李秋光，罗艳丽

（河南省白沙水库运行中心，河南 许昌 461000）

1 基本情况

1.1 水库概况

白沙水库位于淮河流域颍河上游，坝址位于河南省禹州市与登封市交界的白沙镇以北300 m，下游距禹州市中心30 km。是一座以防洪为主，兼顾灌溉、工业供水、旅游等综合利用的大（2）型水利枢纽工程。水库控制流域面积占颖河流域面积的13.60%，水库兴利水位225 m，相应库容1.15亿m3；设计洪水标准为100年一遇，设计洪水位为231.85 m，相应库容2.11亿m3；校核洪水标准为2 000年一遇，校核洪水位为235.56 m，总库容2.78亿m3。水库枢纽工程由主坝、东副坝、西副坝、堵坝、溢洪道、副溢洪道、输水洞和灌溉洞等水工建筑物组成。

1.2 主坝基本概况

主坝兴建于1951年3月至1953年8月，坝顶高程231.72 m，坝顶宽10 m。坝体为含砾重粉质壤土均质坝，夹有中粉质壤土，底部有少量砾质轻壤土。1956年水库进行加固扩建，扩建后坝顶高程235.80 m，防浪墙顶高程237 m，坝顶宽6.60 m。2003年水库进行除险加固，对大坝进行加高，上游块石坝坡由坝顶翻修至218 m 高程；主坝坝型为均质土坝，历经几次加固。坝长1 316 m，坝顶宽6.50 m，最大坝高48.38 m，坝顶高程236.30 m，防浪墙顶高程237.50 m。大坝上游采用0.35 m 厚干砌块石护坡，下设0.35 m厚继配碎石垫层，自上而下坡比为1∶2.08、1∶3、1∶3.50、1∶4，在高程222、205.92 m处设马道。大坝下游采用卵石护坡，自上而下坡比为1∶2、1∶2.50、1∶2.50，在高程225.10 m、215.10 m 处设马道。白沙水库原大坝下游坝脚设有堆石排水体，在1956年大坝加高加固时，在大坝下游填筑了约6 m厚的卵石，卵石与坝体土料之间设有反滤料，堆石排水体及卵石形成了坝体的排水系统。但根据现场检查，大坝下游坡脚与排水沟之间有宽度约12 m台地，在该处种植有树木，而且树木种植于壤土上，不利于坝体排水，易抬高大坝浸润线出逸点高程，对下游坝坡稳定造成影响。

2 大坝坡脚隐患成因分析

2.1 大坝下游坡脚种植树木，坝体排水问题

白沙水库主坝为均质土坝，迎水坡为干砌块石护坡，背水坡为干砌卵石护坡。经现场检查，水库主坝桩号0+125～1+123之间背水坡坝脚与防渗排水沟之间有宽度12 m 左右的台地，未护砌。在该范围内种植有柏树、杨树等树木1 500余棵和观赏花木黄杨、百日红100 多株，丛间杂草丛生。由于坝坡坡脚种植树木，而且树木种植于沙壤土上，不利于坝体排水，宜对下游坝坡稳定造成影响。

2.2 白蚁问题

坡脚植物为白蚁提供了生存空间和大量食物，且对白蚁的普查和防治造成很大阻碍。根据现场调查，部分树木已被白蚁侵蚀。白蚁就像埋在堤坝内的“炸弹”，对水库安全构成重大威胁。

2.3 安全巡检问题

由于下游坡脚树木的存在，工程背水坡坡脚位置不清晰，不利于工程日常巡查和管理，如出现管涌、渗漏等险情，不能及时发现，可能对大坝安全造成影响。

3 大坝坡脚隐患处理措施

安全隐患处理措施主要是大坝下游坝脚12 m范围内的树木清除及清除后坝体换填粗砂及碎石等反滤料、迁移观赏花木、干砌石护砌、排水沟修复等。换填采用渗透系数较大的粗砂垫层和碎石级配等反滤材料，与坝脚堆石排水体和卵石构成完整的排水系统，坝体排水可顺畅进入坝脚排水沟，渗流是安全的；经过坝坡稳定计算，大坝坝脚坝体土料换填后坝坡稳定系数满足规范要求，方案是可行的。

3.1 下游坡脚坝体开挖换填处理

为消除大坝下游沙壤土对大坝渗流的不利影响及彻底消除白蚁的生存环境，对现状下游坡脚与排水沟之间约12 m 的平台进行开挖，清除现状树木及观赏花木，根据现场开挖沟槽，清除树根深度为2 m，由此确定开挖深度为2 m，施工时应彻底清除树根、杂草、花木根茎等。清除后，对坡面找平，用粗砂和碎石级配对开挖体进行换填处理，碎石粒径为5～20 mm，表面采用0.30 m厚干砌石护砌。

换填处理时将大坝下游坝脚用于植树的壤土挖除，换填渗透系数较大的粗砂垫层和碎石级配等反滤材料，与下游坝脚堆石排水体及卵石构成完整排水系统，坝体排水可顺畅进入坝脚排水沟，顶部采用0.30 m厚干砌石护砌。采用粗砂及碎石级配换填处理后，排水顺畅，不会对大坝渗流造成影响，渗流是安全的。

3.2 挖除树木处理

对处理段现状树木，如已被白蚁侵蚀，选择适当位置焚毁处理；如未被白蚁侵蚀，砍伐后移至防汛仓库作为防汛木料。对观赏花木，移植至坡脚排水沟下游花圃中。

3.3 坝脚排水沟修复和光纤修复

施工过程中应注意对下游坝坡和排水沟采取保护措施，如有扰动、损坏应进行修复。下游坡脚坝体开挖换填时，对现状用于监测设施的光纤有影响，待施工完成后，应对光纤进行修复，确保监测设施正常工作。处理断面见图1。

图1 白沙水库主坝坝脚处理措施典型断面图

3.4 大坝抗滑稳定复核

选取筑坝0+480为典型断面进行大坝下游坡稳定复核，计算方法采用瑞典圆弧简化有效应力法，选取正常蓄水位、设计洪水位、校核洪水位、上游1/3坝高水位四种工况。大坝稳定计算土体物理力学参数采用2003年除险加固时坝料物理力学参数。白沙水库工程等别为Ⅱ等，主要建筑物级别为2 级，根据《碾压式土石坝设计规范》，正常运用工况允许安全系数为1.35，非常运用工况I允许安全系数为1.25，计算结果见表1。

表1 大坝下游坝坡稳定计算成果表

由表可知，大坝在各工况下的坝坡抗滑稳定最小安全系数均满足规范的要求，处理后大坝坝坡是稳定的。

3.5 大坝渗流稳定复核

渗流分析计算采用最大断面作为计算断面，结合地勘资料及大坝渗漏实际情况，采用北京理正软件设计研究所《渗流分析软件》进行计算。

3.5.1 计算工况及参数

根据《碾压式土石坝设计规范》，渗流计算工况分为工况一和工况二。工况一的水位组合是上游水位为设计洪水位，下游无水；工况二的水位组合是上游水位为校核洪水位，下游无水。

大坝渗透性分区计算取坝体土渗透系数为6.19×10-4m/d。

3.5.2 计算结果及分析

容许水力坡降［J］计算

依据《碾压式土石坝设计规范》，容许水力坡降［J］计算如式（1）。

式中：Jck—坝体土的临界水力坡降，依据地勘资料Jck=0.94；K—安全系数，取2.00。

经计算，容许水力坡降［J］=0.47。计算结果见表2。

表2 渗流计算成果表

通过对大坝渗流计算，各工况下游坝坡、坝基出逸点比降均小于容许水力坡降，不会发生渗透变形，渗透稳定满足规范要求。

4 结语

通过安全隐患治理工程后，水库大坝工程的安全隐患得到了进一步的消除，确保了水库大坝的安全，同时保证了水库下游防洪保安任务、人民群众的生命财产、公路、铁路的安全，保证了白沙水库下游灌区粮食的增产增收，进一步改善人民群众的生活条件，社会效益、经济效益和生态效益显著。