浅析芦毛沟水库大坝除险加固设计

(1.新余市大江工程规划设计院，江西 新余 338000； 2.新余市水务局，江西 新余 338000)

芦毛沟水库位于新余市渝水区下村镇步桥村境内。坝址以上控制流域面积1.99km2，水库正常蓄水位75.80m，设计洪水位76.33m，校核洪水位76.59m，总库容216万m3。

主坝于1958年建成，坝高9m，蓄水量60万m3，是一座小(2)型水库。1979年全面加高、加固，达小(1)型水库规模。经过对芦毛沟水库长期监测，发现存在以下两方面问题：ⓐ主坝上游坝面预制混凝土块护坡局部有坍塌破损，坝脚棱体排水已淤塞，块石缝隙长满杂草灌木；ⓑ副坝上下游均为护坡，上游坝坡较陡，下游未设排水沟，副坝右侧存在缺口，最低高程为75.93m，不满足水库正常蓄水要求。

本文通过对芦毛沟水库地质条件分析，探讨其除险加固措施，以期为同类工程提供借鉴。

1 地质条件分析

1.1 坝肩

坝肩持力层为强风化砂岩，其承载力及抗剪指标均大于坝体土体对应指标，不存在坝肩抗滑稳定问题。坝肩局部覆盖层缺失，出露强风化砂岩，属中等透水性。左、右坝肩存在绕坝渗漏隐患。

1.2 坝基

坝基持力层为冲、洪积粉质黏土，其承载力和抗剪指标均大于坝体对应指标。坝基承受较大荷载，经过多年压实固结，土体变形程度能满足坝体荷载要求，不存在坝基抗滑稳定问题，坝基无变形。

坝基覆盖层为冲、洪积粉质黏土，钻孔揭露厚度2.3～4.9m，土渗透系数为4.0×10-5cm/s，属弱透水层。下伏基岩为强风化砂岩，属中等透水层。

坝基覆盖层隔水性良好，实际运行中未发现坝基渗漏问题。

1.3 基岩

基岩为二叠系中统龙潭组(P2l)砂岩。强风化砂岩，风化裂隙发育，岩石破碎，岩质较软，质量等级为Ⅴ级。中风化砂岩，节理裂隙发育，岩石较破碎，岩质坚硬，根据测试结果，其单轴饱和抗压强度为25MPa，属较软岩，岩石质量等级为Ⅳ级。

1.4 填土层

填筑土中黏粒、粉粒含量为40%～60%，砂含量为20%～30%，2mm以上砾石、碎石含量为20%～30%，坝体填料质量差。筑坝时碾压较为均匀，填筑土干密度为1.52g/cm3，孔隙比为0.850，压缩系数为0.48MPa-1，为中等压缩性土。

根据野外注水试验结果，主坝填筑土渗透系数8.47×10-5～3.13×10-4cm/s，平均值为1.55×10-4cm/s。取原状土样11组进行室内试验，渗透系数为8.89×10-5cm/s，综合室内外测试结果，坝体渗透系数取1.3×10-4cm/s，填筑土为中等透水性。

2 除险加固设计

2.1 坝顶改造

根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252—2017)，坝顶超高按下式计算：

Y=R+A

式中Y——坝顶超高，m；

R——最大波浪的坝坡爬高，m；

A——安全加高，m。

由于主坝单坡的坡度系数为2.5，波浪爬高计算公式为

式中Rm——平均波浪爬高，m；

m——单坡坡度系数；

KΔ——斜坡糙率渗透性系数；

由以上公式计算出主坝、副坝的坝顶超高，主坝、副坝的坝顶设计高程为库水位加上坝顶超高即可。主坝、副坝设计坝顶高程分别为77.38m和77.86m，而目前芦毛沟水库主、副坝的现有坝顶高程均为78.50m，由此可知其满足规范要求。

主坝坝顶宽4.10m，除险加固中维持坝顶宽度不变，将路面破损处维修。副坝坝顶宽3m，除险加固设计中，在上游填筑黏土培厚，放缓坝坡。

2.2 防渗加固

a.加固设计。主坝填筑土综合渗透系数为1.3×10-4cm/s，中等透水性，不满足规范要求。实际运行中坝坡无渗漏现象，坝体存在渗漏隐患。坝基覆渗透系数为4.0×10-5cm/s，弱透水性，运行中坝脚局部散浸、坝基存在接触渗漏隐患。坝肩局部覆盖层出露强风化砂岩，属中等透水性，运行中未见渗漏现象，但存在绕坝渗漏隐患。

根据实际情况，此次加固设计拟不对主坝坝体、坝肩进行防渗处理，只翻修坝脚排水体，进行坝脚保护。

b.渗流安全复核。由于水库无渗流观测资料，渗流安全复核以理论计算为依据，结合现场安全检查结果，进行渗流安全分析评价。根据坝基地质情况，渗流计算断面选取均靠近坝轴线中部，此断面为最大坝高处，透水层最深，可反映整个大坝的实际渗流情况。

计算工况：上游正常蓄水位75.80m、下游相应水位65.40m；上游设计洪水位76.33m、下游相应水位65.40m；上游校核洪水位76.59m、下游相应水位65.40m。经计算，主坝断面渗透分区及渗透系数见表1。

表1 主坝渗透分区及渗透系数

主坝加固后各种工况下出逸点坡降值、计算渗流量值见表2。

表2 加固后稳定渗流期计算坡降值及渗流量

由表2可以看出，主坝浸润线在贴坡排水体内出逸，出逸点坡降均小于允许坡降0.30，主坝能够安全运行。

2.3 坝坡加固

a.上游护坡。现状为混凝土预制块护坡，局部出现破损坍塌,该次除险加固对主坝上游坝坡破损处进行维修处理。副坝上游坝坡未设护坡，加固设计对副坝上游坝坡进行草皮护坡。

b.下游坝坡。将大坝下游坡的杂物清除后，平整坝坡，重新满铺草皮护坡，采用顺坡平铺法，草种选用结篓草，草皮移植在春季进行，接植过程注意保持水分。

c.排水体设计。该次加固设计对现有棱体排水拆除重建，拟采用贴坡式。设计排水体顶高程67.90m，高3.50m，顶宽1.89m，外坡1∶2.5。反滤层颗粒大小关系应满足层间系数ξ=D50/d50≤8～10；各层不均匀系数η=D60/d10≤10。设计反滤层材料分三层：砂卵石混合料层0.15m，砂粒径0.5～2mm，卵石粒径5～20mm；碎石层0.15m，碎石粒径60～120mm；块石层0.4m，块径250～400mm。副坝坝体较矮，可暂不对坝脚设置排水体。

2.4 稳定计算

坝坡稳定计算分加固前复核和加固后计算，包括上游坝坡、下游坝坡两部分。因副坝最大坝高仅4.5m，此次除险加固对副坝不进行稳定复核，主坝具体计算内容如下：

a.正常运行条件。正常蓄水位75.80m时的下游坝坡、设计洪水位76.33m时的下游坝坡、校核洪水位76.59m时的下游坝坡。

b.非常运行条件。正常蓄水位75.80m降至死水位68.40m时的上游坝坡；库水位由校核洪水位76.59m降至正常蓄水位75.80m时的上游坝坡。

经计算，主坝加固后5种工况下，上游、下游坝坡的最小安全系数见表3。

表3 主坝加固后坝坡稳定计算结果

经计算，主坝加固后上游、下游坝坡稳定安全系数均大于规范允许值，满足规范要求。

3 结 语

芦毛沟水库位于新余市渝水区下村镇步桥村境内，坝址以上控制流域面积1.99km2，水库正常蓄水位75.80m，总库容216万m3。水库虽然经过多次除险加固，但主坝依然存在安全隐患，急需进行处理。

通过对芦毛沟水库地质条件分析，发现其坝肩存在绕坝渗漏隐患，而坝基承载力和抗剪能力满足除险加固要求。依据水库安全运行隐患，结合坝体地质条件，本文进行坝顶安全高程复核，选定主坝坝顶路面维修、副坝坝顶填筑黏土加高培厚等措施；对填筑土体渗透安全性进行分析，确认翻修坝脚排水体进行坝脚保护等措施；研究上下游护坡破损坍塌状况，推选草皮护坡的具体改造参数。

通过计算水库除险加固后不同水位、工况下的最小安全系数可知，主坝加固后上下游坝坡稳定安全系数均大于规范允许值，满足规范要求，工程除险加固效益显著。

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