大同县鱼儿涧水库除险加固方案探析

贺瑜（大同县水务局山西大同037300）

大同县鱼儿涧水库除险加固方案探析

贺瑜
（大同县水务局山西大同037300）

本文根据大同县鱼儿涧水库运行状况，针对水库病、险情等问题，对水库进行了除险加固设计，彻底消除其安全隐患，确保水库正常运行，使其发挥应有的经济效益和社会效益。

水库除险加固；建设方案；探析

1　工程概况

大同县鱼儿涧水库位于山西省大同县瓜园乡鱼儿涧村西，所在河流为海河流域桑干河一级支流东紫峰沟，控制流域面积为45km2，流域平均坡度11‰，多年平均降雨量为394mm。水库修建于1989年，设计总库容32万m3。大坝为碾压均质土坝，坝高7m，坝顶宽8m，坝长87m。近年来年均蓄水库容12万m3，年均灌溉面积0.2万亩，是一座以灌溉为主兼有水产养殖的小（2）型水库，工程等级为Ⅴ级，水工建筑物级别为5级。水库坝高7m，上下游水头差小于10m，根据《防洪标准》，按平原、海滨区水利水电工程永久性水工建筑物的洪水标准为：重现期为10年一遇；校核标准重现期为20年一遇。经调洪演算，鱼儿涧水库20年一遇校核洪水，总库容26万m3。

2　存在问题

2.1大坝存在问题

大坝为碾压均质土坝，坝高7m，坝顶宽8m，坝长87m。其主要问题在于：

（1）坝体填土岩性主要为低液限粉土，局部为低液限粉质粘土或粘土，坝体结构松散，组成物质较杂乱，均质性差。原坝体施工时未经碾压或碾压不实，坝体存在渗透变形和接触带渗漏问题。水库坝基渗透比降不满足规范要求，加之坝后未做排水，对下游边坡稳定不利。

（2）上游坝坡无护坡，下游坝脚无排水设施，坝后有渗漏；坝顶不规则，无防浪墙，坝肩水蚀冲刷严重；无泄洪设施，放水卧管破损严重，泄洪能力不足；水库无任何大坝安全观测设施。

2.2库区存在的问题

从库区的地形、地貌方面来看，河流两岸岸坡较缓，库区低于低洼谷地，为周边地表和地下水的排泄区；从岩性条件看，库底基本由上更新统湖积低液限粉质粘土构成，可视为库底隔水层，但在坝中部坝体与坝基接触带存在1m厚的粗沙透镜体，故库区整体上存在接触渗漏的可能。

3　水库除险加固方案

针对水库病、险情，为彻底消除其安全隐患，确保水库正常运行，根据大坝安全鉴定评价结论及建议，根据省水利厅颁发的《山西省小（2）型病险水库除险加固工程初步设计指导意见（试行）》以及对水库枢纽各部分在防洪和结构、渗流安全分析的基础上，拟定水库除险加固方案为：大坝坝体坝基防渗处理；新建溢洪道；放水卧管维修；上游坝坡增设干砌石护坡；下游增设排水排渗设施；增设坝顶防浪墙，铺设混凝土路面。

4　水库除险加固设计

4.1坝顶高程设计

本水库大坝为均质土坝，根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）的规定计算。水利水电工程永久性挡水建筑物顶部高程应按设计情况和校核情况时的静水位加相应的波浪爬高，风雍增高和安全加高。根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）5.3.3条规定，大坝坝顶高程应分别按以下运用情况计算取其最大值：

（1）设计洪水位加正常运用情况的坝顶超高；

（2）正常蓄水位加正常运用情况的坝顶超高；

（3）校核洪水位加非常运用情况的坝顶超高；

（4）正常蓄水位加非常运用情况的坝顶超高，再加地震安全超高。

地震安全加高根据《水工建筑物抗震设计规范》（SL203-97）5.2.3条的规定应取1.0m。

经计算鱼儿涧水库现状坝顶高程953.0m，本次设计拟增设坝顶防浪墙1.0m，防浪墙顶高程954.0m。

4.2大坝渗流及坝坡稳定分析

4.2.1渗流计算

对坝体进行渗流计算，出逸点高度0.58m，渗透比降0.52＜允许值0.54，单位宽度流量q=0.012m3/（d·m），经计算，下游坝坡渗流稳定。

4.2.2坝坡稳定计算

（1）稳定计算工作条件。依据水库工程等别，大坝为主要建筑物，按五级建筑物复核。大坝稳定计算选取本次实测大坝剖面为代表，进行抗滑稳定计算。根据《水库大坝安全评价导则》SL258-2000、《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001），并结合水库实际运行情况，本次稳定复核只对水库正常运行情况和非常运行情况进行分析计算，其中本地震烈度为Ⅶ度，相应水平间的设计地震加速度代表值为0.15g。

（2）稳定计算方法。鱼儿涧水库大坝为均质碾压土坝，本次坝体稳定计算由北京理正软件公司设计的边坡稳定分析计算软件来分析计算，计算方法为圆弧法中的瑞典圆弧法，用有限元来进行分析计算，计算公式为稳定渗流期有效应力法公式。

（3）稳定计算参数的确定。本次大坝稳定复核计算采用参数取自勘探试验成果，坝体最大断面位于坝轴线中部，采用钻孔资料，填土料以粉土为主，土层厚度8m、比重2.7、饱和度55.7、天然孔隙比0.695%、饱和容重20.0kN/m3、凝聚力18.5kPa、内摩擦角22.4°。坝基为粉质粘土，土层厚度12m、比重2.73、饱和度85、天然孔隙比0.918%、饱和容重19.02kN/m3、凝聚力20.3kPa、内摩擦角24.9°。

4.2.3坝坡稳定计算结果

通过土石坝边坡稳定计算可得各种工况下的大坝上、下游坝坡稳定安全系数，上游坝坡在正常运行期（蓄水位949.0m）的安全系数为1.83，在正常运行期+Ⅶ级地震（蓄水位949.0m）的安全系数为1.68。下游坝坡在正常运行期（蓄水位949.0m）的安全系数为1.74，在正常运行期级（蓄水位949.0m）的安全系数为1.57。大坝圆弧滑裂面上游坝坡在正常运行期（蓄水位949.0m）的圆心坐标9.48m，13.28m、半径16.94m，在正常运行期+Ⅶ地震（蓄水位949.0m）的圆心坐标9.12m，13.56m、半径18.20m，下游坝坡在正常运行期（蓄水位949.0m）的圆心坐标8.24m，13.48m、半径17.54m，在正常运行期+Ⅶ地震（蓄水位949.0m）的圆心坐标8.04m，13.68m、半径18.64m。

4.2.4坝坡计算成果分析

本次计算主要以大坝最大剖面来进行分析计算，由软件计算结果分析，在库水位达到溢洪道底高程水位949.0m，坝内浸润线均在下游贴坡排水体内出逸，故坝内渗流稳定性满足规范要求。同时从坝坡稳定计算结果来看，上下游坝坡在正常运行情况、特殊运行情况下抗滑稳定最小安全系数均满足规范要求，因此大坝是稳定的。

5　大坝具体加固措施

针对大坝存在的主要问题，经过分析，确定大坝除险加固工程项目如下：

5.1大坝上游护坡处理

大坝上游原无护坡保护，本次设计针对大坝上游坝坡增设护坡，护砌范围为946.5m至坝顶（953.0m）。按坡比1：3.0铺设30cm厚卵砾混合料反滤层后砌筑30cm厚干砌块石护坡。采用此种护坡手段相对坚固，而且外形美观。如果遇到较大的风浪或者坝坡出现一定的沉降时，能够很好地适应形变的发生，同时也具有良好的抗冻性能以及耐久性能。

5.2大坝下游坡处理

坝下游坡采用C15混凝土菱形网格，网格内种植草皮。采用此种护坡手段，可以有效的降低施工强度，缩短施工周期，同时也能保证护坡具有良好的整体结构，而且又具有一定的生态效益与经济效益。

5.3坝顶结构处理

坝顶上游侧增设防浪墙，长87m，防浪墙采用M7.5浆砌石砌筑，高1.0m，宽度为0.5m，基础埋设深度为1.2m，顶部采用现浇C15混凝土压顶，厚10cm，两侧出沿5cm，防浪墙面M10水泥砂浆抹面2cm厚，每隔8m设1道伸缩缝。坝顶宽度8m，坝顶高程953.0m，坝长97m，铺设20cm后混凝土路面。加设防浪墙结构有效的降低了坝体自身的高度，同时又能发挥阻洪、阻水等作用。

5.4坝后排水处理

下游左右坝肩设混凝土U型渠横向排水沟（30m×40cm）各一道，坝顶下游侧设纵向排水沟。坝坡下部新建帖坡排水长75m，设计顶宽1.8m，顶高程948.0m。排水体上层为40cm厚干砌石，下层为30cm卵砾混合料垫层。对坝后进行排水处理，可避免坝体浸润线过高，使大坝的运行更加安全。

5.5放水卧管改造处理

放水卧管位于大坝左侧，进口设施已严重损坏，严重影响了水库的蓄水能力。

拆除已损坏建筑物，新建卧管及消力池采用现浇C25钢筋混凝土，卧管共分6阶，人行台阶4阶，每阶高差0.5m，最低台阶进口底高程948.0m，放水孔孔径0.35m，坡比为1：3.0；消力池池长3.0m，池深2.0m。

5.6溢洪道工程

水库溢洪道位于大坝右岸，为敞开式溢洪道，由进口段、控制段、泄槽段及出口消能段组成，总长66m，最大泄量Q=43m3/s。

进口段八字墙长12m，开口宽由8m渐缩为6m，墙高4.0m为浆砌石结构，背水面1：0.4，基础为1.2m深的M7.5浆砌石结构，进口高程为949.0m，底板为0.8m厚浆砌石。

控制段采用6m跨、8m宽，4.0m高公路桥设计，边墙为M10浆砌石挡墙，墙高4.0m，背水面1：0.5，基础为1.5m厚M10浆砌石，下方铺筑0.1m厚C10现浇混凝土垫层，底板采用M7.5浆砌石，高程949.0m。

采用此方案不仅有效确保了大坝的水流顺畅，同时施工便捷、工期短，并能有效的避免洪道的渗漏问题出现。

6　结语

通过对大同县鱼儿涧水库加固方案的分析与设计，得出了该方法的技术可行性以及经济适用性，不仅为大同县鱼儿涧水库的加固提供了可靠的方案，同时也给此类问题的处理给予了一定的参考依据。陕西水利

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（责任编辑：唐红云）

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