八道沟水库除险加固的稳定分析

宋景刚

(朝阳市阎王鼻子水库工程建设管理局，辽宁朝阳122000)

八道沟水库除险加固的稳定分析

宋景刚

(朝阳市阎王鼻子水库工程建设管理局，辽宁朝阳122000)

为了提高水库的经济效益和社会效益，保证水库的整体稳定，进行八道沟水库除险加固工程设计，使防洪设计标准达到50 a一遇，500 a一遇校核标准;对原有溢洪道进行改造，使溢洪道整体稳定和泄流能力达到防洪要求。大坝的稳定是水库除险加固工程设计的前提，通过对主坝、副坝和溢洪道的稳定计算，为水库的除险加固设计提供科学技术依据。

水库;溢洪道;除险加固;稳定计算;计算依据

八道沟水库位于凌源市西南部青龙河上游。始建于1958年2月，控制灌溉面积133.33hm2，是一座防洪、灌溉、养鱼等综合利用的小(Ⅰ)型水库。主要建筑物有:黏土心墙土坝;正槽式溢洪道，分级卧管式输水洞，设计防洪标准30 a一遇，因有库容淤积和主要建筑物病险，水库存在安全隐患［1］。为保证水库的整体稳定，进行八道沟水库除险加固工程设计，使防洪设计标准达到50 a一遇，500 a一遇校核标准。现就溢洪道的整体稳定分析如下。

1 大坝稳定分析

1.1 主坝

1)采用浆砌石防浪墙接高黏土心墙，浆砌石墙内侧打10cm厚C15混凝土墙，浆砌石防浪墙顶高程为349.2 m。

2)大坝坝面工程:迎水坡干砌石护坡部分拆除和重新砌筑，台阶和排水沟拆除重建。

1.2 副坝

1)新建(溢洪道左侧)左副坝，为均质土坝，最大坝高4.98 m，坝顶宽3 m，坝顶长60 m。

2)扩建右副坝:加高2.48 m，坝顶长100 m。

1.3 溢洪道

1)拆除混凝土翻板闸21延米，拆除混凝土薄壁堰49延米。

2)新建 8孔平板钢闸门，闸门净宽5 m，高2.7 m。

3)钢闸门及埋件制安34 t，启闭机购安8套，规格为:双吊点，启门力5×2 t，手电两用螺杆式。

4)新建闸门启闭工作桥75延米，宽2.8 m，为钢筋混凝土梁式桥。

5)溢洪道底板衬砌41延米，2 501 m2。

2 大坝稳定计算依据

2.1 大坝填筑材料

大坝上游为次黏土、壤土、砂砾料，块石护坡。下游坝坡为次黏土、壤土、砂砾料。坝后为垫式排水［2］。

2.2 设计参数的选择

八道沟水库为1958年修建，属于边规划、边设计、边施工的“三边”工程，未有任何试验资料，因此，本次除险加固对八道沟水库的坝体填筑料进行取样试验，其试验参数详见表1。

2.3 地震荷载

根据国家地震动峰值加速度分布图，八道沟水库地震动峰值加速度＜0.05，地震烈度为6度，不设防。

3 渗流计算

八道沟水库正常高水位342.6 m。土坝截水墙修筑到不透水层;坝后设排水棱体，下游无水、水库坝顶宽 b=3.0 m，上游边坡系数 m=2.0、3.0、3.5，下游边坡系数m1=2.0、2.5，(校核洪水位为348.3 m)坝底高程为339.1 m，原坝底高程为324.50 m，坝前淤积层厚14.6 m，校核水位至防浪墙顶高t=0.9 m，坝基土壤与坝壳土壤的渗透系数相等，均为K=8.64 m/d。黏土心墙渗透系数 K3=0.005 m/d，心墙分两部分:第一部分为斜墙，墙高为5 m，宽为4.0 m;第二部分为直墙部分，墙高17.2 m，顶宽3.0 m，底宽7.0 m。

表1 八道沟水库大坝稳定计算的设计参数

3.1 绘制浸润曲线

根据省内水库的运用经验，汛期发生最高洪水位的历时很短，一般土坝内不易形成计算的浸润线，所以在设计中只须验算上游正常高水位时的渗流情况即可［3］。

水库处于正常高水位342.6 m时，H=18.1 m

计算心墙的平均厚度:

心墙平均厚度的下游边线到排水棱体内坡脚的距离

计算心墙后浸润线的纵坐标

按下式绘制浸润线

式中:h为心墙的下游水深;L为浸润线锋面距迎水坡角距离。

其各点坐标见表2。

表2 浸润线坐标表

根据表2计算结果，绘制坝体侵润线如图1。

图1 坝体侵润线图

3.2 坝体单宽渗流量计算

由坝体单宽渗流量计算公式:

从计算得出数值可知，坝体单宽渗流量是很小的，既符合我省西部干旱地区的特点，又比较可靠。

4 斜墙保护层的稳定分析

此土坝为Ⅳ级建筑物，设计情况时的抗滑稳定安全系数［fs］=1.20，校核情况时的抗滑稳定安全系数［fs］=1.05，坝高23.7 m，正常高水位时，上游水深为3.5 m，下游无水，上下游坝坡坡度分别为1∶3和1∶2.5，坝顶宽4 m，下游坝脚设棱体排水，筑坝土料为砂砾，土料的设计指标为，粗砂及砂砾料内摩擦角 φ 为 30°，C)=0°，γ干=1.80 t/m3，比重 △=2.50 t/m3。

式中:ε为孔隙比;γ为容重，t/m3。

坝基亦为砂砾土，其计算指标与坝体相同。壤土 γ干=1.7 t/m3，湿容重1.997 t/m3，浮容重1.07 t/m3，内摩擦角 φ =20°，黏聚力 C=1.0t/m2。

4.1 确定危险水位

自B点作垂线与坝坡交于 A，A点高程为336.2 m，即为危险水位。

4.2 求 θ3角

4.3 计算 G1、G2、G3、G4重量(取1 m坝长)

土块NFDE的重量:

土块NFFN的重量:

土块ABC1的重量:

土块ABm的重量:

保护层的最小安全系数按下式计算:

5 斜墙连同壤土保护层一起滑动的稳定分析

5.1 计算依据

1)采用列表法计算，说明:θ3=9.8°，在保护层稳定中已求出。

2)水面以下的容重按浮容重计，水面以上的容重按湿容重计。

3)壤土与斜墙接触的内摩擦角φ1=18°。

4)坝体与斜墙接触面的黏结力C1，采用壤土C2值的一半，即 C1=1/2，C2=0.5 t/m2。

5)保护层黏结力C=0

5.2 计算结果

当θ=27°时，安全系数最小，K=1.37，计算结果见表3。

表3 壤土连同保护层稳定计算表(土块ABC1)

6 总结

由于水压力的作用，上游水要通过坝提渗透到下游，对坝的稳定产生一定的影响。通过渗流计算和单宽渗流量的计算可以加强对坝坡稳定的控制。大坝的稳定分析是八道沟水库除险加固工程的主要项目之一。

本文主要通过对主坝、副坝及溢洪道的理论分析和稳定分析计算，为水库的除险加固设计提供科学可靠的依据。

［1］赵家成，王从锋，姜利汉.中、小型病险水库除险加固的研究［J］.三峡大学学报:自然科学版，2005，27(02):119-122.

［2］水利部大坝安全管理中心.SL258-2000水库大坝安全评价导则［S］.北京:中国标准出版社，2000.

［3］张绍芳.堰闸水利设计［M］.北京:水利电力出版社，1987:22-24.

TV621

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1007-7596(2014)06-0085-03

2013-12-15

宋景刚(1968-)，男，辽宁朝阳人，高级工程师。