某水库枢纽大坝工程除险加固设计要点

简从义

（毕节市勘测设计研究院，贵州 毕节 551700）

1 工程概况

毛栗水库位于大方县西部的文阁乡太河村境内，有简易公路直达坝顶，交通较为方便。坝址处地理位置坐标为东经105°28′，北纬27°10′。水库位于文阁乡毛栗河的上游，坝址以上集雨面积15.10 km2（其中：地表集雨面积9.50 km2，地下集雨面积5.60 km2），河长4.60 km，河道坡降29.80‰，流域形状系数0.45。现状情况下，水库正常蓄水位1 545.89 m，按50 年一遇洪水标准设计，设计洪水位1 547.58 m，500年一遇洪水标准校核，校核洪水位1 548.25 m，水库总库容392 万m3，工程是以灌溉、人畜饮水为主，兼有防洪功能的综合性小（1）型水库。

库区河谷为高山峡谷，属峡谷型水库。出露地层为三叠系下统飞仙关组第二段（T1f2），为弱透水岩组，地表水、地下水补给库水。构造主要是大寨背斜，轴部走向NE，横穿库区。地震基本烈度Ⅵ度，区域构造稳定性较好。

毛栗水库大坝包括主坝和副坝各一座，主坝为均质土坝，最大坝高43.50 m，坝顶高程1 549.50 m，坝顶宽5 m，最大坝底宽156 m，坝顶长100 m。迎水面1 526～1 533 m 坡比1：3，1 533～1 539 m坡比1∶2.50，1 539.00～1 549.50 m坡比1∶2，混凝土预制块护坡。背水面坝顶1 549.50 m至堆石棱体顶1 528.28 m坡比1∶2.30，下游坝面天然草皮护坡，1 528.28 m 以下堆石棱体坡比分别为1∶1及1∶1.50。

副坝位于主坝右坝端约100 m 处，为均质土坝，最大坝高26.60 m，坝顶宽5.50 m，最大坝底宽102.60 m，坝顶长57 m，坝顶高程1 549.10 m。迎水面1 524～1 529 m坡比1∶3；1 529.00～1 535.40 m 坡比1∶2.50；1 535.40～1 548.90 m坡比1 ∶2.30，混凝土预制块护坡。背水面1 535.38～1 543.40 m 坡比1∶2.37，1 543.40～1 548.90 m坡比1∶2，采用天然草皮护坡，坝脚设有排水棱体。

2 水库大坝除险加固设计基本参数

2.1 工程等别、建筑物级别及洪水标准

毛栗水库为小（1）型水库，Ⅳ等，大坝4级。水库除险加固设计洪水标准50年一遇（P=2%），500年一遇（P=0.2%）洪水标准校核。溢洪道消能防冲洪水标准按20年一遇洪水设计。

2.2 设计采用参数

坝体渗流基本参数表（略）。坝体填筑粘土夹碎石渗透系数：3.1×10-4cm/s，坝体堆石棱体渗透系数：1×10-3cm/s，土工膜渗透系数：1×10-11cm/s，混凝土渗透系数：1×10-8cm/s。

3 大坝稳定安全复核

3.1 渗流分析

毛栗水库主坝及副坝均为均质土坝，坝体上游依次为混凝土预制块护坡、土工膜防渗、粘土斜墙防渗，坝体为均质土坝，下游坝面为草皮护坡，坝脚设干砌块石排水棱体。

现状情况下，主坝坝顶高程1 549.50 m，最大坝高43.50 m，坝顶长100 m，平均坝顶宽5 m，最大坝底宽156 m。大坝迎水面坝坡坡比自上而下依次为1∶2、1∶2.50、1∶3，背水面1 528 m以上坡比为1∶2.3，1 529 m以下为台阶状干砌块石排水棱体。

现状情况下，副坝坝顶高程为1 549.10 m，最大坝高26.60 m，坝顶长57 m，平均坝顶宽5.50 m，最大坝底宽102.60 m。大坝迎水面坝坡坡比至上而下依次为1∶2.3、1∶2.5、1∶3，下游坝坡1 535.38 m 以上坝坡坡比分别为1∶2.0、1∶2.37，1 535.38 m 以下坝坡为干砌块石排水棱体，坡比为1∶0.60。

3.1.1 计算基本参数

采用最新测量成果拟出的结构断面作为渗流和稳定复核依据，水文计算采用除险加固后水位数据，图（略）。

3.1.2 计算工况

①上游正常蓄水位与下游相应的最低水位。②上游设计洪水位与下游相应的水位。③上游校核洪水位与下游相应的水位。④库水位降落时上游坝坡稳定最不利的情况。

3.1.3 计算结果

采用软件计算。主坝浸润线示意图（此略）与副坝浸润线示意图（此略）。①正常蓄水位1 546.04 m的坝体稳定渗流：主坝体单宽渗流量1.07×10-7m3/s，按坝体宽度100 m 计算，总渗流量0.90 m3/d，即约0.01 L/s。副坝体单宽渗流量4.97×10-8m3/s，按坝体宽度57 m 计算，总渗流量0.25 m3/d，即约0.003 L/s。②土体破坏时临界水力坡降

；下游坝坡角β的正切值小于等于饱和土粒间内摩擦角的正切值的一半，即③正常蓄水位1 546.04 m时，因排水棱体降低浸润线使坡面没有渗水，故渗流性态安全。④正常蓄水位1 546.04 m降至取水口底板高程1 528 m时，水位降落方式为骤降，因排水棱体降低浸润线使坡面没有渗水，故渗流性态安全。

3.2 稳定分析

3.2.1 计算方法及计算参数

坝坡稳定计算方法为刚体极限平衡法，分别采用瑞典圆弧法和毕肖普法。软件计算采用的土体物理力学指标详见表格（此略），在遭遇地震后，参照类似工程，采用拟静力法进行抗震稳定计算，土体物理力学指标详见表格（此略）。

3.2.2 主坝稳定复核分析

3.2.2.1 主坝计算工况

①正常运用条件一：正常蓄水位情况下稳定渗流期的上、下游坝坡。②正常运用条件二：库水位1 534 m（1/3坝高）稳定渗流期的上、下游坝坡。③非常运用条件Ⅰ：库水位由1 546.04 m骤降至1 528 m（取水口高程）时的上游坝坡。

3.2.2.2 主坝计算结果

①正常蓄水位稳定渗流期的上、下游坝坡。正常运用条件，上、下游坝坡稳定计算成果表（此略），稳定计算结果图（此略）。结果表明均满足规范要求。②库水位1 534 m（1/3坝高）稳定渗流期的上游坝坡。正常运用条件，上游坝坡稳定计算成果表（此略），稳定计算结果图（此略）。计算结果表明，水库水位在1 534 m（1/3 坝高）时的上游坝坡稳定性满足规范要求。③水库水位由正常高水位1 545.89 m骤降至1 528 m时的上游坝坡计算结果表（此略），稳定计算结果图（此略）。计算结果表明，水库水位由正常高水位1 546.04 m 骤降放水口1 528 m 时的上游坝坡稳定满足规范要求。④各工况稳定均满足规范要求。

3.2.3 副坝稳定复核分析

3.2.3.1 副坝计算工况

①正常蓄水位稳定渗流期上、下游坝坡。②库水位1 532 m（1/3坝高）稳定渗流期上、下游坝坡。③非常运用条件Ⅰ：库水位由1 546.04 m骤降至1 528 m时的上游坝坡。

3.2.3.2 副坝计算结果

①正常蓄水位稳定渗流期的上、下游坝坡。正常运用条件，上、下游坝坡稳定计算成果表（此略），稳定计算结果图（此略）。计算表明满足规范要求。②库水位1 532 m（1/3坝高）稳定渗流期的上游坝坡。正常运用条件，上游坝坡稳定计算成果表（此略），稳定计算结果图（此略）。计算结果表明，水库水位在1 532 m（1/3 坝高）时的上游坝坡稳定性满足规范要求。③水库水位由正常高水位1 545.89 m骤降至1 528 m时的上游坝坡计算结果表（此略），稳定计算结果图（此略）。计算结果表明，水库水位由正常高水位1 546.04 m骤降放水口1 528 m时的上游坝坡稳定满足规范要求。④各工况稳定均满足规范要求。

3.2.4 土工膜稳定复核

土工膜铺盖于迎水面坝坡上，面积大，且为斜坡面，故应考虑土工膜及保持层的稳定性，根据《聚乙烯（PE）土工膜防渗工程技术规范》计算公式：K=f/tga，经计算，主坝土工膜抗滑安全系数K＝1.2＞1.15，副坝土工膜抗滑安全系数K＝1.38＞1.15，主坝、副坝铺设的土工膜能够满足防滑要求。

4 大坝除险加固设计

经前述安全复核，主、副坝现状情况下稳定均能满足规范要求。但大坝受此次险情影响，下游坝脚排水棱体受洪水冲刷破坏，临时采用袋装土护脚，此次除险加固需局部修复，设计拆除原袋装土护脚，采用干砌块石重新砌筑受冲刷破坏排水棱体。

大坝下游左坝肩因受三元支渠洪水漫出冲刷，坝肩排水沟破坏严重，为防止雨水冲刷，此次设计修复下游左坝肩排水沟，尺寸为b×h=0.3 m×0.3 m，侧墙及底板均为C15混凝土结构，厚0.15 cm，长100 m，沿左坝肩布置至排水棱体，接入下游河道。

对于原上游截流墙因此次抢险而破坏部分，采用混凝土补强修复，并对薄弱部位采用灌浆防渗处理。修复截流墙长约15 m，在新老截流墙接触部位各布置一个灌浆孔，在新截流墙上布置灌浆孔4 个，孔距为3 m，共布置灌浆孔6 个，孔深进入截流墙以下2 m。钻孔总进尺27 m，灌浆进尺12 m。

坝顶高程复核显示，副坝顶无防浪墙，不满足防洪要求，因此设计需增设副坝防浪墙。设计副坝防浪墙采用M7.5浆砌石砌筑，厚40 cm，内外均采用M10 水泥砂浆抹面。防浪墙每隔15 m设伸缩缝1道，缝宽2 cm，缝内填充沥青砂浆止水。

5 结语

确定水库大坝除险加固设计基本参数；重点围绕大坝工程渗流分析和稳定分析进行大坝稳定安全复核；并从大坝现状与除险加固设计两方面分析研究大坝除险加固设计方案。