大塅水库安全鉴定浆砌石重力坝结构复核分析

黄 涛

(江西省铜鼓县大塅水库服务中心，江西 宜春 336200)

1 工程概况

大塅水库位于铜鼓县城东北的大塅镇太坪村，为修水上游支流山口水的第一梯级。坝址以上控制流域面积610.45 km3，总库容1.18×104万m3，是一座具有防洪、灌溉、供水、发电等综合利用的大(2)型水库。水库枢纽建筑物主要由主坝、副坝、放空底孔、溢洪道、引水发电隧洞等建筑物组成。水库地理位置重要，水库下游有大塅镇和山口镇，人口约6.0万人,灌溉面积0.27万hm2，有铜修公路等重要设施。

主坝为浆砌石重力坝，坝顶高程215.20 m，防浪墙顶高程216.40 m(防浪墙高1.20 m)，坝顶宽8.00 m，最大坝高43.40 m，坝顶长357.00 m，从左至右分别为左岸非溢流坝段、溢流坝段、右岸非溢流坝段及右岸刺墙段，其中，左岸非溢流坝段长52.50 m，溢流坝段长81.00 m，右岸非溢流坝段长194.50 m，右岸刺墙段长29.00 m。溢流坝段由5 孔组成，单孔净宽12 m，由露顶式弧形钢闸门控制，溢流堰堰顶高程204 m，堰面采用WES 型曲线，采用底流消能。溢流堰后接一、二级消力池，一级消力池为矩形断面，宽70.0 m，长50 m，底高程175.50 m，尾坎高5.30 m；二级消力池为深挖式消力池，池底高程为172.60 m，深4.0 m，长42 m，宽70～92 m。消力池两侧边墙墙身为C15埋石混凝土，墙顶高程为188.00 m。

2 主坝浆砌石重力坝结构稳定复核

本次复核采用100年一遇洪水标准设计，1000年一遇洪水标准校核。消能设施采用50年一遇洪水标准设计。

2.1 主坝稳定及基底应力复核

(1)计算断面。本次计算选取了非溢流坝段两个典型断面、溢流坝段一个典型断面进行大坝稳定及基底应力计算，计算断面如下：

断面1：非溢流坝段，最大坝高(43.4 m)断面，基底高程171.80 m，坝基岩体为微风化角岩；

断面2：溢流坝段，最大坝高(43.4 m)断面，基底高程171.80 m，坝基岩体为微风化角岩[1]；

断面3：非溢流坝段，大坝高度为27.2 m，基底高程为188.00 m，坝基岩体为弱风化角岩。

(2)计算工况及参数。根据《砌石坝设计规范》(SL 25—2006)的规定，大塅水库主坝抗滑稳定及基底应力计算考虑以下两种工况：

基本组合(100年一遇设计洪水位)：自重+静水压力+扬压力+浪压力+泥沙压力；

特殊组合(1000年一遇校核洪水位)：自重+静水压力+扬压力+浪压力+泥沙压力[2]。

各计算工况上游库水位及下游水位见表1。

主坝坝基岩石物理力学参数建议值详见表2。

(3)计算结果。根据规范SL 25—2006中抗剪断强度计算公式(5.3.2-1)计算抗滑稳定安全系数，根据材料力学偏心受压公式。计算上、下游边缘应力。

经复核，计算成果见表3。

表1 主坝抗滑稳定复核计算水位 m

表2 主坝坝基岩体物理力学参数建议值

表3 主坝抗滑稳定安全系数及基底应力计算成果

由表可知，在设计洪水位及校核洪水位运行工况下，主坝抗滑稳定安全系数计算值均大于规范允许值，基底应力最大值均小于地基允许承载力，且坝踵垂直应力未出现拉应力。综合可知，大塅水库主坝抗滑稳定及基底应力均满足要求。

2.2 主坝溢流坝段泄流复核

主坝溢流孔采用WES 型实用堰，根据《混凝土重力坝设计规范》(SL 319—2018)的要求，其泄流能力计算公式(1)如下[3]：

Q=CmεσsB(2g)1/2H3/2

(1)

式中：Q为流量，m3/s；C为上游堰坡影响修正系数，上游堰面铅直，取1.0；m为流量系数，可按表A.3.1为1 查得；ε为侧收缩系数，取0.90；σs为淹没系数，取1.0；B为溢流堰净宽，m；H为计入行进流速水头的堰上总水头，m。

经计算，主坝溢流坝段泄流能力详见表4。

表4 大塅水库主坝溢流坝段水位流量关系

2.3 主坝溢流坝段消力池结构复核

2.3.1 消力池水力计算

根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL 252—2017)，大塅水库溢流坝消力池按50年一遇设计洪水复核，50年一遇洪水时水库水位为211.63 m，溢流坝的下泄流量为2509.21 m3/s；消力池边墙高度按1000年一遇校核洪水复核，1000年一遇洪水时水库水位为214.42 m，溢流坝的下泄流量为4123.83 m3/s，根据《水力计算手册》(第二版)，溢流坝底流式消力池收缩断面水深hc及水跃共轭水深hc″的计算结果详见表5，消力池长度与消能坎高度复核计算结果见表6。

表5 消力池水力学计算结果

表6 消力池长度与尾坎高度计算成果

现状一级消力池池长50 m，尾坎高5.3 m，边墙高17.0 m；二级消力池池长42 m，尾坎高4.0 m，边墙高15.4 m。由此可知，消力池总长为92 m，大于计算值61.09 m，满足设计要求；一级、二级消力池尾坎高度均小于计算值7.31 m，不满足设计要求；一级消力池边墙高度大于校核洪水位下跃后水深16.07 m，满足设计要求。

2.3.2 消力池边墙稳定计算

(1)计算断面。消力池边墙为重力式挡墙结构，本次复核计算选取了2 个典型断面进行边墙稳定复核计算，选取的断面如下：

断面1：消力坎处断面，墙高16.5 m，墙顶宽1.2 m，墙后采用黏土回填[4]；

断面2：消力池收缩水深处断面，墙高12 m，墙顶宽1.2 m，墙后采用黏土回填。

(2)计算工况。工况1：消力池50年一遇设计洪水；工况2：消力池无水。

(3)计算结果。经复核，计算成果详见表7。

表7 溢流坝段消力池边墙抗滑稳定及基底应力计算成果

从表中结果可知主坝溢流坝段消力池边墙抗滑及基底应力均满足规范要求。

3 主坝结构安全复核结论

(1)主坝(浆砌石重力坝)坝体浆砌石块石结构完整，无变形、坍塌现象，经复核，在各运行工况下，主坝抗滑稳定满足规范要求，基底应力均小于地基允许承载力，且坝踵垂直应力未出现拉应力。

(2)主坝溢流坝及溢洪道结构完整，质量较好。经复核，溢流坝泄流能力满足设计要求；溢流坝消力池长度满足规范要求，但尾坎高度不满足现行规范要求。

4 结 语

大塅水库主坝浆砌石重力坝在各种运行工况下，抗滑稳定及基底应力复核计算结果均满足规范要求；溢流坝段消力池边墙抗滑定及基底应力复核计算亦均满足规范要求；溢流坝段泄流能力、消力池长度均满足规范要求；消力池尾坎高度不满足规范要求，但不会对坝体结构安全造成大的影响，浆砌石重力坝坝体结构安全。