青山水庫副壩設(shè)計

宋 旸，王恩新

(1.遼寧省水文水資源勘測局遼陽分局，遼寧 遼陽 111000；2.遼寧省葫蘆島市建昌縣水利局，遼寧 葫蘆島 125300)

青山水庫副壩設(shè)計

宋 旸1，王恩新2

(1.遼寧省水文水資源勘測局遼陽分局，遼寧 遼陽 111000；2.遼寧省葫蘆島市建昌縣水利局，遼寧 葫蘆島 125300)

青山水庫是六股河流域的控制工程，工程建設(shè)任務(wù)是以城市供水、防洪為主，兼顧改善流域下游農(nóng)業(yè)供水條件以及生態(tài)環(huán)境等綜合利用，是實現(xiàn)葫蘆島地區(qū)水資源合理配置的跨流域調(diào)水工程。作為水庫主要建筑物之一的副壩在水庫建設(shè)和運行中起到重要作用，為此文章對副壩的設(shè)置位置、壩體結(jié)構(gòu)的設(shè)計，副壩滲流計算進行闡述，分析滲流影響；對副壩穩(wěn)定性加以分析、沉降計算分析，并對基礎(chǔ)進行處理，確保水庫安全。

水庫；副壩；設(shè)計；葫蘆島市

1 概 述

青山水庫是六股河流域的控制工程，工程建設(shè)任務(wù)是以城市供水、防洪為主，兼顧改善流域下游農(nóng)業(yè)供水條件以及生態(tài)環(huán)境等綜合利用，是實現(xiàn)葫蘆島地區(qū)水資源合理配置的跨流域調(diào)水工程。

工程建成后，2020年水平年可向葫蘆島市供水17.10萬t/d，可將綏中縣城的防洪標準提高到50a一遇，六股河流域下游兩岸農(nóng)田的防洪標準由不足10a一遇提高到20a一遇。

該水庫的建成改善了六股河流域下游枯水期及葫蘆島市的生態(tài)環(huán)境，工程建設(shè)將為葫蘆島地區(qū)社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展，提供有力支持。水庫設(shè)計總庫容為6.61億 m3。

根據(jù)水庫規(guī)模、作用和壩型，按中華人民共和國國家標準GB50201—94《防洪標準》的規(guī)定，青山水庫為Ⅱ等工程。

混合壩比選方案工程等別為Ⅱ等。主要建筑物主壩、副壩、溢洪道、輸水洞進水口取水豎井級別均為2級。

2 副壩布置

副壩址位于距主壩右岸4km左右的嶺后分水嶺處，地表高程不到85m，低于水庫設(shè)計水位，需建副壩。副壩址地貌為山脊鞍部，地形寬闊平緩。分水嶺兩側(cè)有垂直分水嶺的沖溝，延伸較長，沖溝開闊，坡降小。兩側(cè)邊坡較緩，坡角9°～10°。

副壩址區(qū)分布的基巖巖性為二長花崗巖及花崗閃長巖。巖性分界線位于右岸山坡，在分界線處形成了寬2～3m，分界線以東巖性為花崗閃長巖，以西為二長花崗巖。

兩側(cè)邊坡有厚約0.2～0.5m的風化坡殘積物，上下游沖溝兩側(cè)臺地有厚2.8～4m左右的粉質(zhì)黏土層，向主河道方向漸厚。

副壩址區(qū)巖體風化十分強烈，全風化巖層較厚，下限埋深6～19m，其中左岸風化較深，右岸風化相對較淺，鉆探巖芯采取率為0。

若修建混凝土壩，開挖量很大，不經(jīng)濟，副壩適宜修建土壩。副壩壩高十幾米，壩長100多m，可修建黏土均質(zhì)土壩或黏土心墻砂礫石壩。副壩壩址距A3黏土料場較近，且黏土均質(zhì)土壩比黏土心墻砂礫石壩施工方便、工期短，故副壩壩型選用粉質(zhì)黏土均質(zhì)土壩。

副壩軸線控制點坐標及樁號見表1。左壩頭樁號為0+000；右壩頭樁號為0+125.223。

表1 副壩控制點坐標表

3 壩體結(jié)構(gòu)設(shè)計

副壩壩頂高程為97.25m，壩長125.223m，最大壩高12.35m，壩頂寬為5.0m，壩頂路面為瀝青混凝土路面。

副壩壩型采用粉質(zhì)黏土均質(zhì)土壩，壩體粉質(zhì)黏土填筑量為2.20萬 m3，選用A3料場，粉質(zhì)黏土填筑壓實度為0.98，設(shè)計干密度17.4kN/m3。

上游壩坡為1∶3.0，下游壩坡為1∶2.75。上游坡采用0.35m厚干砌石護坡，下設(shè)0.30m厚碎石和0.20m厚粗砂反濾層。下游護坡采用0.30m厚碎石護坡，下設(shè)0.20m厚粗砂反濾層。

壩體下游排水采用貼坡式排水，自壩腳設(shè)至壩體浸潤線逸出點以上2.0m。貼坡式排水上層采用干砌塊石，厚0.40m，下設(shè)0.30m厚碎石墊層和0.20m厚粗砂反濾層。

4 滲流計算

滲流計算包括計算依據(jù)和滲流計算分析2個方面：

4.1 計算依據(jù)

計算依據(jù)有3個方面：

4.1.1 建筑物等級

副壩按2級建筑物進行滲流穩(wěn)定計算[1]。

4.1.2 水位資料

校核洪水位95.40m，設(shè)計洪水位91.80m，正常蓄水位85.70m。滲流、穩(wěn)定計算的典型斷面為0+60m。

4.1.3 水位降落情況

水位由校核水位95.40m下降至防洪限制水位85.70m。

副壩土料指標見表2。

表2 副壩土料指標表

4.2 滲流計算分析

滲流計算應(yīng)考慮的水位組合情況：上游正常蓄水位與下游相應(yīng)水位；上游設(shè)計洪水位與下游相應(yīng)水位；上游校核洪水位與下游相應(yīng)水位。

壩體浸潤線及下游出逸點的位置，計算壩體與地基的滲流量。遵照《碾壓土石壩設(shè)計規(guī)范》(SL274—2001)[2]的有關(guān)規(guī)定，滲流計算按照穩(wěn)定滲流進行，采用北京理正軟件設(shè)計研究院的巖土工程系列軟件5.11版進行計算。滲流穩(wěn)定計算結(jié)果見表3。

表3 副壩滲流計算成果表

5 穩(wěn)定計算

遵照《碾壓土石壩設(shè)計規(guī)范》(SL274—2001)的規(guī)定，壩坡穩(wěn)定采用考慮條塊側(cè)面上作用力的簡化畢肖普法及瑞典圓弧法。主壩穩(wěn)定計算采用中國水利水電科學研究院STAB2009進行計算。

5.1 計算工況

對于副壩的穩(wěn)定計算，考慮以下計算工況：

5.1.1 正常運用條件

設(shè)計洪水位，形成穩(wěn)定滲流情況時的上、下游壩坡穩(wěn)定。正常蓄水位，形成穩(wěn)定滲流情況時的上、下游壩坡穩(wěn)定。

5.1.2 非常規(guī)運用條件

校核洪水位，上、下游坡穩(wěn)定。水位驟降時，上游坡穩(wěn)定。施工期，上、下游坡穩(wěn)定。

抗震設(shè)計烈度為6°，不進行抗震計算。

5.2 穩(wěn)定計算分析

青山水庫副壩為Ⅱ級建筑物，因此穩(wěn)定計算采用瑞典圓弧法及簡化畢肖普法2種計算方法，并以其中較小的安全系數(shù)作為大壩邊坡穩(wěn)定的依據(jù)。

穩(wěn)定計算成果見表4。

表4 穩(wěn)定計算成果表

表4中所列的允許安全系數(shù)適用于畢肖普法，對于瑞典圓弧法，允許安全系數(shù)減少8%。由此可知，大壩穩(wěn)定滿足規(guī)范要求。

6 基礎(chǔ)處理

副壩壩基巖性為二長花崗巖，兩側(cè)邊坡有0.2～0.5m的風化坡殘積物，分水嶺兩側(cè)有沖溝，沿沖溝方向有F2、F3兩個斷層通過副壩壩基，斷層破碎帶寬度為17～20m和8m左右，斷層之間巖體擠壓破碎現(xiàn)象明顯。

根據(jù)鉆孔壓水試驗統(tǒng)計結(jié)果，全風化巖底部與強風化巖頂部有厚約10m的層狀中等透水帶，透水率10～20Lu，其它層位體透水率均<5Lu，大部分地區(qū)<3Lu，巖體透水性微弱。

壩基開挖清基 0.5m?；A(chǔ)防滲采用帷幕灌漿，防滲帷幕設(shè)在壩軸線上游 2m處，帷幕灌漿采用單排孔，孔距 2m，孔深15m，帷幕防滲標準為5Lu?；炷凉酀{蓋板厚2.0m，寬2.0m。

斷層處在帷幕灌漿混凝土蓋板下游鋪設(shè)反濾。F3斷層位于副壩左壩頭附近，斷層以上壩高僅1～2m，故不做處理。F2斷層位于鞍部最低處，斷層寬度8m，該斷層局部開挖后回填混凝土。

開挖范圍是以壩軸線為中心向上、下游各開挖10m，開挖深度2m，寬度10m。

7 沉降計算

副壩為粉質(zhì)黏土均質(zhì)壩，壩體竣工后的沉降量采用《碾壓土石壩設(shè)計規(guī)范》(SL274—2001)附錄E中公式(E.3.3)計算。

7.1 壩體沉降計算公式

壩體沉降計算公式為：

(1)

式中：Hi為第i層土層厚度，cm；ei0為第i層的起始孔隙比；ei1為第i層相應(yīng)于竣工時或最終的豎向有效應(yīng)力作用下的孔隙比；n為土層分層數(shù)。

經(jīng)計算S=9.7cm

7.2 壩基沉降計算

副壩基礎(chǔ)坐落在基巖上，壩基沉降不進行計算。副壩預(yù)留沉降超高9.7cm。

8 結(jié) 語

通過對青山水庫大壩副壩的設(shè)置位置、壩體結(jié)構(gòu)的設(shè)計，并計算副壩滲流，分析滲流影響；對副壩穩(wěn)定性加以分析，并對基礎(chǔ)進行處理和沉降計算分析，以確保水庫副壩建設(shè)安全可靠，使水庫真正建設(shè)好和發(fā)揮其效益。

[1]長江水利委員會長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究院.SL2252—2000水利水電工程等級劃分及洪水標準[S].北京：中國水利水電出版社，2000.

[2]黃河水利委員會勘測規(guī)劃設(shè)計研究院.SL274—2001碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國水利水電出版社，2001.

1007-7596(2014)01-0066-03

2013-04-18

宋旸(1968-)，女，遼寧遼陽人，高級工程師，從事水文水資源、水文情報預(yù)報等工作；王恩新(1974-)，男，遼寧建昌人，工程師，從事農(nóng)田水利、節(jié)水灌溉事業(yè)。

TV64

B