小型水库土石坝大坝除险加固设计

浅谈小型水库土石坝大坝除险加固设计

【关键词】水库大坝；除险；加固

1.设计依据

南华县红星水库枢纽工程由大坝、溢洪道、输水涵洞等建筑物组成。根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（sl252-2000）规定，枢纽工程为ⅴ等，主要建筑物为5级，次要建筑物为5级。枢纽工程洪水标准采用20年一遇（p=5.0%）洪水设计，200年一遇（p=0.5%）洪水校核，消能防冲设施洪水标准按10年一遇（p=10%）设计。根据《中国地震动参数区划图》（gb18306-2001），红星水库地区地震动峰值加速度为0.15g，地震动反应谱特征周期为0.45s，相应地震基本烈度为ⅶ度，按《水工建筑物抗震设计规范》

（sl203-97）规定，本工程地震设防烈度为ⅶ度。

2.工程总体布置

现枢纽工程主要由大坝、溢洪道和输水涵洞组成。本次除险加固对大坝、输水涵洞等建筑物在原工程布置的基础上进行加固处理。溢洪道结构完好，由调洪计算可知红星水库保持原有调度方案（空库度汛），可满足200年一遇洪水标准，因此本次加固可不对溢洪道进行扩建。

经地勘查明，库区、坝址区无不良地质体存在、库岸稳定，针对地质勘探及安全鉴定揭露出来的工程病害，本着技术与实际相结合的原则及本次除险加固的资金情况，以大坝稳定和输水涵洞加固为主，并对现有输泄水建筑物进行加固、除险等工程处理，故本次除

险加固推荐方案的工程项目为：

（1）将坝体加高0.4m，坝顶宽设为7m，在坝顶面两侧设置路肩石，路面采用泥结石路面厚30cm，下设10cm碎石垫层。大坝下游坝坡削缓，下游坝1993.54至1985.54高程放缓为1：2.0，1985.54至1972.71高程放缓为1：2.5。下游坝坡填筑前需进行清理，清理厚度0.2-0.5m。新老坝体间的结合部采用中细砂做过渡层后再进行风化料培厚碾压回填，压实度大于97%，新建棱体排水。

（2）结合已铺设的上游防浪石将上游护坡从1992.04铺设至坝顶。

（3）封堵原有输水涵洞，在水库右岸新建输水隧洞及竖井。（4）更换溢洪道闸门及启闭设施。

（5）完善观测设施及管理设施。

3.大坝现状情况

3.1设计基本资料

3.1.1水文、水利

根据水文水利分析计算，红星水库总库容44.2万m3（本次复核值），调洪演算成果为设计洪水1991.32m，校核洪水位1993.11m，正常蓄水位1991.54m，汛前限制水位1978.2（死水位）。

3.1.2大坝坝体、坝基地质情况

大坝坝型为均质土坝，筑坝土料按就近取材的原则取料，成分为第四系残坡积层及砂泥岩的全—强风化物。据本次探坑资料，坝体土料主要为褐黄色、褐红色粉质粘土、含角砾粘土。

3.2大坝现状分析

根据地勘提供的坝址地质剖面和各层基础物理力学指标及水文

分析计算成果进行渗流计算，坝体土料渗透系数采用室内实验成果，计算渗透流量时土层渗透系数采用大值平均值，计算水位降落时的浸润线采用小值平均值，设计采用的大坝渗流计算参数见表

3-1。

表3-1 大坝渗流计算参数表

坝体材料各参数采用地勘提供的建议值，各种材料的力学指标采用情况见表3-2。

表3-2 坝体材料主要物理力学计算指标

根据地质资料，坝基全风化基岩j允基=0.6～0.7，不易产生渗透变形破坏。但是坝基为强、弱风化泥岩，透水率（q）属中等-弱透水层，存在一定的坝基渗漏问题。坝基虽不易产生渗透变形破坏，但是存在渗漏的可能。

根据《水利水电工程地质勘查规范》坝体土渗透变形判别，渗透变形类型为流土。流土型临界水力坡降计算公式为jcr=（gs-1）（1-n）=（1.85-1）（1-0.418）=0.495

式中：jcr——土的临界水力坡降；

gs——土颗粒密度与水的密度之比

n——土的孔隙率（%）

根据工程级别，取安全系数k（1.5-2.0），取1.5，故j允坝

=0.495/1.5=0.33。

3.3大坝渗流稳定复核

3.3.1渗流稳定复核

渗透量按有限透水地基上的均质土坝分段计算。渗透变形破坏的发生，不仅取决于水力坡降，而且与土的不均匀系数，土粒粒径和级配、密度、渗透性能有关。红星水库大坝坝体（均质防渗体）土料为低液限粘土，土料颗粒大部分为细粒粘粒，其可能的渗透破坏形式为流土，根据《水利工程地质勘察规范》gb50287-99录m.0.3流土临界水力比降计算公式。据本次地质资料和现场勘察看，坝体可能的渗透破坏为流土，坝基接触面允许水力坡降与坝体区允许水力坡降取相同标准。

坝体土料物理力学指标成果分析计算临界水力比降，公式：

jcr=（gs-1）（1-n）

式中：jcr—土的临界水力比降

gs—土的比重

n—土的孔隙率（%）

坝土：jcr= （1.85-1）（1-0.418） =0.495

坝基：jcr=0.65 （参考本次地质资料）

根据工程级别，确定相应的安全系数为1.5，求出允许水力坡降j允，结合渗流计算水力坡降计算值j实，进行渗透稳定判别。渗透稳定分析见表3-3。

表3-3 渗流计算关键部位渗流要素统计表

注：校核洪水位、设计洪水位均漫坝

根据渗流计算结果，在正常水位下坝体及坝基（计算深度8m）每昼夜单宽渗漏量合计为3.23m3/d.m，大坝坝体、坝基每年渗漏总量为3.55万m3。占设计总库容44.2万m3的8.04%。