靳 伟

(自贡市水利电力建筑勘测设计院,四川 自贡 643000)

1 工程概况

观音坝水库位于自贡市沿滩区永安镇境内,坝址座落在沱江水系釜溪河一级支流望子河上游。该水库为年调节水库,集雨面积12.08k m2,水库总库容618.7万m3,调节库容379.2万 m3,死库容22.5万m3,坝轴线长116 m。水库是以灌溉为主,兼顾防洪、乡镇供水等综合利用的小(1)型水库,水库枢纽位置特别重要,大坝下游50m处为内宜高速公路,一旦失事将直接威胁下游刘山乡 0.6万人的生命财产安全和840h m2农田以及高速公路。

2 观音坝水库枢纽工程存在的主要问题

①水库防洪标准低:上游坝面只在正常蓄水位以上采用混凝土预制块护坡,护坡不完善,且局部预制块滑塌,下游坝面无护坡。②坝体内存在渗水通道,坝基和两坝肩均存在渗漏;下游坝脚未设置排水棱体,导致浸润线从下游坝坡出逸;下游沿鱼池边界坝坡脚有局部明显的沉陷和坍塌现象。③溢洪道消力池底板严重水毁;尾端尾水渠两侧未衬砌,且淤积严重,叠板闸门和2个D N400控制闸阀均严重锈蚀,2个闸阀均已无法开启;下涵洞虽已封堵废弃,但仍有较大渗漏,约6 L/s。④水库无任何观测设施和设备,管理用房基本丧失使用功能;水库约1.2 k m的防洪专用公路路况极差。

3 除险加固设计

3.1 水库防洪能力整治

观音坝水库属无资料地区,设计洪水由暴雨推求,采用《四川省中小流域暴雨洪水计算手册》推荐的推理公式法进行分析计算。经计算,观音坝水库30 a一遇的设计洪水为75.53 m3/s,300 a一遇的校核洪水为131.34m3/s。

调洪计算和坝顶高程复核,30 a一遇设计洪水,经调洪下泄流量23.13 m3/s,相应设计洪水位为361.66 m,要求坝顶高程为363.37m;300 a一遇校核洪水,经调洪下泄流量为39.96 m3/s,相应校核洪水位为362.22 m,要求坝顶高程为363.20 m;考虑地震壅高情况下,要求坝高为361.89m。

根据水文复核成果,观音坝水库在正常运行情况下要求坝顶高程为363.23 m,在非常运行情况下要求坝顶高程为363.12 m,而现有坝顶高程为362.90 m,对此,可考虑的整治方案包括:①适当加高大坝,增加调蓄能力;②加大泄洪设施,增加泄量。

本次除险加固工作从简单、节俭、实用等方面考虑防洪能力不足的整治问题。由于加高大坝方案中,坝高仅增加0.33 m就能满足防洪要求,但还需在上部增设防护栏杆,故采取增设1.0 m的防浪墙,且施工工序简单,投资小;而加宽加深溢洪道、加坝高和扩大泄量相结合两种方案中必须对溢洪道进行拓宽或加深等措施,需对现有溢洪道进行全面整改,且开挖量较大,工序复杂,投资大。经比较分析,本次采取增设防浪墙作为整治方案。

3.2 坝体渗流复核及处理措施

3.2.1 整治前渗流计算

根据地质勘察及其建议值,坝体渗透系数 K=5×10-5m3/s,允许渗透坡降 J=0.6。坝体整治前的渗流计算如表 1。

表1 大坝稳定渗流期计算坡降值及渗流量(整治前)

由表 1可知,大坝整治前在工况 4、5情况下的最大渗流比降均大于允许比降 J=0.6,有具备形成渗透破坏的条件,需要进行整治。

3.2.2 增设排水棱体和下游坝脚整治

根据大坝渗流的复核结论,浸润线偏高,且工况 4(校核洪水位362.22m形成渗流的情况)和工况 5(校核洪水位362.22 m降至溢洪道底板360.40 m高程情况)的渗透坡降均大于允许渗透坡降,故本次整治在大坝下游坝坡脚增设排水棱体。排水棱体外坡为 1∶1.5,内坡为1∶1,底宽14.7 m,顶宽1.5 m,顶部高程353.70m,采用块石堆砌并铺设反滤层,反滤层主要由 0.2厚碎石层和 0.2粗砂层组成。

下游坝脚坍塌部位整治:由于增设排水棱体的同时已经完善了下游坡脚,故不存在坍塌部位的整治,但需回填其坝脚鱼池。

3.2.3 整治后渗流复核计算

大坝整治后在其上述工况下的最大渗流比降均小于允许比降J=0.6,渗流计算成果见表2。

3.3 坝体稳定复核及处理措施

根据观音坝水库大坝的结构布置情况,坝坡整体抗滑稳定计算断面选择大坝坝体最大坝高断面,并与渗流分析采用断面相同。

大坝为四级建筑物,根据《碾压式土石坝设计规范》(S L 274-2001)要求,采用计及条块间作用力的简化毕肖甫法时,相应坝坡抗滑稳定最小允许安全系数以及整治前后计算成果如表 4。

表2 大坝稳定渗流期计算坡降值及渗流量(整治后)

表3 筑坝材料物理力学指标

表4 规范允许的坝坡抗滑稳定最小安全系数表

表5 坝坡稳定计算成果表(整治前)

表6 坝坡稳定计算成果表(整治后)

从表 6可以看出,整治前后大坝上游坡和下游坡所有工况的抗滑稳定最小安全系数均满足规范要求,不存在抗滑稳定安全问题。

稳定复核计算,大坝上、下游坝坡各工况下的抗滑稳定最小安全系数均满足规范要求,故大坝坝坡是稳定的;但从现场检查情况来看,上游坝面仅在正常蓄水位以上采用混凝土预制块护坡,且风浪淘刷严重,现局部护坡面混凝土预制块出现滑塌;下游坝坡表层由为紫红色、黄褐色黏土组成,杂草从生,易受雨水冲刷及鼠、蚁等的破坏,坡脚局部地段有小规模坍塌,未做护坡处理。

针对上述情况,本次整治对上游迎水面完善护坡,范围从死水位以上1.5 m护至坝顶部,采用干砌条石衬砌,下铺0.2 m厚碎石垫层;下游坝坡首先进行坝面清理规整,清除表面的杂草、乱石、松土等,然后沿坝体纵、横向浇筑0.2 m×0.5m×4m(宽×高×长)的混凝土框格梁,待混凝土框格浇筑完成并进行回填(压实度同原坝体)夯实后,在框格内采用植草护坡,可先铺一层 0.2～0.3 m厚的腐植土再撒上草籽。根据规范要求,为避免雨水漫流冲刷坝坡,除砌石或堆石坝坡外应设坝面排水系统,因此沿坝坡与岸坡的连接线、马道内测以及后坝脚均设置纵横排水沟,排水沟结构尺寸0.4 m×0.3m,采用M7.5浆砌石砌筑,过水断面采用 1∶2水泥砂浆抹面;为方便对下游坝坡日常巡查的需要,沿坝坡面增设人行梯步,采用浆砌条石从坝顶铺设至高程353.70 m,路面宽1.5 m。

3.4 溢洪道整治措施

溢洪道主要存在的问题是:溢洪道消力池底板严重水毁;尾端尾水渠两侧未衬砌,且淤积严重,水流直接冲刷下游两侧及农田。溢洪道泄槽水力计算成果如表 7。

表7 溢洪道泄槽水力计算成果表

从表 7中结果可以看出,需对二级陡槽段(溢 0+ 042.350～0+065.950)部分两侧边墙采用 M7.5水泥砂浆MU 20条石加高0.3 m以满足要求。

3.5 放水建筑物

3.5.1 放水设施存在的主要问题

根据《自贡市沿滩区观音坝水库大坝安全评价报告》鉴定结论,放水设施主要存在以下问题:上涵洞出口附近坝坡面存在散浸,其拱顶段(桩号:上涵 0+030.00～上涵 0+ 040.00)存在一定渗漏,该渗漏是坝体渗漏水;下涵洞虽已封堵废弃,但仍有较大渗漏,约6 L/s。

3.5.2 放水设施整治设计

本次整治工程中,拟定下列方案进行整治:①上涵洞出口附近坝坡的散浸和拱顶段(桩号:上涵 0+030.00～上涵0 +040.00)的渗漏,待坝体灌浆后可得以解决。②对下涵洞渗漏采取从上游坝面间隔2 m梅花形布孔,对原封堵段(桩号:下涵0+000.00～下涵 0+015.00)拟用水泥浆进行灌注封闭,灌浆孔深入涵洞底部不少于0.5 m。

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