河南登封张沟水库除险加固设计及其安全评价

韩瑞芳

河南登封张沟水库除险加固设计及其安全评价

韩瑞芳

（河南工程学院，河南 郑州 451191）

河南登封张沟水库大坝安全鉴定为三类坝，需要进行除险加固。水库除险加固采取扩宽溢洪道以提高防洪能力，对上下游坝坡进行整修护砌，新建坝顶路面、防浪墙，对放水管启闭塔和工作桥拆除重建，更换了闸门启闭机。以加固后的典型横剖面为研究对象，对大坝进行渗透稳定和抗滑稳定复核，计算结果表明：水库除险加固后，各工况下坝体浸润线明显降低，渗流量减小，渗透坡降小于允许值、坝坡抗滑稳定安全系数均大于允许值。

河南登封；张沟水库；除险加固；土石坝；渗透稳定；抗滑稳定；安全评价

1 工程概况

河南登封张沟水库是一座以防洪为主，兼顾灌溉以及水产养殖等综合利用的小型Ⅰ类水利工程。水库控制流域面积为20.7 km2，总库容为833.2万 m3，正常蓄水位为 511.45 m，设计洪水位为514.49m，校核洪水位515.92m。该水利枢纽由大坝、溢洪道和放水管等组成。水库大坝为土石坝，现状坝顶高程为515.95m，最大坝高为32.3m，坝顶宽为4m，坝顶轴线长为605m。大坝上游坝坡设为4级，自上而下坡比依次为：1∶2.1、1∶2.1、1∶2.4、1∶2.4，在高程 511.45 m、506.6 m、502.83 m处分别设有马道。下游坡为5级边坡，自上而下坡比依次为：1∶1.6、1∶2.0、1∶2.3、1∶2.0、1∶1.5，坡度变化处分别设有马道。溢洪道位于大坝左岸，进口宽顶堰宽度为34m，堰顶高程为511.45m，总长288m。现状放水管位于大坝左侧，为砌石无压涵洞，断面形式为城门洞形，最大泄流量为4m3／s，进口控制为平面铸铁转动式闸门。

张沟水库始建于1959年，经过半个多世纪的运行，大坝存在安全隐患。《张沟水库安全评价报告》指出，水库的现有防洪标准不能满足国标《防洪标准》（GB50201-94）规定的下限设防要求；大坝下游坝坡抗滑稳定安全系数不满足规范要求，上、下游坡坡面大部分未护砌；溢洪道泄流能力不满足要求，无消能设施；放水管进口处有裂缝，闸门及启闭设备陈旧老化、锈蚀严重。依据《水库大坝安全评价导则》（SL258-2000），大坝安全类别为三类，属于病险水库，需尽快进行除险加固。

目前，对于中小型病险水库土石坝的除险加固已有较多成熟措施，如帷幕灌浆、高喷灌浆，大坝加高等［1～3］。笔者针对张沟水库存在的病险问题，探讨了相应的除险加固措施，分析了加固后大坝的渗流稳定性和抗滑稳定性，从而对除险加固后的大坝进行了安全性评价。

2 水库除险加固措施

2.1 大坝工程除险加固措施

大坝工程采取的加固措施主要有：（1）上游坡未护砌部分采用干砌石护砌（30 cm厚）。按单层块石砌筑，块石直径不小于30 cm。（2）坝顶新建1.15m高浆砌石防浪墙，墙顶高程为517.10m；新修坝顶混凝土路面，厚为20 cm，路面控制高程为516.06m，路面净宽为3.8m。（3）下游坡坡面整修，增设坝顶及下游坡排水系统。（4）重建上、下游坡踏步，增设安全观测设施。

2.2 溢洪道工程除险加固措施

本次除险加固工程对溢洪道进行扩宽（由34m扩宽至40m）。经水库调洪演算，设计洪水位为514.49m，比现状溢洪道宽度调洪演算设计水位515.00m低，满足防洪要求。溢洪道进口由宽顶堰控制，堰顶高程为511.45m，堰宽为40m。溢洪道总长为231.18m，总落差为11m，沿轴线共分进口裹头段、控制段、收缩段、陡坡段、消能段及出水渠段6个部分。两岸按照20年一遇洪水标准+超高（0.5m）进行护砌。新建溢洪道生产桥。

2.3 放水管工程除险加固措施

放水管工程除险加固措施包括：放水管启闭塔及工作桥重建、更换闸门和启闭机。启闭塔进口采用浆砌石喇叭口形式，塔身采用C30钢筋混凝土结构，基础采用整体筏板基础，尺寸为8.3m×4.93m× 1m（长×宽×厚）。基础下设C10混凝土垫层，以上至检修平台为竖井。检修平台高出正常蓄水位（兴利水位）50 cm，高程为511.95m。检修平台以上采用框架柱与顶部的启闭机平台相连。对连接大坝的工作桥进行拆除重建。更换2扇平板钢闸门，2 t卷扬启闭机2台。

3 除险加固后大坝安全性评价

3.1 计算模型

选取除险加固后的大坝典型横断面，即桩号0+ 350处断面（如图1所示）为计算模型，大坝上游坝坡自上而下坡比依次为：1∶2.1、1∶2.1、1∶2.4、1∶2.4，各级边坡间均设有马道。下游坡自上而下坡比依次为：1∶1.6、1∶20、1∶2.3、1∶20、1∶1.5，各级边坡间均设有马道。水库设计洪水位为514.49m，校核洪水位为515.92 m，正常蓄水位为511.45m，死水位为497.55m。

图1 张沟水库大坝断面图（mm）Fig.1 Zhanggou reservoir dam cross-section

3.2 计算工况及计算参数

依据 《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）确定下面几种工况为本次计算的典型工况：（1）正常运用条件。水库水位位于正常蓄水位、设计水位与死水位之间的各种水位的稳定渗流期。（2）非常运用条件。库水位骤降情况。

根据水库工程地质报告的取样试验资料，选取加固后各种材料的渗透系数与物理力学指标，如表1所示。

3.3 计算结果及分析

（1）坝体渗透稳定分析。

加固后，各工况坝体的单宽渗流量及逸出点渗透坡降如表2所示。

由表2可以看出，坝体和坝基渗透坡降均满足规范要求。

（2）坝体抗滑稳定分析。

表1 坝体材料的物理力学指标Table 1 Physic-mechanical index of dam body material

表2 大坝加固后下游坡渗透计算成果表Table 2 Downstream slope permeate calculation after the dam reinforcement

根据SL274-2001《碾压式土石坝设计规范》，正常情况下，Ⅳ级建筑物的安全系数为1计算。现状大坝坝坡抗滑稳定分析成果如表3所示。

.15，非常情况为1.06，非常地震工况为1.01。计算程序采用北京理正软件设计研究院编制的《边坡稳定分析》程序进行

由表3可以看出，大坝坝坡抗滑稳定安全系数满足规范要求。

表3 大坝加固后坝坡抗滑稳定分析成果表Table 3 Dam slope anti-sliding stability analysis after the dam reinforcement

4 结语

张沟水库采取上述除险加固措施后，运行状况良好，解决了水库历年来存在的安全隐患，为当地经济的发展奠定了良好的基础。建议：在大坝运行期间，加强大坝安全监测，保证工程安全运行。述［J］.中国水利，2010（18）：17-20.

［2］钮新强.水库病害特点及除险加固技术［J］.岩土工程学报，2010（1）：153-157.

［3］蒋春艳,黎峰,张海旭,等.丁湾水库大坝除险加固及其安全评价［J］.人民黄河，2012（4）：114-116.

[责任编辑 杨明庆]

［1］谭界雄，位敏.我国水库大坝病害特点及除险加固技术概

TV698.23

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1008-486X（2015）03-0005-03

2015-05-19

韩瑞芳（1979-），女，河南安阳人，工程师，主要从事水工结构工程方面的工作。