坝顶道路兼作公路改造对大坝安全影响分析

刘伟时

（江苏省水利勘测设计研究院有限公司 扬州 225000）

1 引言

水库大坝是保障水库安全运行，合理发挥水库防洪、发电、供水、灌溉及景观等综合功能的重要水工建筑物[1-3]。早期修建的水库大坝工程仅注重防洪、发电、灌溉等实际效益，而忽略了库区景观美化功能[4-6]。这与新时代人民群众日益增长的美好生活需求严重不符。为此，老旧水库景观改造修建工程日益增多[7、8]。一般情况下，水库改造势必会对水库大坝安全产生一定影响，改造前应进行水库大坝安全影响分析。本文以江淮分水岭天长段美丽乡村精品路线及精品村建设项目道路工程为例，针对该道路工程拟利用川桥水库大坝坝顶兼做公路影响大坝安全问题进行安全影响分析。

2 工程概况

川桥水库位于天长市郑集镇与新街镇交界处，川桥小街以南，距天长市区约10km。水库控制来水面积164km2，该水库枢纽工程等别为Ⅲ等。水工建筑物的防洪标准：设计洪水标准重现期50年一遇，校核洪水标准重现期2000年一遇，总库容4983万m3。主坝长2050m，顶宽6.0m，为混凝土路面，坝顶高程为23.0m，设有钢筋混凝土防浪墙，墙顶高程23.5m，最大坝高14.30m。

由于风景道路工程建设需要，拟对水库大坝顶进行加宽，利用水库大坝坝顶兼做公路。该项目的建设势必会对水库大坝安全产生一定的影响。因此，需全面分析该项目建设对大坝的安全影响，并针对安全影响提出相应的补救措施，确保水库大坝正常安全运行。

3 安全影响分析

3.1 防洪安全分析

川桥水库大坝主坝段、副坝段坝顶高程均由校核工况控制，要求坝顶高程分别为22.91m、22.73m。道路工程建设后坝顶高程仍为23.0m，防浪墙顶高程23.50m。由此可知，项目建设后坝顶高程能够满足水库防洪安全要求。根据道路线路布置，于泄洪闸下游泄洪渠上，距泄洪闸118m处新建跨河桥梁。桥梁建设完成后未改变水库蓄水和洪水调度起调水位，不影响泄洪闸的泄洪能力。道路建设不涉及非常溢洪道，不占用非常道现状行洪通道，因此道路建设不会影响非常溢洪道的泄流能力。

3.2 大坝渗流稳定分析

根据道路建设方案，选取大坝0+550（一般路基段）、1+250（7m长桩基处理段）、1+850（5m长桩基处理段）断面作为渗流有限元计算分析的典型断面，另外增加计算施工期1+250、1+850断面。大坝0+550、1+250、1+850断面渗流稳定计算工况选取正常运行、设计洪水和校核洪水时的渗流稳定。另外增加计算施工期上游水位18.0m，1+250、1+850断面的渗流稳定，计算工况详见表1。

表1 大坝0+550、1+250、1+850断面渗流稳定计算工况表

大坝渗流稳定计算采用河海大学工程力学系开发的AutoBANK7.7水工结构有限元分析系统软件进行计算。大坝各断面各工况下的渗流计算结果见表2、表3。

表2 大坝工程建设渗流计算主要成果表

表3 工程建设施工期大坝渗流计算主要成果表

由计算结果可知：（1）各运行工况坝体土和坝基土的水力坡降均小于允许水力比降，满足渗透稳定性要求；（2）在校核水位工况下，1+250、1+850断面浸润线在老坝体18.0m高程平台附近出逸，坝后出逸点高程较高，对大坝坝坡稳定性带来不利影响；（3）施工期下游搅拌桩的建设对大坝渗流稳定影响不大，出逸点仍为坝后一级平台处，坝身坝基的渗透稳定满足要求；（4）从渗漏量上来看，以坝长2050m计，大坝日渗漏量约为148.97～470.82m3，和现状相差不大，水库总体渗漏损失不大。

3.3 大坝边坡稳定分析

大坝坝顶道路建设后，坝顶行车道为双向交通道路，作为交通道路增加了坝体的受力。因此，有必要在坝坡稳定计算中将坝顶车辆荷载与人群荷载计入在内。基于《公路工程技术标准》（JTG B01—2014）的规定，本文计算采用的车辆荷载按公路-Ⅱ级的汽车荷载取用，荷载标准值为70kN/m，按2辆车通行计入车辆荷载，另外人群荷载按3.0kN/m计入。

结合地勘与边坡稳定计算分析要求，选择大坝0+550、1+250、1+850断面作为抗滑稳定计算分析断面，另外增加计算1+250、1+850断面施工期对大坝边坡稳定的影响。根据《碾压土石坝设计规范》（SL274—2020），结合水库泄洪设施，大坝边坡稳定计算工况见表4～表6。

表4 大坝工程建设静力抗滑稳定计算工况表

表5 大坝工程建设抗震稳定计算工况表

表6 大坝工程建设施工期稳定计算工况表

根据《碾压式土石坝设计规范》（SL 274—2020），对于3级建筑物，采用简化毕肖普法时，对上游坡水位非常降落运行条件，当同时采用总应力法与有效应力法进行分析时，应以其中较小的抗滑稳定安全系数作为依据。大坝抗滑稳定分析采用AutoBANK7.7水工结构有限元分析系统软件进行计算，计算结果见表7～表9。

根据计算结果可知，道路工程建设对大坝上游边坡影响不大。由表7、表8可知，老河槽1+250断面在多种工况下，下游边坡稳定安全系数均小于规范值，坝坡稳定不满足规范要求。由表9可知，施工期大坝上、下游坝坡稳定均满足规范要求。

表7 大坝工程建设静力抗滑稳定计算结果表

表8 大坝抗震稳定计算安全系数成果表

表9 大坝工程施工期静力抗滑稳定计算结果表

3.4 涉坝建筑结构安全分析

该项目建成后对所涉及东涵无较大影响，涵洞按设计要求接长后涵洞过流能力满足要求，洞身结构按规范考虑交通车辆荷载后，结构满足安全要求。但新老涵接缝处仅设了闭孔泡沫板分缝，未设止水。长期运行会导致接头处存在接触渗漏现象，存在安全隐患。

3.5 水库运行管理安全分析

该项目建设后，坝顶道路加宽变为双向车道，有利于防汛抢险。但坝顶车辆通行可能会对水库安全产生影响，需要通过限高限载等措施，合理限制通行车辆类型。此外还应设置相应的防冲撞措施，防止车辆不慎坠入水库，并应做好相应的安全警示及安全防护措施。

4 结语

坝顶道路兼作公路改建会对坝体安全产生一定影响，对改建后的大坝进行安全影响分析显得尤为重要。本文结合工程实际情况，从防洪安全、大坝渗流稳定、大坝边坡稳定、涉坝建筑结构安全及水库运行管理安全等方面，详细分析了坝顶道路改建后对大坝产生的具体影响。针对改建后大坝存在的渗流隐患，建议采取相应工程措施，降低坝体浸润线，增加坝体渗流稳定；针对坝坡稳定安全隐患，建议对大坝下游坝坡采用压重措施，增加坝坡稳定性