大塅水庫安全鑒定漿砌石重力壩結構復核分析

黃 濤

(江西省銅鼓縣大塅水庫服務中心，江西 宜春 336200)

1 工程概況

大塅水庫位于銅鼓縣城東北的大塅鎮(zhèn)太坪村，為修水上游支流山口水的第一梯級。壩址以上控制流域面積610.45 km3，總庫容1.18×104萬m3，是一座具有防洪、灌溉、供水、發(fā)電等綜合利用的大(2)型水庫。水庫樞紐建筑物主要由主壩、副壩、放空底孔、溢洪道、引水發(fā)電隧洞等建筑物組成。水庫地理位置重要，水庫下游有大塅鎮(zhèn)和山口鎮(zhèn)，人口約6.0萬人,灌溉面積0.27萬hm2，有銅修公路等重要設施。

主壩為漿砌石重力壩，壩頂高程215.20 m，防浪墻頂高程216.40 m(防浪墻高1.20 m)，壩頂寬8.00 m，最大壩高43.40 m，壩頂長357.00 m，從左至右分別為左岸非溢流壩段、溢流壩段、右岸非溢流壩段及右岸刺墻段，其中，左岸非溢流壩段長52.50 m，溢流壩段長81.00 m，右岸非溢流壩段長194.50 m，右岸刺墻段長29.00 m。溢流壩段由5 孔組成，單孔凈寬12 m，由露頂式弧形鋼閘門控制，溢流堰堰頂高程204 m，堰面采用WES 型曲線，采用底流消能。溢流堰后接一、二級消力池，一級消力池為矩形斷面，寬70.0 m，長50 m，底高程175.50 m，尾坎高5.30 m；二級消力池為深挖式消力池，池底高程為172.60 m，深4.0 m，長42 m，寬70～92 m。消力池兩側邊墻墻身為C15埋石混凝土，墻頂高程為188.00 m。

2 主壩漿砌石重力壩結構穩(wěn)定復核

本次復核采用100年一遇洪水標準設計，1000年一遇洪水標準校核。消能設施采用50年一遇洪水標準設計。

2.1 主壩穩(wěn)定及基底應力復核

(1)計算斷面。本次計算選取了非溢流壩段兩個典型斷面、溢流壩段一個典型斷面進行大壩穩(wěn)定及基底應力計算，計算斷面如下：

斷面1：非溢流壩段，最大壩高(43.4 m)斷面，基底高程171.80 m，壩基巖體為微風化角巖；

斷面2：溢流壩段，最大壩高(43.4 m)斷面，基底高程171.80 m，壩基巖體為微風化角巖[1]；

斷面3：非溢流壩段，大壩高度為27.2 m，基底高程為188.00 m，壩基巖體為弱風化角巖。

(2)計算工況及參數。根據《砌石壩設計規(guī)范》(SL 25—2006)的規(guī)定，大塅水庫主壩抗滑穩(wěn)定及基底應力計算考慮以下兩種工況：

基本組合(100年一遇設計洪水位)：自重+靜水壓力+揚壓力+浪壓力+泥沙壓力；

特殊組合(1000年一遇校核洪水位)：自重+靜水壓力+揚壓力+浪壓力+泥沙壓力[2]。

各計算工況上游庫水位及下游水位見表1。

主壩壩基巖石物理力學參數建議值詳見表2。

(3)計算結果。根據規(guī)范SL 25—2006中抗剪斷強度計算公式(5.3.2-1)計算抗滑穩(wěn)定安全系數，根據材料力學偏心受壓公式。計算上、下游邊緣應力。

經復核，計算成果見表3。

表1 主壩抗滑穩(wěn)定復核計算水位 m

表2 主壩壩基巖體物理力學參數建議值

表3 主壩抗滑穩(wěn)定安全系數及基底應力計算成果

由表可知，在設計洪水位及校核洪水位運行工況下，主壩抗滑穩(wěn)定安全系數計算值均大于規(guī)范允許值，基底應力最大值均小于地基允許承載力，且壩踵垂直應力未出現(xiàn)拉應力。綜合可知，大塅水庫主壩抗滑穩(wěn)定及基底應力均滿足要求。

2.2 主壩溢流壩段泄流復核

主壩溢流孔采用WES 型實用堰，根據《混凝土重力壩設計規(guī)范》(SL 319—2018)的要求，其泄流能力計算公式(1)如下[3]：

Q=CmεσsB(2g)1/2H3/2

(1)

式中：Q為流量，m3/s；C為上游堰坡影響修正系數，上游堰面鉛直，取1.0；m為流量系數，可按表A.3.1為1 查得；ε為側收縮系數，取0.90；σs為淹沒系數，取1.0；B為溢流堰凈寬，m；H為計入行進流速水頭的堰上總水頭，m。

經計算，主壩溢流壩段泄流能力詳見表4。

表4 大塅水庫主壩溢流壩段水位流量關系

2.3 主壩溢流壩段消力池結構復核

2.3.1 消力池水力計算

根據《水利水電工程等級劃分及洪水標準》(SL 252—2017)，大塅水庫溢流壩消力池按50年一遇設計洪水復核，50年一遇洪水時水庫水位為211.63 m，溢流壩的下泄流量為2509.21 m3/s；消力池邊墻高度按1000年一遇校核洪水復核，1000年一遇洪水時水庫水位為214.42 m，溢流壩的下泄流量為4123.83 m3/s，根據《水力計算手冊》(第二版)，溢流壩底流式消力池收縮斷面水深hc及水躍共軛水深hc″的計算結果詳見表5，消力池長度與消能坎高度復核計算結果見表6。

表5 消力池水力學計算結果

表6 消力池長度與尾坎高度計算成果

現(xiàn)狀一級消力池池長50 m，尾坎高5.3 m，邊墻高17.0 m；二級消力池池長42 m，尾坎高4.0 m，邊墻高15.4 m。由此可知，消力池總長為92 m，大于計算值61.09 m，滿足設計要求；一級、二級消力池尾坎高度均小于計算值7.31 m，不滿足設計要求；一級消力池邊墻高度大于校核洪水位下躍后水深16.07 m，滿足設計要求。

2.3.2 消力池邊墻穩(wěn)定計算

(1)計算斷面。消力池邊墻為重力式擋墻結構，本次復核計算選取了2 個典型斷面進行邊墻穩(wěn)定復核計算，選取的斷面如下：

斷面1：消力坎處斷面，墻高16.5 m，墻頂寬1.2 m，墻后采用黏土回填[4]；

斷面2：消力池收縮水深處斷面，墻高12 m，墻頂寬1.2 m，墻后采用黏土回填。

(2)計算工況。工況1：消力池50年一遇設計洪水；工況2：消力池無水。

(3)計算結果。經復核，計算成果詳見表7。

表7 溢流壩段消力池邊墻抗滑穩(wěn)定及基底應力計算成果

從表中結果可知主壩溢流壩段消力池邊墻抗滑及基底應力均滿足規(guī)范要求。

3 主壩結構安全復核結論

(1)主壩(漿砌石重力壩)壩體漿砌石塊石結構完整，無變形、坍塌現(xiàn)象，經復核，在各運行工況下，主壩抗滑穩(wěn)定滿足規(guī)范要求，基底應力均小于地基允許承載力，且壩踵垂直應力未出現(xiàn)拉應力。

(2)主壩溢流壩及溢洪道結構完整，質量較好。經復核，溢流壩泄流能力滿足設計要求；溢流壩消力池長度滿足規(guī)范要求，但尾坎高度不滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。

4 結 語

大塅水庫主壩漿砌石重力壩在各種運行工況下，抗滑穩(wěn)定及基底應力復核計算結果均滿足規(guī)范要求；溢流壩段消力池邊墻抗滑定及基底應力復核計算亦均滿足規(guī)范要求；溢流壩段泄流能力、消力池長度均滿足規(guī)范要求；消力池尾坎高度不滿足規(guī)范要求，但不會對壩體結構安全造成大的影響，漿砌石重力壩壩體結構安全。