某水库挡水建筑物除险加固设计王鑫

某水库挡水建筑物除险加固设计王鑫
发布时间：2021-09-01T02:47:36.020Z 来源：《建筑学研究前沿》2021年10期作者：王鑫[导读] 土石坝对地质要求较低，使土石坝在高坝中逐渐盛行；由于设计和施工的发展，土石坝对建筑材料的要求放宽，只要不含大量有机物和水溶性盐，其它的土壤材料都可以用于建造土石坝，大量的运输工具和建设装备的存在也使得土石坝的坝型不断发展。

土石坝主要受渗流、冲刷、沉陷等影响，大坝的失事会给下游人民的生命财产带来严重的威胁。

本文主要以磨滩河水库的病险状况为例，提出了相应的
坝顶加高设计等方案，来保证磨滩河水库可以继续充分发挥其效能，达到除险加固的目的，为小型水库除险加固设计工作提供了相应的参考价值。

王鑫
重庆交通大学河海学院重庆 400041
摘要：土石坝对地质要求较低，使土石坝在高坝中逐渐盛行；由于设计和施工的发展，土石坝对建筑材料的要求放宽，只要不含大量有机物和水溶性盐，其它的土壤材料都可以用于建造土石坝，大量的运输工具和建设装备的存在也使得土石坝的坝型不断发展。

土石坝主要受渗流、冲刷、沉陷等影响，大坝的失事会给下游人民的生命财产带来严重的威胁。

本文主要以磨滩河水库的病险状况为例，提出了相应的坝顶加高设计等方案，来保证磨滩河水库可以继续充分发挥其效能，达到除险加固的目的，为小型水库除险加固设计工作提供了相应的参考价值。

关键词：土石；坝顶加高；除险加固
1 工程概况
水库坝址处于蒙溪河左支流上游，东经105°10′41″，北纬29°54′35″，大坝距离城区约62km，距镇约6km。

主要以农业灌溉为基础，同时具有统括性的防洪和养殖等特点的小（2）型水利工程，结合规模得5级主要建筑物和次要建筑物。

项目由大坝、溢洪道和排水设施三部分装置而成，大坝建设为均质土石坝，大坝右肩有溢洪道和放水建筑物。

工程大坝占地面积0.687km2，317.00m的校核洪水位，总蓄水容量达到34.16万m3；316.69m的设计洪水位，其库容达到31.64万m3；309.73m的死水位，死库容只有0.95万m3。

2 工程存在的主要危害
经过多年运行，该水库主要存在以下危害：
（1）水库的抗洪能力达不到国家《水库工程水工建筑物的防洪标准》[2]防洪要求，坝顶超高不满足土石坝的规范设计。

（2）坝顶至上游正常水位以下1.6m的坡面采用干砌块石进行护坡，坡面上杂草丛生，由于常年风浪淘刷及水位变化，导致部分干砌块石沉降垮塌，坝顶上游侧没有安全防护设施，路面也没有进行硬化处理。

大坝的下游坡面整体凹凸不平，也没有进行衬砌，乃至整个坝面上有不规则的杂草和灌木存在。

3主要建筑物除险加固设计
3.1坝顶高程复核
该水库现坝顶高程为317.30m，最大坝高为8.9m，大坝的上游坝坡分为3级，自上而下坡比依次为1：2.5，1：3.125以及1：6.0。

坝顶超高与水库静水位之和为其坝顶高程，计算并比较几种工况下的坝顶超高，最大值即为该坝顶高程。

根据《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）[3]（往下称为《规范》），各数据以现状按相应公式分别进行计算，计算成果见下表。

（1）
该水库整治前坝顶高程317.30m，与上述结果比较可知坝顶超高不满足规范设计要求，其高程不应低于319.00m。

对水库现有高程不足进行加高，将上游坝坡改设为两段，第一段从死水位以上至水位314.13m坡比保持不变，后一段从水位314.43m至坝顶段改为1：2.9，再在现有坝顶高度上加高1.2m的C20钢筋混凝土防浪墙，坝顶宽度加宽至4m，方便交通，其上再采30cm厚砂砾石垫层，20cm厚C20混凝土护顶，即可满足相应的防洪要求。

3.2坝体渗流计算
该水库其坡面杂草丛生；部分块石已经沉降垮塌。

路面没有硬化导致杂草灌木茂盛。

针对上述问题，主要做以下几点治理措施：
（1）将上游干砌块石砌的护坡拆除，从死水位往上垫300cm的厚砂砾石进行垫层，并浇筑C25混凝土进行加固。

（2）对下游坡面的杂草、灌木进行清除，下游采用坡比为1：2.65的坝面，采用C25混凝土框架，框架内浆砌C20混凝土预制块。

岸坡与左右坝面交接处及坝脚处设置C20混凝土浇筑的排水沟。

由计算结果可知，整治过后的坝体不会发生渗透失稳。

图2 瑞典圆弧法简图
Fig.2 Schematic diagram of Swedish circular arc method
根据《规范》的规定，磨滩河水库土坝进行稳定分析、运用理正软件中大坝稳定性计算，采用圆弧滑动法对磨滩河水库现状进行大坝稳定性计算，在计算时近似将滑动面看作圆弧状，忽略滑动土体内部的相互作用力，其大小和形状均不发生改变，当不良因素作用在稳定的边坡上时，土体将绕危险滑动弧面近似作圆周运动。

计算时最常用的方法就是沿着坝体中心线方向取单个坝体截面，将其作为二维问题解决，分成许多等宽度的竖直土条，最后分别求出对应的总和。

当滑动力矩大于抗滑力矩时，大坝坝坡不稳定，否则坝坡稳定。

4总结
（1）对水库进行了高程校核，发现其坝顶高程不满足相应要求，应将原来的坝顶高程加高到319.00m，通过增设1.2m的防浪墙的方式对坝顶进行加高，而且对加高后的大坝进行边坡稳定复核，得到加高后的大坝稳定。

（2）对水库土石坝渗流稳定进行相应计算，整理分析计算数据对水库存在的问题提出相应解决方案。

在渗流计算时用到水力学法，在稳定分析时用到了瑞典圆弧法，并通过理正软件进行计算，得到坝体处于稳定状态。

参考文献（References）
[1] 沈长松，刘晓青.水工建筑物（第二版）.北京：中国建筑工业出版社，2015.
[2] 中华人民共和国水利部.中华人民共和国国家标准防洪标准：GB 50201-2014[S].北京：中国水利水电出版社，2014.。