信阳市海营水库大坝上游坡稳定分析及处理设计

□向广银（信阳市水利勘测设计院）

信阳市海营水库大坝上游坡稳定分析及处理设计

□向广银（信阳市水利勘测设计院）

海营水库大坝上游坝坡现状为混凝土护坡，大部分已严重碳化、断裂、滑塌，无法抗御风浪，致使多处坝坡冲刷严重，坡率不一。文章通过对水库大坝上游坝坡稳定分析，提出相应的护坡处理方案,通过除险加固处理，水库面貌焕然一新，现已成为信阳市一道靓丽的风景线。

坝坡稳定复核;混凝土护坡;海营水库

1 基本情况

海营水库位于信阳市工业城管理区祠堂村，处在淮河水系小洋河支流上，是一座以防洪、灌溉为主，结合水产养殖等综合利用的小（1）型水库，控制流域面积1.73km2，总库容116.70万m3。水库主要建筑物包括大坝、溢洪道、输水洞等。

大坝为均质土坝，坝长222m，现状坝顶高程为116.80～117.20m，最大坝高14.80m，坝顶宽4.60m，乡村公路从坝顶通过。大坝实测上游坡比1∶2.5、下游坡比1∶2.4，上游坝坡为混凝土护坡，损毁严重，下游为草皮护坡，无横向排水沟。2010年，当地修建“村村通”道路，在海营坝顶浇筑C20混凝土路面，宽4m。

2 大坝上游坡抗滑稳定复核

2.1 计算断面

选取最大坝高处断面作为大坝稳定分析的典型剖面，见图1。

图1 大坝抗滑稳定计算典型剖面图

2.2 计算参数选取

计算参数均取自2008年9月信阳市水利勘测设计院编制的《河南省信阳市海营水库除险加固初步设计阶段工程地质勘察报告》。筑坝材料各种物理特性指标汇总见表1。

表1 筑坝材料物理特性指标（采用值）

2.3 计算工况

根据《碾压式土石坝设计规范》(SL274-2001)的要求，计算工况如下：

坝坡稳定按稳定渗流期和水库水位降落期两种工况进行复核。

上游坝坡：①上游最不利水位112.53m；②校核水位115.60m突降至正常蓄水位114.50m。

下游坝坡：①上游设计水位115.33m；②正常蓄水位114.50m；③上游校核水位115.60m。

2.4 规范允许值

海营水库大坝为4级建筑物，根据《碾压式土石坝设计规范》(SL274-2001)规定，正常运用条件下，坝坡抗滑稳定最小安全系数应不小于1.15；非常运用条件(即水位非常降落条件)下，坝坡抗滑稳定最小安全系数应不小于1.05。

2.5 坝坡稳定计算

坝坡稳定分析采用瑞典圆弧法分析。计算公式如下：

式中：W—土条重量；Q、V—分别为水平和垂直地震惯性力；W—作用于土条底面的孔隙压力；α—条块重力线与通过此条块底面中点的半径之间的夹角；b—土条宽度；c′、φ′—土条底面的有效应力抗剪强度指标；MC—水平地震惯性力对圆心的力矩；R—圆弧半径。

大坝结构安全最小安全系数复核成果见表2。

表2 大坝坝坡稳定安全分析成果表

海营水库大坝属4级建筑物，根据《小型水库碾压式土石坝设计导则》对4级建筑物最小安全系数的规定：正常情况为1.15，非常情况为1.05。由表2可见，校核水位工况下，下游坡坝坡稳定安全系数不满足规范要求，其余工况下均满足规范要求。

3 大坝上游坡护坡设计

本次除险加固拟对大坝上游坡原混凝土护坡予以拆除翻修，护坡翻修范围为高程死水位110.10m至坝顶。护坡类型，拟选两种方案进行比较：

方案①：采用混凝土护坡，厚0.15m，下铺筑0.15m厚砂石垫层，计需拆除混凝土268m3，原垫层167m3，浇筑混凝土738m3，铺设砂石垫层577m3，工程投资43.02万元。

混凝土护坡厚度计算：

计算公式：(见SL274-2001《碾压式土石坝设计规范》)

式中：η—系数，对整体式大块护面板取1.00；hp—累积频率为 1%的波高，m，hp=1.75m；b—沿坝坡向板长，m，b=3m；ρc—板的密度，t/m3，取 ρc=2.40t/m3；ρw—水的密度，t/m3，取ρw=1.00t/m3；m—边坡系数，m=2.50；Lm—平均波长，m，Lm=11.23m。

经计算，t=0.15m，取混凝土护坡厚度为0.15m。

方案②：采用干砌石护坡，厚0.30m，下铺0.10m厚碎石垫层，计需拆除混凝土268m3，原垫层167m3，砌筑干砌石1320.70m3，碎石垫层379m3，工程投资39.40万元。

块石护坡厚度计算：

计算公式：(见SL274-2001《碾压式土石坝设计规范》)

式中：D—石块的换算球形直径，m；kt—随坡率变化的系数，查表得 kt=1.20；ρw—水的密度，kg/m3，取 ρw=1.00×103kg/m3；ρk—块石密度，kg/m3，取 ρk=2.60×103kg/m3；hp—累积频率为1%的波高，hp=1.10m；m—边坡系数，m=2.50。

经计算，t=0.28m，取砌石护坡厚度为0.30m。

两种方案工程造价相差不大，方案②块石原材料外购困难，且块径大多不能满足规范要求，施工质量难以保证。综合比较，护坡类型采用方案①。C20混凝土护坡厚0.15m，下铺0.15m厚砂石垫层。护坡按3m×3m分缝，缝宽100mm，缝内填塞无砂混凝土排水带，排水带下铺300mm宽土工布，护坡周边槽采用C20混凝土浇筑。

由于原混凝土护坡大部分已严重碳化，断裂，滑塌，无法抗御风浪，致使多处坝坡冲刷严重，坡率不一，所以在上游护坡翻修前应对上游坝坡进行整坡，整坡后坡比为1:2.5。

4 结语

海营水库除险加固主要内容包括：大坝水泥土搅拌桩防渗加固处理；上游混凝土护坡，下游草皮护坡，配套坝脚排水棱体及坡面排水沟，坝顶混凝土路面；溢洪道加固处理；输水洞拆除重建。随着信阳城市发展，海营水库现已纳入主城区发展范围，通过除险加固处理，水库面貌焕然一新，现已成为信阳市一道靓丽的风景线。

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2014-01-08

左英勇）