小型水库除险加固设计

林亚南，房鑫，王博文，周东震

（1.辽宁润中供水有限责任公司，辽宁沈阳110000；2.清原县水务局，辽宁抚顺 113300）

小型水库除险加固设计

林亚南1，房鑫1，王博文1，周东震2

（1.辽宁润中供水有限责任公司，辽宁沈阳110000；2.清原县水务局，辽宁抚顺 113300）

目前各地小型水库多于20世纪70至80年代建设，使用年限较长，为保障人民群众生命及财产安全，消除安全隐患，各地均需对水库进行除险加固。文章结合辽宁省抚顺市清原县泡子沿水库实际案例，对小型水库除险加固设计方法及思路进行了总结。

小型水库；安全隐患；除险加固

1 概 况

抚顺市清原县泡子沿水库位于法库、铁法市交界处，总面积450万 m3，始建于1988年，1991年竣工投入运行，设计标准为20年一遇，校核标准为300年一遇。水库坝型为粘土均质坝，水库枢纽工程由大坝、溢洪道、输水洞三部分组成。水库于2013年8月16日遭遇特大洪水，库区水位达到最高洪水位21.25 m,大坝在桩号0+084.4～0+ 061.3 m范围内出现了上、下游坝坡滑坡及坝顶下沉现象，于当年8月即对水库进行除险加固设计勘察。

2 工程现状

2.1 水库特性数据

校核重现期300年,校核洪水位21.25 m,校核相应库容28.4万m3；设计重现期20年,设计洪水位20.72 m,设计相应库容25.2万m3；正常高水位19.75 m，相应库容20.02万 m3；汛限水位19.75 m，死水位11.9 m，相应库容0.48万m3。水库大坝为粘土均质坝，坝顶高程21.8 m，最大坝高11.8 m，坝顶宽3 m，加固后坝顶宽4 m，坝顶长256 m，上游坝坡比为1.0∶2.4，下游坝坡比为1.0∶2.1。大坝溢洪道为开敞式平顶堰，单孔净宽31.0 m，堰顶高程19.75 m，加固后堰顶高程18.75 m，最大泄流84.61 m3/s，加固后最大泄流84.94 m3/s。

2.2 大坝工程现状

大坝为均质土坝，迎水坡坡比为1.0∶2.4，坡面为碎石护坡，经长期冲刷，损坏严重；背水坡坡比为1.0∶2.1，坡面为植物护坡。采用北京理正软件研究院编制的《理正分析计算软件》进行坝坡稳定安全性计算。采集大坝坝体内土料进行指标计算：湿容量r=15.10 kN/m2；饱和容重rm=19.51 kN/m3；渗透系数k=2.2×10-6cm/s；内摩擦角φ=19.82°；凝聚力c=17.03 kPa。详见表1。

表1 现状及加固后坝坡稳定计算成果表

2.3 溢洪道工程现状

溢洪道位于大坝左端，为开敞式曲线实用堰，无闸控制，混凝土与浆砌石结构，堰顶高程为19.75 m，堰宽31 m，利用天然山坡开挖而成。

3 工程存在的主要问题

3.1 大坝存在的主要问题

1）据表1可知，在1/3水位上游坡稳定渗流期坝坡安全系数不符合规范要求，坝后边坡安全系数全部不满足规范要求；

2）大坝迎水坡碎石护坡被风浪淘刷脱落严重；

3）2013年‘8·16’洪水在桩号0+050.2～0+ 082.4 m区域内，上下游坝坡发生了滑坡现象。

3.2 溢洪道存在的主要问题

1）现状倒U形堰体布置导致堰前水位增高，不利于大坝安全，抢险过程中已进行部分拆除。

2）挑流消能尾坎底部出现冲坑。

4 加固设计

泡子沿水库工程规模为小（Ⅱ）型水库，工程等别为Ⅴ等。主要建筑物5级，设计洪水标准为20年，校核洪水标准为300年。

4.1 大坝加固设计

1）大坝加固

为保证水库安全，大坝需培厚加固,以不改变坝顶高程为基础。根据现状放缓大坝上下游坡度，大坝加固采用上游边坡坡比1.0∶3.0，下游边坡坡比为1.0∶2.5。应用《理正分析计算软件》进行坝坡稳定安全性计算，数据见表1。迎水坡采用块石护坡，背水坡采用植物护坡，为保证下游培厚填筑施工作业面宽度，尽量减少对原坝土的扰动，坝顶宽取4.0 m，上游块石护坡厚取40 cm，块石护坡底部分别铺20 cm碎石及10 cm粗砂反滤。

坝坡渗流应用《理正渗流分析计算软件》中渗流问题公式法计算,计算结果见表2。

表2 渗流分析计算成果

为降低浸润线和孔隙压力，改变渗流方向，防止渗流出逸处产生渗透变形，保护坝坡土不产生冻胀破坏，此次除险加固设贴坡排水。贴坡排水顶高程应由坝体浸润线最大出溢点高程加1.50 m防护安全超高确定。经计算，背坡坝脚最大逸出点高度为1.38 m，则贴坡排水高程y=10+1.38+1.5= 12.88 m，最终确定贴坡排水高程为12.9 m。

2）滑坡段处理设计

针对大坝滑坡区域进行开挖，根据现场勘测,暂定开挖底面高程为12.7 m。全部清除质量较差土层，开挖边坡为1.0:3.0，在坝轴线处设回填结合槽，槽宽2.0 m，槽深底部1.0 m，侧向2.0 m（水平）。

回填土质为粘土，回填土料要求含水率控制在19%～24%，机械压实铺土厚度25～30 cm（压实后为17～22 cm），结合槽采用人工夯实，其铺土厚度为15 cm（夯实后为9～10 cm）。

4.2 溢洪道加固设计

由于现状堰体已部分拆除，为了确保水库大坝与下游人民生命财产安全，经论证，确定降低该库汛限水位，由现状19.75 m降至18.75 m，对溢洪道进口控制堰体型式进行修改。以最高洪水位21.25 m不变，修改溢洪道进口型式。

设计选用堰形为平顶堰：式中：m——堰流流量系数，m=0.385；ɡ——为重力加速度；ε——堰流侧收缩系数，ε=1-0.2ζkH/b，ζk为边墩系数，取ζk=0.7；b——溢洪道堰顶进口宽度，m；H——最高洪水位-汛限水位=2.5 m；Q——最大泄量84.61 m3/s。

依据各已知量计算求得b=13.10 m。

5 结 语

抚顺市清原县泡子沿水库水毁加固按此设计施工，已于2015年施工完成并通过验收，并安全度过一个汛期，减少灾害的发生。民生水利工作全面加强，防汛能力进一步提升，保障城乡群众用水需求。

［1］SL252-2000,水利水电工程等级划分及洪水标准［S］.

［2］GB50201-94，防洪标准［S］.

［3］SL274-2001，碾压式土石坝设计规范［S］.

［4］SL/T191-96，水工混凝土结构设计规范［S］.

［5］DL/T5057-1996，水工钢筋混凝土结构设计规范［S］.

［6］SL253-2000，溢洪道设计规范［S］.

TV62+1

A

1002－0624（2016）12－0006－02

2016-03-02