夏店水库大坝除险加固设计简述

梁桂萍

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

1 工程概况

夏店水库位于襄垣县夏店镇马喊村，距襄垣县城20km，属海河流域浊漳西源马喊河。坝址以上控制流域面积13.42km2，总容库191万m3，是一座以防洪、灌溉为主，兼顾养殖的小（一）型水库。大坝为均质土坝，最大坝高14m，坝顶长325m，坝顶宽13.8m，坝顶高程911.0m，无防浪墙，坝顶设有底宽2.5m、深2.0m的混凝土衬砌矩形灌溉渠道。大坝上游坝坡为干砌石护坡，坝坡 1∶2.75；下游坝坡无防护，坝坡 1∶2。坝体坐落在全新统洪冲积低液限粉土层上。

2 大坝加固必要性分析

通过大坝安全鉴定，水库现状实际抗洪能力不能满足规范要求的100年一遇校核洪水标准。水库一旦失事，将影响下游2个村庄、太焦铁路、太长高速、208国道、0.3万余人、0.047万hm2耕地的防洪安全。另外，水库除险加固后可以进行正常的兴利调度，恢复其设计功能，产生良好的经济效益。因此对水库进行除险加固是必要的。

3 大坝加固设计

3.1 坝顶超高复核

夏店水库属平原区的4级土石坝，波浪爬高非常运用情况下的计算风速采用与大坝垂直的多年平均年最大风速，即10.0m/s，正常运用情况下的计算风速采用与大坝垂直的多年平均年最大风速的1.5倍计算，即15.0m/s。设计波浪爬高值采用累计频率为5%的爬高值，设计安全加高值取0.5m，校核安全加高值为0.3m。

夏店水库设计洪水位高于正常蓄水位，故正常运用工况采用设计洪水位作为计算静水位，该工程抗震烈度Ⅵ度，本计算中不考虑地震工况。此次设计根据水文调洪及坝顶超高复核计算结果，结合坝顶路面改造，设计坝顶高程910.80m，不需设防浪墙。

3.2 大坝加固设计

根据工程现状及大坝安全鉴定结论，确定大坝加固设计的工程内容包括：大坝坝顶铺设沥青公路；大坝上游坝坡面部分整修，高程906.20m以上部分的干砌石护坡翻修；大坝下游坝坡面整修，铺设草皮护坡；大坝下游坝坡脚设贴坡护脚。

3.2.1 坝顶结构

坝顶现状无防浪墙，路面为砂石路面，凹凸不平，损坏严重。坝顶中间的纵向浆砌石矩形灌溉渠道表面采用素混凝土衬砌。

原设计坝顶高程911.00m，现状坝顶高程910.03m。本次设计坝顶高程910.80m，不需设防浪墙。坝顶宽13.8m，其中上下游侧路面宽均为5.65m。坝顶路面改造成沥青混凝土路面，路面横坡比降2%，坡向下游侧。坝顶上下游侧均设浆砌石挡墙防护，并在下游侧挡墙的下游坝坡顶设30cm×30cm的纵向混凝土排水沟，混凝土厚150mm，并与下游坝坡横向排水沟相通。

3.2.2 大坝上游坝坡

目前，大坝上游坝坡的干砌石护坡损毁严重，根据损毁程度和部位，拟对其高程906.20m以上部分的干砌石护坡及其下部的反滤层进行翻修处理。

3.2.3 大坝下游坝坡

目前，大坝下游坝坡为1∶2.0，无防护，杂草灌木丛生。本次设计拟对下游坝坡面整修，整修后坝坡为1∶2.0。为防止雨水漫流冲刷下游坡面，设草皮护坡，厚度10cm。在下游坝坡上每隔50m设一道横向排水沟，共4道；下游坝坡904.85m高程处设一道纵向排水沟，排水沟采用浆砌石结构，壁厚300mm，净断面300mm×300mm。下游坝坡坡脚处设干砌石贴坡护脚及一道纵向浆砌石截水沟，与左、右岸坡截水沟汇集，截水沟断面型式为梯形，底宽300mm，深400mm，两边坡为1∶1，雨水汇流后排入下游河道。

为了大坝巡查及交通方便，在大坝下游坝坡桩号0+083的横向排水沟处设浆砌石人行台阶，宽1.0m。

3.3 大坝加固后的渗流及渗透稳定计算分析

根据《碾压式土石坝设计规范》及工程实际情况，渗流计算应包括以下工况：上游正常蓄水位907.50m与下游相应的最低水位；上游设计洪水位909.18m与下游相应的水位。

渗流计算采用北京理正软件开发公司编制的《渗流计算分析软件》，计算方法采用有限元法。

计算断面选择具有代表性的两个断面：主河槽处的最大坝高断面（桩号0+108.60，有截水槽）；左坝段断面（桩号0+070.00，无截水槽）。

坝体渗透系数根据本阶段地质工程试验成果确定，计算结果见表1。

表1 大坝渗流稳定计算成果表

据表1可知：由于大坝部分坝段设截水槽，部分不设截水槽，假定水库全年均为正常蓄水位907.50m，大坝年渗流量为16.95万m3。正常蓄水位时，坝体土和坝基卵石混合土的出逸渗透比降均小于允许渗透比降，渗流形态是安全的。设计洪水位909.18m时，坝体土的出逸渗透比降小于允许渗透比降，渗流形态安全；坝基卵石混合土的出逸渗透比降局部大于允许渗透比降，渗流形态不安全。

本次设计因投资规模限制，未对大坝采取上游防渗和下游排水措施，计算结果与大坝安全鉴定结论相同，分析合理。

3.4 大坝加固后的坝坡稳定计算分析

根据《碾压式土石坝设计规范》及工程实际情况，坝坡稳定计算应包括以下工况：正常蓄水位907.50m时的下游坝坡稳定；设计洪水位909.18m时的下游坝坡稳定；库水位在坝前淤积高程901.73m时的上游坝坡稳定。

大坝坝坡稳定计算采用北京理正软件开发公司编制的《稳定计算分析软件》，计算方法为计及条块间作用力的简化毕肖普法。

计算断面选择具有代表性的两个断面：主河槽处的最大坝高断面（桩号0+108.60，有截水槽）；左坝段断面（桩号0+070.00，无截水槽）。

夏店水库大坝为4级建筑物，依据《碾压式土石坝设计规范》，正常运用条件下坝坡稳定安全系数最小为1.25。坝坡稳定计算结果见表2。

表2 大坝坝坡稳定计算成果表

根据表2可知，大坝在各计算工况下的坝坡稳定最小安全系数均大于坝坡稳定允许最小安全系数，即坝坡稳定。

结合大坝50多年的运行情况，坝体垂直与水平变形已趋于稳定，计算结果是合理的。

4 结语

工程建成后，夏店水库防洪能力明显提高，抗洪能力满足20年一遇设计洪水标准，100年一遇校核洪水标准。同时可增加农业供水，具有显著的防洪、灌溉效益。