廖　柯　王莉艳

摘要 本文通过调查、分析，找出原因并提出了问题的处理方案，对提出的工程措施做试验进行验证，最终推荐了经济合理、技术可行的处理方案，该结论成果可为今后同类工程提供借鉴经验。

关键词 除险加固 坝顶超高 削浪墙

一、工程概况

乌拉泊水库是乌鲁木齐河中游的一座中型水库，控制流域面积2596km2。第一期工程于1961年建成，总库容4000万m3。因水库位于市区上游南郊17km，海拔高程比市区高出约223m，故又被称为新疆首府“乌市头上的一盆水”。

该库经1978年至1987年二期扩建除险加固工程后，总库容扩大到7000万m3，水库正常高水位1082.4m，防洪警戒水位1083.03m，设计洪水位1086.10m，校核洪水位1087.23 m，保坝洪水位1088.00 m，相应库容7000万m3。

二、问题的提出

经过除险加固工程后，乌拉泊水库防洪，调蓄功能得到了较好发挥，水库设计水位也相应得到恢复和提高。根据调查和水库运行观测资料记载，1993年10月29日，当水库库容4041万m3，相应蓄水位1083.1m，正对主坝方向的风浪翻越坝顶、卷向坝后，将坝后干砌石护坡填料掏出，使护坡80多处遭到不同程度的破坏，其中，最大破坏面积达几十平方米，对主坝安全造成严重威胁。2000年10月24日，当库容达5048万m3，相应蓄水位达1085.2m时，再次发生风浪翻越坝顶现象。2000年，在大坝安全鉴定中，乌拉泊水库被定为三类坝，其病险情之一就是坝顶超高不足。

2001年，在对乌拉泊水库进行除险加固工程设计中，经坝顶超高复核计算，主、副坝的坝顶欠高值分别为0.90m和0.86m，须采取工程措施加以解决。若采取坝体加高方案，则需先拆除坝顶设施及外坝坡干砌石护坡，然后再将坝体由坝后培厚加高，为此，不但勘测设计技术工作较复杂，而且工程量大、投资高；若进行上游马道1086m高程以上坡面加糙或增设削力墩，则严重破损原混凝土护面，且不美观。在本水库不需要再增加库容、且坝顶欠高值不大的情况下，通过对坝体加高1m、上游坝坡马道以上坡面加糙、增设削浪墩及马道增设削浪墙几种设计方案在技术、经济、施工、运行管理以及外观形式等多方面进行综合比选，最终拟选上游马道前沿增设1m 高削浪墙方案作为对坝顶防浪超高不足的工程措施。

根据乌拉泊水库上述具体情况，在对坝顶防浪高度不足（欠高1米）的设计处理中，采用在比坝顶1088m高程低2m的内坝坡、2m宽马道（1086m高程）前沿增建1m高的钢筋混凝土削浪墙，究竟能否取得在坝顶增建1m高削浪墙的削减浪高之同样效果呢？由于目前尚无参考资料和工程先例，又未进行在坝坡与坝顶分别增设1m高削浪墙的比较模型试验，故在本工程实施前有必要对此设计方案进行初步的探讨和分析论证。

在按规范进行风浪爬高计算中，坝顶增设1m高防浪墙削除1m高浪的数学模型是可靠的，故本次分析论证不涉及有关风浪爬高理论计算公式，以及在水库调度运行中高水位的升降和风速大小与风浪爬高值之间的变化关系。仅根据波浪作用机理，结合工程运用实际情况，从坝顶与坝坡不同位置设墙的作用效果进行两种情况的相对比较分析论证。

三、计算与分析

（一）坝顶超高计算结果

在2001年乌拉泊水库除险加固工程初步设计中，根据乌鲁木齐水文水资源局在乌拉泊水库设立的水文站提供的库区上空10m高度主风向下多年平均最大风速14.1m3/s，该风速加乘2.0作为设计风速值所进行的风浪爬高计算结果，水库主、副坝在不同水位下的坝顶超高值见表1。

(二)分析与论证

1、水库非常运用情况下的坝顶超高与削浪墙位置特点

乌拉泊水库利用上游马道1086.0m高程增建削浪墙，较坝顶高程1088.0m仅降低2m，高差不算太大，且马道1086m高程本身已经满足水库主、副坝在正常高水位加非常运用情况下所需要坝顶超高值要求；在1087.23 m校核洪水位加Ⅷ度地震情况下，现有坝顶防浪墙高度（防浪墙顶高程1089.50m）也已经满足坝顶超高要求（见表1）。

2、水库正常运用情况观测及坝顶欠高因素分析

根据乌拉泊水库运行观测资料记载，水库经前几期除险加固工程之后，截止目前发生的1993年和2000年两次风浪翻越坝顶现象，水库库容分别为4041万m3和5048万m3，相应库蓄水位分别达1083.1m和1085.2m，较上游马道高程1086m及设计洪水位1086.1m分别低约3m和1m左右，发生时间约在10月底。从时空分布上看，实际发生的两次风浪翻越坝顶现象均属于本库目前正常运行情况条件下较高水位与设计风速值在时间和空间上的组合。

对水库在设计洪水位加正常运行情况下（多年平均最大风速14.1 m3/ s加乘2.0得出的设计风速值）求得的欠高值，采用上游马道增建1m高削浪墙以替代坝顶增建等高防浪墙时，高出1086.1m设计洪水位1.0m的削浪墙，可直接阻挡墙前波浪，即使墙体忽隐忽现在时起时伏的波浪中，对波浪也同样会起到阻挡、减能作用。

由此可见，对乌拉泊水库利用上游马道1086m高程增建1m高削浪墙，不但经济、美观、易实施和管理，而且对该库在现有坝体工程设施基础上能有效的削减1m风浪爬高值在技术上具有一定的可靠性。

3、削浪墙结构型式设计

沿主坝段上游马道1086.0m高程原混凝土防渗墙前和副坝段相应高程增设的钢筋混凝土削浪墙高1.0m、墙厚25cm，每5m间距设一钢筋混凝土柱（宽×厚为30cm×35cm），该柱与墙整体浇筑，L型钢筋混凝土基础深1.0m。为增强削浪墙抗倾覆稳定性，在柱后设直径Φ100mm的钢管扶壁，钢管两端分别与柱和基础内的预埋钢筋焊锚。每段墙自墙顶往下30cm布设矩形孔：分别为80cm×20cm（长×高）矩形减压孔3个，墙底部正对减压孔开相同尺寸的矩形排水孔3个。

4、削浪墙对风浪削减作用的机理分析

当库蓄水位接近设计洪水位的高水位情况遇到设计风速下的较大风浪时，在上游坝坡马道上处于较低不利位置的削浪墙是怎样削减风浪爬高的？笔者愿借此工程设计机会对其作用机理试进行分析论证并与同仁们一起进行初步探讨。

同样是防浪，但与坝顶防浪墙相比，此上游坝坡马道削浪墙最不利之处也许就是其位置上的低置，因此，相对而言，在削除风浪爬高过程中，坝顶防浪墙是阻挡波浪的上部或削减浪尖部分的能量。而相当于起着阻水坎作用的坝坡削浪墙却主要是阻挡波浪中、下部或削减浪基和风浪中部的能量。即使削浪墙被较高水位时的连续波浪所埋没，它也能作为阻水坎在波浪基部起到削减浪基能量之作用。

在高水位遇设计风速情况下，当波浪涌向前坝坡直立削浪墙形成击浪时，首先，在波浪作用力和墙对波浪的反作用力及其形成的回水波共同作用下，一部分水体被抛向空中，然后当下一次波浪冲击前的间隔时间里，这部分水体因自身重力和水粘滞力的拖拽作用而下落退回。与此同时。在波浪作用力与墙阻力产生的回水波反作用力、水体重力和水浮力共同作用结果下，在墙前，因水连续不停地起落而不断的形成高度不等的水浪、水柱，下落水体使墙前水面形成的回水波与风力作用形成的波浪这两个不同方向的波峰与波谷相互作用，叠加结果，在墙前水面一定范围形成的回水波紊流，使大部分波浪能量在削浪墙前削耗，从而使削浪墙有效地起到了碎浪和削能作用。另外，因钢筋混凝土削浪墙允许越浪，另一部分水先越过相当于阻水坎的削浪墙顶，然后，沿着墙背面经马道通过这一延长了的流径涌向坝坡时，因受到1086m高程以上前坝坡的阻挡，又在墙后的坝坡前再次出现类似于削浪墙前发生的水波状态和削能现象。通过这两部分削能后，不但不会发生坝顶防浪墙似的风浪翻越坝顶破坏坝后护坡现象，而且能将整个波浪消能从位置上自原坝顶防浪墙沿水面前推7m左右，从而有效的避免了溅起的浪花落往坝顶和坝后坡，造成冲刷坝顶和掏刷后坝坡及冬季坝顶观测房遭到冰封。相对于坝顶防浪墙作用而言，因充分利用了削浪墙允许越浪的墙背效果，相当于将原坝顶防浪墙增高了约2m，从而在通过碎浪、削能方式实现加强工程的防浪作用中，取得了事半功倍之效果。

四、结语

削浪墙的增设，使乌拉泊水库坝顶超高满足了设计要求。随着水库加固工程实施后险情的排除，设计库蓄水位可以得到进一步恢复，水库防洪、调蓄功能得到相应提高，从而使水库的作用得到进一步充分发挥。

在全国已建水库工程中，随着大坝坝龄的增大、水库险情的出现以及水库运行情况的变化及其它条件的改变等等，需要扩、续建除险加固大坝工程将会逐渐增多。本文结合具体工程实际情况，对土石坝在坝坡一定高程增设削浪墙问题进行了初步分析论证和探讨，并建议在可能情况下，进行相同条件下的坝顶与坝坡设墙对比模型试验，取得基本理论数据，并且增建削浪墙工程实施后，加强在设计条件下的运行观测，以便能为今后在土石坝除险加固工程的类似工程问题的处理起到一定的参考与借鉴作用。