大坝排水在下游边坡稳定的影响范文

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摘要：影响水库大坝除了自身的筑坝材料、结构等因素外，坝体水土流失及淤积对后坝坡边坡稳定的影响也逐渐凸现出来。本文以羊溪河水库为例，通过坝后淤泥排水方式选择，分析对坝坡的影响。

关键词：大坝；排水；下游边坡；稳定；影响

1工程概况

1.1工程总体布置

临潭县羊溪河水库位于南门河支流羊溪河中游，坝址控制流域面积5.76km2。羊溪河水库是一座以防洪为主，兼顾灌溉的Ⅴ等小（2）型水库，水库1975年建成投入运行，水库兴利库容8.7万m3，正常蓄水位2743m；洪水起调水位2743.00m。20年一遇设计洪峰流量36.7m3/s，设计洪水位2744.23m；200年一遇校核洪峰流量67.4m3/s，校核洪水位2745.08m，对应的总库容为22万m3。水库枢纽由大坝、输水洞、溢洪道等组成。该水库目前泄洪仅由溢洪道承担。

1.1.1大坝

大坝为粉质壤土均质坝，坝高10～11.3m，坝顶宽3.3～5.8m，坝顶长度135m，坝顶高程2744.0～2745.53m。大坝上下游坝面均未设马道。上游坝坡坡度为1∶2.15；下游主坝坡坡度1∶1.39，淤积部位坝坡为1∶4.77～1∶13.5。从现场安全检查的情况来看，坝顶路面为碎石路面，无照明设施及大坝观测及安全监测设施；上游坝坡无护坡，坝面杂草丛生，平整度较好；下游坝坡草皮护坡，平整度较差，表面无排水系统。从实测断面来看，上下游坝坡无戗道，下游坝坡未设排水棱体。

1.1.2输水洞

输水洞临近大坝右岸，由取水卧管及输水涵洞组成，输水卧管部分已封堵。取水涵洞进口底板高程2737.0m，出口2737.00m，长70.2m，为浆砌石加钢筋砼盖板矩形断面形式，涵洞高1.0m，宽为0.8m，取水卧管为5级，每级高差为5m，卧管部分取水口已封堵，已失去取水输水功能。

1.1.3溢洪道

溢洪道位于水库左岸，属开敞式溢洪道。控制段采用宽顶堰，平面布置为直线形，堰宽3.2m，控制段长4.0m，为浆砌石矩形结构，堰顶高程约为2743.00m，单宽校核泄洪流量8.1m3/s•m。控制段上部为交通桥，桥宽4.0m，桥高2.5m，为浆砌石拱形结构。控制段前为一喇叭口引水渠，底宽由6.0m渐变至3.2m，引水渠长7.2m。溢洪道泄槽长87.82m，为矩形断面，浆砌石结构。

1.1.4水库

未设水库运行管理房，水库上坝公路长2.6km，为土质路面，崎岖不平，遇雨天难以运行。水库无安全检测及雨情、水情测报系统。1.2工程加固情况根据羊溪河水库存在的问题，拟定的羊溪河水库枢纽建筑物除险加固的主要任务是完善大坝的防渗体系，加固大坝下游坝坡并设置排水棱体，坝顶进行平整修整；重建溢洪道进水口，拆除重建泄槽，并在末端设置消力池；拆除输水洞前取水卧管，新建输水洞前进水闸室，并配备闸门等金属结构，新建工作桥，加固洞身局部侧墙，在输水洞出口处设置消能防冲设施，对输水涵洞后土渠进行衬砌；完善工程运行、管理及监测设施；提高水库蓄水和防渗能力，确保水库大坝安全，并使工程加固后最大限度满足灌溉要求，充分发挥本工程的经济和社会效益。

1.2.1大坝

大坝为粉质壤土均质坝，坝长138m，上游坝坡坡度不等，平均坝坡1∶2，现状淤积面高程2740.00m，经复核，上游坝坡抗滑稳定，为保持上游土工膜的抗滑稳定，削坡至1∶2.5。加固对上游坝面不平整段部位，进行平整夯实处理，并清除上游坝坡杂草及浮土，削坝坡为1∶2.5，平整夯实后，铺设复合土工膜，然后在复合土工膜上铺设20cm砂砾石垫层，最上层铺设厚40cm干砌石护坡。复合土工膜铺设范围为右坝肩至溢洪道右导墙，下部至淤积面2740.0m处顶部至坝顶高程。经上下游坝坡稳定复核，在正常蓄水位遇Ⅶ度地震的非常运用条件下，下游坝坡不能满足抗滑稳定安全要求。因此，本次加固设计从坝下游侧培厚坝体，放缓坝坡，使其抗滑稳定安全系数满足规范要求。现状下游坝坡坡度自上而下为1∶39、1∶4.77、1∶7.29、1∶5.37，主要边坡以1∶1.39为主，加固后下游坝坡为1∶2.25。在下游坡脚处增设长为59m贴坡式排水体，贴坡式排水体顶高程为2740.00m。下游坝坡放缓时，先清除坝坡表面杂草及浮土，从下游侧培厚坝体。坝壳土料仍采用当地粉质壤土。为了提高坝坡填土的密实度和均匀度，使填土具有足够的抗剪强度和较小的压缩性、渗透性，避免不均匀变形引起坝体裂缝，土料设计采用工程类比法，即结合当地土质和施工条件，并参照已建工程经验，选择粉质壤土作为坝坡填料。填筑质量控制标准：压实度96%。原坝顶宽约3.3～5.8m，通常有行人及车辆通过，考虑交通要求，将坝顶从下游侧加宽至5.0m。现有坝顶两侧无任何拦挡设施，路面也未做任何处理。本次除险加固，在坝顶上游侧增设C20砼缘石，上游坝顶缘石埋深800mm、宽500mm，露出坝顶部分高300mm，兼做复合土工膜的锚固墙。坝顶平整以后设泥结碎石路面厚200mm，改建后的坝顶高程为2745.53m，包括缘石总宽5.0m。加固后坝顶长度138m。

1.2.2溢洪道

现状溢洪道存在的主要问题是溢洪道进水口、泄槽底板及侧墙浆砌石衬砌冻胀破坏严重，泄槽段上游段便道占用行洪断面，严重影响行洪安全。泄槽末端未设消能防冲设施，进水通桥已开裂。必须对溢洪道进行改建，增设消力池等消能防冲设施。针对以上出现的问题对溢洪道进行改建加固，改建后的溢洪道仍由进口宽顶堰、渐变段、泄槽段及消力池组成。进口控制段形式采用宽顶堰。溢流堰净宽6m，堰长6m，堰顶高程2742.50m，结合交通桥，采用C20钢筋砼箱涵结构。底板厚50cm，侧墙厚0.5m。渐变段长6m，底宽由6m渐变至4m，厚30cm，现浇C20钢筋砼结构。泄槽为矩形断面钢筋砼结构，宽4m，0+011～0+030.1段深2.0m，0+030.1～0+093段深1.5m，总长82m。底板厚0.3m，侧墙厚0.3m。泄槽在平面上中心线，基本保持与原泄槽一致。消力池泄槽末端未设消力池，现增设消力池，底宽6m，长12m，消力池后接钢筋笼块石护坦，长5m。

1.3水库现状

该水库大坝于1975年建成。因勘测设计资料不足，施工又受冬季影响，大坝坝体、输水洞及洞前取水卧管、溢洪道施工质量均存在一定问题，严重影响工程效益的发挥。通过大坝渗流计算，确定坝体排水形式。根据土工试验资料：原坝体渗透系数取2.428×10-4cm/s，加固后坝体保持与原坝体一致，其渗透系数取2.428×10-4cm/s，土工膜取1×10-9cm/s。

2大坝排水形式的选择

2.1大坝渗流计算利用北京理正岩土计算5.11版渗流计算软件进行有限元渗流计算。正常蓄水位时：计算最大断面坝体单宽渗流量=0.018m3/d•m，总渗流量2.47m3/d。校核洪水位时：计算最大断面坝体单宽渗流量=0.022m3/d•m，总渗流量3.01m3/d。

2.2渗流稳定分析

该坝渗透变形的类型为过渡型，临界水力坡降按照《水利水电工程地质勘察规范》（GB5028755—99）规定经验值选取，坝体壤土允许水力坡降取0.46。分析过程中，对水库正常水位下运行的坝体及坝基的渗流稳定进行复核。

2.2.1坝基渗流稳定分析坝体渗透变形的类型为流土型，其临界水力比降Jcr采用下式计算：Jcr=(Gs-1)(n-1)式中，GS为土粒比重，取2.71；n为土的孔隙率，取0.46；得出坝体的临界水力比降Jcr=0.92，坝体的允许水力比降J允许=0.46。对下游溢出点坝基在正常水位时的渗透坡降进行计算：J=H0/L0式中，L0为有效渗径（53m）；H0为水头差（9.83m）；J为渗透坡降。计算得：J=0.19。坝基冲洪积壤土允许坡降为0.46，计算渗透坡降小于允许坡降，下游坝基渗流稳定，不会发生渗透破坏。

2.2.2坝体渗流稳定分析对坝体在正常水位时的渗透坡降进行计算：J=H0/L0式中，L0为有效渗径（14.2m）；H0为水头差（4.5m）；J为渗透坡降。计算得：J=0.32，小于允许渗透坡降0.46，坝体渗流是稳定的。坝体填筑不均匀，渗透系数较大，致使下游渗流量大，且分布不均匀，同时浸润线位置偏高，相应地溢出点较高，下游局部坝坡成湿润状，渗流溢出后成明流，对下游坝坡有冲刷作用，导致下游坝坡冲淤现象出现。

2.3大坝排水形式的选择

坝体设置排水设施是为了降低坝体浸润线，减少坝体孔隙水压力，提高坝坡稳定性；控制渗流，防止渗透破坏，保护坝坡土，防止冻胀破坏，排水体应有足够排水能力，以保证能自由向下游排除全部渗水，并按反滤原则设计，保证渗透稳定。大坝坝体排水形式一般有棱体排水、贴坡排水、水平褥垫排水以及其他坝内综合性排水。坝体排水形式的确定取决于坝型、坝体形状、坝基材料、坝基工程地质及水文条件、下游水位、施工情况基坝址区气象条件等，通过技术经济比较选定。通过坝体渗流计算，发现浸润线位置较高，溢出点位置较高，适合的排水形式有贴坡排水、水平褥垫排水以及两者综合排水形式。棱体排水适用于坝脚处有水的情况；贴坡排水适用于坝体浸润线较高的情况，主要保护浸润线以下坝体土料不被渗水带出坡面流失，防止浸润线以下坝体在靠近坝面处冻结，影响排水；水平褥垫排水主要是降低浸润线，使坝基渗水流畅排除，防止过度降低坝基土料摩擦角及黏聚力。经综合考虑，大坝加固后，排水采用综合排水形式。

3设计变更及施工中紧急处理

经专家建议，取消水平褥垫排水，保留贴坡排水，通过审批。原坝体下游边坡经鉴定计算不稳定，需培厚放缓坝坡，在施工过程中，加固坝坡清基不彻底，尤其原河道部位淤泥尚未清除，后坝坡填筑至2743.0m时，由于连降大雨数日，坝基排水不畅，淤泥充分饱和导致黏聚力和摩擦角下降而遭到剪切破坏，致使原河道部位（0+050～0+101）的新填筑坝体沿新老坝体处下沉滑裂。现场进行调查研究，发现下游坡脚处淤泥状壤土拱起，遭到剪切破坏，淤泥状壤土承载力低，不适合做坝基，决定挖出遭破坏的已填筑坝体，挖出承载力低的坝基淤泥状壤土，抛填块石，并经碾压后再填筑新坝体。经处理后，目前新旧坝体处未发现裂缝，新坝体未发现下沉等现象，说明处理方法适当。通过洋溪河水库大坝坝体排水形式的选择以及在施工中验证，在黄土地区沟道纵坡较陡的大坝下游坝坡加固过程中，合理选择排水形式，稍有不慎，可能引起滑坡。

作者：杨丽萍