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《海河水利》2017年第1期

［摘要］闡述了汾陽市杏花村水庫環形堤壩工程地質情況，對環形堤壩壩坡穩定進行了分析，結合地質情況計算確定了正常運用條件下和非正常條件下壩坡穩定安全系數，并對環形堤壩滲透穩定進行了分析，根據計算結果，壩坡穩定和大壩滲透均滿足要求。

［關鍵詞］環形堤壩；壩頂設計；壩坡穩定分析；環形壩滲透分析；杏花村

1工程概況

杏花水庫壩址位于汾陽市杏花村安上河上，流域內有安上河、小相河和吊橋溝三條河流，壩址斷面控制總流域面積74.5km2。壩型為土壩，屬平原區小（一）型水庫。

2環形堤壩設計

2.1環形堤壩總體布置

環形堤壩平面呈葫蘆形布置，四周全長3826m，東西長1003m，南北寬約540m，庫底設計高程735.3m，壩頂設計高程740.7m，不設防浪墻，壩高5.4m。設計壩頂寬4m，迎水面坡度1∶3.0，背水面坡度1∶2.0。迎水面護坡在739.52m以下至庫底采用40cm干砌石防護，高程739.52m以上至壩頂采用草皮護坡，壩頂路面為30cm碎石路面。根據地勘資料，庫區表層土0.5～1.5m為粉土，之下為黏土層，滲透系數較小且厚度較大，庫區滲漏主要通過粉土層沿壩基向四周進行。為此，沿環形堤壩四周護坡采用土工布（兩布一膜）進行防滲，并從坡腳嵌入到黏土層以下垂直深度0.5～1.0m，土工布上先設10cm土墊層，再做20cm反濾層后砌筑干砌石護坡。

2.2堤基工程地質

擬建杏花水庫工程為人工四周圍堤形成的人工湖，采用挖填結合的填筑方案，主要由北堤、東堤、南堤和西堤組成，庫區東西向長約1600m，南北向寬約600m，堤為土堤，堤高約5.0m。

2.2.1北堤工程地質

北堤堤基發育地層主要為第四系全新統洪沖積及人工堆積，根據地層巖性、分布特征及土工試驗資料，北堤持力層為全新統洪沖積低液限黏土、低液限粉土，工程地質特性尚好，建議新建堤段應清除地表人工堆積物及含植物根系的低液限粉土，將堤基置于全新統洪沖積低液限黏（粉）土層上，并碾壓或夯實。建議堤基第一層低液限粉土的地基承載力為70～80kPa，第二層低液限黏土的地基承載力為90～110kPa，第三層低液限粉土的地基承載力為110～130kPa。臨時開挖邊坡水上1∶0.75～1∶1，水下1∶1～1∶2。

2.2.2東堤工程地質

擬建東堤位于杏花村鎮南杏師路西約570m處，長約600m。該處地形較平坦，地面高程736.87～737.30m。勘探期間地下水位埋深1.2～1.5m。發育地層主要為第四系松散堆積物及人工堆積物。堤基為全新統洪沖積低液限粉土和低液限黏土，工程地質特性尚好，主要存在滲漏和滲透穩定工程地質問題，低液限粉土及部分低液限黏土存在地震液化問題。建議對堤基進行防滲處理，防止滲漏和地基土滲透變形，并采取適當的方法防止或減弱堤基土地震液化影響。

2.2.3南堤工程地質

擬建南堤位于杏花村鎮南環路南約760m處，南堤長約1600m。該處地形較平坦，地面高程736.17～736.99m。勘探期間地下水位埋深0.5～1.5m。發育地層主要為第四系松散堆積物及人工堆積物。堤基為全新統洪沖積低液限粉土及低液限黏土，工程地質特性尚好，主要存在滲漏和滲透穩定等工程地質問題，上部低液限粉土存在地震液化問題。建議對堤基進行防滲處理，防止滲漏和地基土滲透變形，并采取適當方法防止或減弱堤基土地震液化影響。

2.2.4西堤工程地質

擬建西堤位于杏花村鎮南，杏花村鎮污水處理廠西約50m處，西堤長約600m。該處地形較平坦，地面高程736.17～736.72m。勘探期間地下水位埋深0.5～1.1m。發育地層主要為第四系松散堆積物及人工堆積物。堤基為全新統洪沖積低液限粉土及低液限黏土，工程地質特性尚好，主要存在滲漏和滲透穩定等工程地質問題，低液限粉土存在地震液化問題。建議對堤基進行防滲處理，防止滲漏和地基土滲透變形，并采取適當方法防止或減弱堤基土地震液化影響。

2.3壩體填筑設計

根據土料場地質勘察成果，庫區內的粉土層土量較多，經估算地下水位以上的粉土量有25萬～30萬m3，其含水率與最優含水率比較接近，其他現有指標均滿足規范均質壩土料質量要求，可作為筑堤材料，設計壩體回填土壓實度不低于94%。

2.4壩頂高程計算

依據《碾壓式土石壩設計規范》，壩頂高程等于水庫靜水位與壩頂超高之和，按以下運用條件計算，取大值。分四種工況，分別為：工況一：設計洪水位加正常運用條件的壩頂超高；工況二：正常蓄水位加正常運用條件的壩頂超高；工況三：校核洪水位加非常運用條件的壩頂超高；工況四：正常蓄水位加非常運用條件的壩頂超高，再按規范規定加地震安全加高。工程區地震基本烈度為Ⅶ度，根據《水工建筑物抗震設計規范》，取地震壅浪高度為0.5m，地震沉降不考慮。根據大壩不同運行條件下的波高、波周期、波長和波浪爬高確定壩頂高程。得出工況一情況計算結果最大，壩頂高程由設計洪水位加正常運用條件的壩頂超高決定。最終確定壩頂高程設計為740.7m，壩頂至庫區底高度為5.4m。

3上游護坡及壩頂設計

環形堤壩上游迎水面坡度設計為1∶3.0，護坡以設計洪水位738.99m為界，以下至庫底采用30cm干砌石加40cm砂礫石墊層防護，設計水位以上至壩頂采用草皮護坡防護。壩頂設計寬度為4m，上游側采用30cm厚混凝土進行壓頂，路面用為30cm碎石路面。環形堤壩迎水面砌石護坡厚度計算采用《碾壓式土石壩設計規范》相關公式計算。護坡防護高程為正常蓄水位加波浪爬高加風雍水面高度加安全加高。經計算，護坡防護高程為739.52m。

3.1環形壩壩坡穩定分析計算

3.1.1計算工況

環形堤壩在設計洪水位和校核洪水位時暴漲暴落，難以形成穩定滲流。因此，根據《碾壓式土石壩設計規范》要求，壩坡穩定計算如下工況：正常蓄水位738.42m時上、下游壩坡穩定；設計洪水位738.99m時上游壩坡穩定；校核洪水位739.54m時上游壩坡穩定；設計洪水位738.99m驟降至正常蓄水位738.42m時，上游壩坡穩定。

3.1.2計算參數

3.1.3計算方法與計算斷面

壩坡抗滑穩定計算采用北京理正軟件開發公司編制的《穩定計算分析軟件》，計算方法為計及條塊間作用力的簡化Bishop法。計算斷面選擇一個代表斷面：壩高5.4m，頂寬4m，上游坡度1∶3，下游坡度1∶2。3.1.4穩定計算結果環形壩為4級建筑物，依據規范正常運用條件下壩坡穩定安全系數最小為1.25，非常運用條件下壩坡抗滑穩定安全系數最小為1.15。

3.2環形壩滲透穩定分析計算

3.2.1計算工況

對于北方河流，洪水屬暴漲暴落型，設計洪水位和校核洪水位經歷時間短，難以形成穩定滲流，因此僅計算上游興利水位738.42m與下游相應最低水位（即庫區外最低地下水位735.60m）時的滲流工況。3.2.2計算參數根據《杏花水庫工程初步設計階段地質勘察報告》確定有關參數。

3.2.3計算方法與計算斷面

滲流計算采用北京理正軟件開發公司編制的《滲流計算分析軟件》計算方法，采用有限元法。計算斷面選擇一個代表斷面：壩高5.4m，頂寬4m，上游坡度1∶3，下游坡度1∶2。

3.2.4滲流穩定計算結果

壩體土主要由低液限粉土和低液限黏土組成，壩體土的滲透變形破壞類型為流土，最小允許水力坡降為0.44。壩基土滲透變形破壞類型為流土，最小允許水力坡降為0.44。

4結論及建議

汾陽市杏花村水庫的建設，能夠改善下游杏花村鎮、賈家莊鎮、肖家莊鎮共0.1萬hm2耕地的灌溉問題，提高作物產量；既能夠為杏花村鎮的發展提供生態綠化用水，減少對地下水的開采，保護地下水可持續利用，又能夠形成一片50多萬m2的蓄水面積，改善汾陽杏花村小生態環境，為旅游開發創造經濟效益；另外還能夠解決肖家莊科技工業園區100萬m3工業用水缺口，效益顯著，建議工程盡早實施。

作者：李云麗 單位：呂梁市水利勘測設計研究院