青山水库副坝设计

宋 旸，王恩新

(1.辽宁省水文水资源勘测局辽阳分局，辽宁 辽阳 111000；2.辽宁省葫芦岛市建昌县水利局，辽宁 葫芦岛 125300)

青山水库副坝设计

宋 旸1，王恩新2

(1.辽宁省水文水资源勘测局辽阳分局，辽宁 辽阳 111000；2.辽宁省葫芦岛市建昌县水利局，辽宁 葫芦岛 125300)

青山水库是六股河流域的控制工程，工程建设任务是以城市供水、防洪为主，兼顾改善流域下游农业供水条件以及生态环境等综合利用，是实现葫芦岛地区水资源合理配置的跨流域调水工程。作为水库主要建筑物之一的副坝在水库建设和运行中起到重要作用，为此文章对副坝的设置位置、坝体结构的设计，副坝渗流计算进行阐述，分析渗流影响；对副坝稳定性加以分析、沉降计算分析，并对基础进行处理，确保水库安全。

水库；副坝；设计；葫芦岛市

1 概 述

青山水库是六股河流域的控制工程，工程建设任务是以城市供水、防洪为主，兼顾改善流域下游农业供水条件以及生态环境等综合利用，是实现葫芦岛地区水资源合理配置的跨流域调水工程。

工程建成后，2020年水平年可向葫芦岛市供水17.10万t/d，可将绥中县城的防洪标准提高到50a一遇，六股河流域下游两岸农田的防洪标准由不足10a一遇提高到20a一遇。

该水库的建成改善了六股河流域下游枯水期及葫芦岛市的生态环境，工程建设将为葫芦岛地区社会经济可持续发展，提供有力支持。水库设计总库容为6.61亿 m3。

根据水库规模、作用和坝型，按中华人民共和国国家标准GB50201—94《防洪标准》的规定，青山水库为Ⅱ等工程。

混合坝比选方案工程等别为Ⅱ等。主要建筑物主坝、副坝、溢洪道、输水洞进水口取水竖井级别均为2级。

2 副坝布置

副坝址位于距主坝右岸4km左右的岭后分水岭处，地表高程不到85m，低于水库设计水位，需建副坝。副坝址地貌为山脊鞍部，地形宽阔平缓。分水岭两侧有垂直分水岭的冲沟，延伸较长，冲沟开阔，坡降小。两侧边坡较缓，坡角9°～10°。

副坝址区分布的基岩岩性为二长花岗岩及花岗闪长岩。岩性分界线位于右岸山坡，在分界线处形成了宽2～3m，分界线以东岩性为花岗闪长岩，以西为二长花岗岩。

两侧边坡有厚约0.2～0.5m的风化坡残积物，上下游冲沟两侧台地有厚2.8～4m左右的粉质黏土层，向主河道方向渐厚。

副坝址区岩体风化十分强烈，全风化岩层较厚，下限埋深6～19m，其中左岸风化较深，右岸风化相对较浅，钻探岩芯采取率为0。

若修建混凝土坝，开挖量很大，不经济，副坝适宜修建土坝。副坝坝高十几米，坝长100多m，可修建黏土均质土坝或黏土心墙砂砾石坝。副坝坝址距A3黏土料场较近，且黏土均质土坝比黏土心墙砂砾石坝施工方便、工期短，故副坝坝型选用粉质黏土均质土坝。

副坝轴线控制点坐标及桩号见表1。左坝头桩号为0+000；右坝头桩号为0+125.223。

表1 副坝控制点坐标表

3 坝体结构设计

副坝坝顶高程为97.25m，坝长125.223m，最大坝高12.35m，坝顶宽为5.0m，坝顶路面为沥青混凝土路面。

副坝坝型采用粉质黏土均质土坝，坝体粉质黏土填筑量为2.20万 m3，选用A3料场，粉质黏土填筑压实度为0.98，设计干密度17.4kN/m3。

上游坝坡为1∶3.0，下游坝坡为1∶2.75。上游坡采用0.35m厚干砌石护坡，下设0.30m厚碎石和0.20m厚粗砂反滤层。下游护坡采用0.30m厚碎石护坡，下设0.20m厚粗砂反滤层。

坝体下游排水采用贴坡式排水，自坝脚设至坝体浸润线逸出点以上2.0m。贴坡式排水上层采用干砌块石，厚0.40m，下设0.30m厚碎石垫层和0.20m厚粗砂反滤层。

4 渗流计算

渗流计算包括计算依据和渗流计算分析2个方面：

4.1 计算依据

计算依据有3个方面：

4.1.1 建筑物等级

副坝按2级建筑物进行渗流稳定计算[1]。

4.1.2 水位资料

校核洪水位95.40m，设计洪水位91.80m，正常蓄水位85.70m。渗流、稳定计算的典型断面为0+60m。

4.1.3 水位降落情况

水位由校核水位95.40m下降至防洪限制水位85.70m。

副坝土料指标见表2。

表2 副坝土料指标表

4.2 渗流计算分析

渗流计算应考虑的水位组合情况：上游正常蓄水位与下游相应水位；上游设计洪水位与下游相应水位；上游校核洪水位与下游相应水位。

坝体浸润线及下游出逸点的位置，计算坝体与地基的渗流量。遵照《碾压土石坝设计规范》(SL274—2001)[2]的有关规定，渗流计算按照稳定渗流进行，采用北京理正软件设计研究院的岩土工程系列软件5.11版进行计算。渗流稳定计算结果见表3。

表3 副坝渗流计算成果表

5 稳定计算

遵照《碾压土石坝设计规范》(SL274—2001)的规定，坝坡稳定采用考虑条块侧面上作用力的简化毕肖普法及瑞典圆弧法。主坝稳定计算采用中国水利水电科学研究院STAB2009进行计算。

5.1 计算工况

对于副坝的稳定计算，考虑以下计算工况：

5.1.1 正常运用条件

设计洪水位，形成稳定渗流情况时的上、下游坝坡稳定。正常蓄水位，形成稳定渗流情况时的上、下游坝坡稳定。

5.1.2 非常规运用条件

校核洪水位，上、下游坡稳定。水位骤降时，上游坡稳定。施工期，上、下游坡稳定。

抗震设计烈度为6°，不进行抗震计算。

5.2 稳定计算分析

青山水库副坝为Ⅱ级建筑物，因此稳定计算采用瑞典圆弧法及简化毕肖普法2种计算方法，并以其中较小的安全系数作为大坝边坡稳定的依据。

稳定计算成果见表4。

表4 稳定计算成果表

表4中所列的允许安全系数适用于毕肖普法，对于瑞典圆弧法，允许安全系数减少8%。由此可知，大坝稳定满足规范要求。

6 基础处理

副坝坝基岩性为二长花岗岩，两侧边坡有0.2～0.5m的风化坡残积物，分水岭两侧有冲沟，沿冲沟方向有F2、F3两个断层通过副坝坝基，断层破碎带宽度为17～20m和8m左右，断层之间岩体挤压破碎现象明显。

根据钻孔压水试验统计结果，全风化岩底部与强风化岩顶部有厚约10m的层状中等透水带，透水率10～20Lu，其它层位体透水率均<5Lu，大部分地区<3Lu，岩体透水性微弱。

坝基开挖清基 0.5m。基础防渗采用帷幕灌浆，防渗帷幕设在坝轴线上游 2m处，帷幕灌浆采用单排孔，孔距 2m，孔深15m，帷幕防渗标准为5Lu。混凝土灌浆盖板厚2.0m，宽2.0m。

断层处在帷幕灌浆混凝土盖板下游铺设反滤。F3断层位于副坝左坝头附近，断层以上坝高仅1～2m，故不做处理。F2断层位于鞍部最低处，断层宽度8m，该断层局部开挖后回填混凝土。

开挖范围是以坝轴线为中心向上、下游各开挖10m，开挖深度2m，宽度10m。

7 沉降计算

副坝为粉质黏土均质坝，坝体竣工后的沉降量采用《碾压土石坝设计规范》(SL274—2001)附录E中公式(E.3.3)计算。

7.1 坝体沉降计算公式

坝体沉降计算公式为：

(1)

式中：Hi为第i层土层厚度，cm；ei0为第i层的起始孔隙比；ei1为第i层相应于竣工时或最终的竖向有效应力作用下的孔隙比；n为土层分层数。

经计算S=9.7cm

7.2 坝基沉降计算

副坝基础坐落在基岩上，坝基沉降不进行计算。副坝预留沉降超高9.7cm。

8 结 语

通过对青山水库大坝副坝的设置位置、坝体结构的设计，并计算副坝渗流，分析渗流影响；对副坝稳定性加以分析，并对基础进行处理和沉降计算分析，以确保水库副坝建设安全可靠，使水库真正建设好和发挥其效益。

[1]长江水利委员会长江勘测规划设计研究院.SL2252—2000水利水电工程等级划分及洪水标准[S].北京：中国水利水电出版社，2000.

[2]黄河水利委员会勘测规划设计研究院.SL274—2001碾压式土石坝设计规范[S].北京：中国水利水电出版社，2001.

1007-7596(2014)01-0066-03

2013-04-18

宋旸(1968-)，女，辽宁辽阳人，高级工程师，从事水文水资源、水文情报预报等工作；王恩新(1974-)，男，辽宁建昌人，工程师，从事农田水利、节水灌溉事业。

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