理单位应当根据度汛及防汛抢险等特殊要求和四灶浦水库的实际情况，与水行政主管部门或水库管理单位对接，合理履行相关手续或程序，以保证水库的调度运行安全及汛期防洪抢险工作的顺利开展。

5 结 语

按相关法律法规及条例规定，进行水库管理范围内新建取水泵房，对水库大坝的安全影响分析与评价是必要的。

通过理论计算分析，明确了取水泵房施工期基坑开挖对水库大坝的渗流及稳定有一定影响，但影响可控。坝体和坝基的渗透比降仍在允许的安全范围内，基坑支护的旋喷桩底部最大接触比降略大，可通过基坑排水、开挖完成后尽快实施基础底部垫层等方式解决。同时大坝整体抗滑稳定也能满足规范要求，且取水泵房建成后大坝抗滑稳定安全系数有所提高。目前取水泵房已完成施工并投产，大坝及取水泵房运行安全可靠。