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摘要：影響水庫大壩除了自身的筑壩材料、結構等因素外，壩體水土流失及淤積對后壩坡邊坡穩定的影響也逐漸凸現出來。本文以羊溪河水庫為例，通過壩后淤泥排水方式選擇，分析對壩坡的影響。

關鍵詞：大壩；排水；下游邊坡；穩定；影響

1工程概況

1.1工程總體布置

臨潭縣羊溪河水庫位于南門河支流羊溪河中游，壩址控制流域面積5.76km2。羊溪河水庫是一座以防洪為主，兼顧灌溉的Ⅴ等小（2）型水庫，水庫1975年建成投入運行，水庫興利庫容8.7萬m3，正常蓄水位2743m；洪水起調水位2743.00m。20年一遇設計洪峰流量36.7m3/s，設計洪水位2744.23m；200年一遇校核洪峰流量67.4m3/s，校核洪水位2745.08m，對應的總庫容為22萬m3。水庫樞紐由大壩、輸水洞、溢洪道等組成。該水庫目前泄洪僅由溢洪道承擔。

1.1.1大壩

大壩為粉質壤土均質壩，壩高10～11.3m，壩頂寬3.3～5.8m，壩頂長度135m，壩頂高程2744.0～2745.53m。大壩上下游壩面均未設馬道。上游壩坡坡度為1∶2.15；下游主壩坡坡度1∶1.39，淤積部位壩坡為1∶4.77～1∶13.5。從現場安全檢查的情況來看，壩頂路面為碎石路面，無照明設施及大壩觀測及安全監測設施；上游壩坡無護坡，壩面雜草叢生，平整度較好；下游壩坡草皮護坡，平整度較差，表面無排水系統。從實測斷面來看，上下游壩坡無戧道，下游壩坡未設排水棱體。

1.1.2輸水洞

輸水洞臨近大壩右岸，由取水臥管及輸水涵洞組成，輸水臥管部分已封堵。取水涵洞進口底板高程2737.0m，出口2737.00m，長70.2m，為漿砌石加鋼筋砼蓋板矩形斷面形式，涵洞高1.0m，寬為0.8m，取水臥管為5級，每級高差為5m，臥管部分取水口已封堵，已失去取水輸水功能。

1.1.3溢洪道

溢洪道位于水庫左岸，屬開敞式溢洪道。控制段采用寬頂堰，平面布置為直線形，堰寬3.2m，控制段長4.0m，為漿砌石矩形結構，堰頂高程約為2743.00m，單寬校核泄洪流量8.1m3/s•m。控制段上部為交通橋，橋寬4.0m，橋高2.5m，為漿砌石拱形結構。控制段前為一喇叭口引水渠，底寬由6.0m漸變至3.2m，引水渠長7.2m。溢洪道泄槽長87.82m，為矩形斷面，漿砌石結構。

1.1.4水庫

未設水庫運行管理房，水庫上壩公路長2.6km，為土質路面，崎嶇不平，遇雨天難以運行。水庫無安全檢測及雨情、水情測報系統。1.2工程加固情況根據羊溪河水庫存在的問題，擬定的羊溪河水庫樞紐建筑物除險加固的主要任務是完善大壩的防滲體系，加固大壩下游壩坡并設置排水棱體，壩頂進行平整修整；重建溢洪道進水口，拆除重建泄槽，并在末端設置消力池；拆除輸水洞前取水臥管，新建輸水洞前進水閘室，并配備閘門等金屬結構，新建工作橋，加固洞身局部側墻，在輸水洞出口處設置消能防沖設施，對輸水涵洞后土渠進行襯砌；完善工程運行、管理及監測設施；提高水庫蓄水和防滲能力，確保水庫大壩安全，并使工程加固后最大限度滿足灌溉要求，充分發揮本工程的經濟和社會效益。

1.2.1大壩

大壩為粉質壤土均質壩，壩長138m，上游壩坡坡度不等，平均壩坡1∶2，現狀淤積面高程2740.00m，經復核，上游壩坡抗滑穩定，為保持上游土工膜的抗滑穩定，削坡至1∶2.5。加固對上游壩面不平整段部位，進行平整夯實處理，并清除上游壩坡雜草及浮土，削壩坡為1∶2.5，平整夯實后，鋪設復合土工膜，然后在復合土工膜上鋪設20cm砂礫石墊層，最上層鋪設厚40cm干砌石護坡。復合土工膜鋪設范圍為右壩肩至溢洪道右導墻，下部至淤積面2740.0m處頂部至壩頂高程。經上下游壩坡穩定復核，在正常蓄水位遇Ⅶ度地震的非常運用條件下，下游壩坡不能滿足抗滑穩定安全要求。因此，本次加固設計從壩下游側培厚壩體，放緩壩坡，使其抗滑穩定安全系數滿足規范要求。現狀下游壩坡坡度自上而下為1∶39、1∶4.77、1∶7.29、1∶5.37，主要邊坡以1∶1.39為主，加固后下游壩坡為1∶2.25。在下游坡腳處增設長為59m貼坡式排水體，貼坡式排水體頂高程為2740.00m。下游壩坡放緩時，先清除壩坡表面雜草及浮土，從下游側培厚壩體。壩殼土料仍采用當地粉質壤土。為了提高壩坡填土的密實度和均勻度，使填土具有足夠的抗剪強度和較小的壓縮性、滲透性，避免不均勻變形引起壩體裂縫，土料設計采用工程類比法，即結合當地土質和施工條件，并參照已建工程經驗，選擇粉質壤土作為壩坡填料。填筑質量控制標準：壓實度96%。原壩頂寬約3.3～5.8m，通常有行人及車輛通過，考慮交通要求，將壩頂從下游側加寬至5.0m。現有壩頂兩側無任何攔擋設施，路面也未做任何處理。本次除險加固，在壩頂上游側增設C20砼緣石，上游壩頂緣石埋深800mm、寬500mm，露出壩頂部分高300mm，兼做復合土工膜的錨固墻。壩頂平整以后設泥結碎石路面厚200mm，改建后的壩頂高程為2745.53m，包括緣石總寬5.0m。加固后壩頂長度138m。

1.2.2溢洪道

現狀溢洪道存在的主要問題是溢洪道進水口、泄槽底板及側墻漿砌石襯砌凍脹破壞嚴重，泄槽段上游段便道占用行洪斷面，嚴重影響行洪安全。泄槽末端未設消能防沖設施，進水通橋已開裂。必須對溢洪道進行改建，增設消力池等消能防沖設施。針對以上出現的問題對溢洪道進行改建加固，改建后的溢洪道仍由進口寬頂堰、漸變段、泄槽段及消力池組成。進口控制段形式采用寬頂堰。溢流堰凈寬6m，堰長6m，堰頂高程2742.50m，結合交通橋，采用C20鋼筋砼箱涵結構。底板厚50cm，側墻厚0.5m。漸變段長6m，底寬由6m漸變至4m，厚30cm，現澆C20鋼筋砼結構。泄槽為矩形斷面鋼筋砼結構，寬4m，0+011～0+030.1段深2.0m，0+030.1～0+093段深1.5m，總長82m。底板厚0.3m，側墻厚0.3m。泄槽在平面上中心線，基本保持與原泄槽一致。消力池泄槽末端未設消力池，現增設消力池，底寬6m，長12m，消力池后接鋼筋籠塊石護坦，長5m。

1.3水庫現狀

該水庫大壩于1975年建成。因勘測設計資料不足，施工又受冬季影響，大壩壩體、輸水洞及洞前取水臥管、溢洪道施工質量均存在一定問題，嚴重影響工程效益的發揮。通過大壩滲流計算，確定壩體排水形式。根據土工試驗資料：原壩體滲透系數取2.428×10-4cm/s，加固后壩體保持與原壩體一致，其滲透系數取2.428×10-4cm/s，土工膜取1×10-9cm/s。

2大壩排水形式的選擇

2.1大壩滲流計算利用北京理正巖土計算5.11版滲流計算軟件進行有限元滲流計算。正常蓄水位時：計算最大斷面壩體單寬滲流量=0.018m3/d•m，總滲流量2.47m3/d。校核洪水位時：計算最大斷面壩體單寬滲流量=0.022m3/d•m，總滲流量3.01m3/d。

2.2滲流穩定分析

該壩滲透變形的類型為過渡型，臨界水力坡降按照《水利水電工程地質勘察規范》（GB5028755—99）規定經驗值選取，壩體壤土允許水力坡降取0.46。分析過程中，對水庫正常水位下運行的壩體及壩基的滲流穩定進行復核。

2.2.1壩基滲流穩定分析壩體滲透變形的類型為流土型，其臨界水力比降Jcr采用下式計算：Jcr=(Gs-1)(n-1)式中，GS為土粒比重，取2.71；n為土的孔隙率，取0.46；得出壩體的臨界水力比降Jcr=0.92，壩體的允許水力比降J允許=0.46。對下游溢出點壩基在正常水位時的滲透坡降進行計算：J=H0/L0式中，L0為有效滲徑（53m）；H0為水頭差（9.83m）；J為滲透坡降。計算得：J=0.19。壩基沖洪積壤土允許坡降為0.46，計算滲透坡降小于允許坡降，下游壩基滲流穩定，不會發生滲透破壞。

2.2.2壩體滲流穩定分析對壩體在正常水位時的滲透坡降進行計算：J=H0/L0式中，L0為有效滲徑（14.2m）；H0為水頭差（4.5m）；J為滲透坡降。計算得：J=0.32，小于允許滲透坡降0.46，壩體滲流是穩定的。壩體填筑不均勻，滲透系數較大，致使下游滲流量大，且分布不均勻，同時浸潤線位置偏高，相應地溢出點較高，下游局部壩坡成濕潤狀，滲流溢出后成明流，對下游壩坡有沖刷作用，導致下游壩坡沖淤現象出現。

2.3大壩排水形式的選擇

壩體設置排水設施是為了降低壩體浸潤線，減少壩體孔隙水壓力，提高壩坡穩定性；控制滲流，防止滲透破壞，保護壩坡土，防止凍脹破壞，排水體應有足夠排水能力，以保證能自由向下游排除全部滲水，并按反濾原則設計，保證滲透穩定。大壩壩體排水形式一般有棱體排水、貼坡排水、水平褥墊排水以及其他壩內綜合性排水。壩體排水形式的確定取決于壩型、壩體形狀、壩基材料、壩基工程地質及水文條件、下游水位、施工情況基壩址區氣象條件等，通過技術經濟比較選定。通過壩體滲流計算，發現浸潤線位置較高，溢出點位置較高，適合的排水形式有貼坡排水、水平褥墊排水以及兩者綜合排水形式。棱體排水適用于壩腳處有水的情況；貼坡排水適用于壩體浸潤線較高的情況，主要保護浸潤線以下壩體土料不被滲水帶出坡面流失，防止浸潤線以下壩體在靠近壩面處凍結，影響排水；水平褥墊排水主要是降低浸潤線，使壩基滲水流暢排除，防止過度降低壩基土料摩擦角及黏聚力。經綜合考慮，大壩加固后，排水采用綜合排水形式。

3設計變更及施工中緊急處理

經專家建議，取消水平褥墊排水，保留貼坡排水，通過審批。原壩體下游邊坡經鑒定計算不穩定，需培厚放緩壩坡，在施工過程中，加固壩坡清基不徹底，尤其原河道部位淤泥尚未清除，后壩坡填筑至2743.0m時，由于連降大雨數日，壩基排水不暢，淤泥充分飽和導致黏聚力和摩擦角下降而遭到剪切破壞，致使原河道部位（0+050～0+101）的新填筑壩體沿新老壩體處下沉滑裂。現場進行調查研究，發現下游坡腳處淤泥狀壤土拱起，遭到剪切破壞，淤泥狀壤土承載力低，不適合做壩基，決定挖出遭破壞的已填筑壩體，挖出承載力低的壩基淤泥狀壤土，拋填塊石，并經碾壓后再填筑新壩體。經處理后，目前新舊壩體處未發現裂縫，新壩體未發現下沉等現象，說明處理方法適當。通過洋溪河水庫大壩壩體排水形式的選擇以及在施工中驗證，在黃土地區溝道縱坡較陡的大壩下游壩坡加固過程中，合理選擇排水形式，稍有不慎，可能引起滑坡。

作者：楊麗萍