小型病险水库大坝及溢洪道整治技术探讨

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摘要：红旗水库经过多年的运行产生了诸多病险。本文针对暴雨所造成的水库出险情况坝坡滑坡和溢洪道洪水溢漫进行分析，探讨暴雨所造成的水库病险的处理思路，提出了相应的整治措施。

关键词：病险水库暴雨整治措施

1 概述

红旗水库位于重庆市潼南县别口乡，是一座以农业灌溉为主，兼有防洪等综合利用的重点小（二）型水利工程。水库集雨面积0.32km2，总库容1612.3万m3，设计灌溉面积0.27万亩。大坝为均质土坝，坝顶高程288.13m，最大坝高10.44m。2009年，该地区24h降雨量达到125mm，水库水位最高达到285.20m。大坝主要出险情况为：大坝内坝坡由于暴雨冲刷而造成上下游坝坡滑坡。滑坡带高程为EL286.66m，滑坡段长22m，斜长5.5m，滑坡带距左坝肩45m。距右坝肩58m。下游坝坡坡面在高程EM26.86m处冲刷严重，有滑坡趋势。溢洪道边墙高度不够，造成洪水溢漫。淹没下游坝脚处农田。放水设施完好，没有损毁情况。水库地理位置较高，一旦失事，将直接威胁下游耕地与人民群众的生命财产安全。因此对水库大坝、溢洪道和放水设施等枢纽进行整治，是非常必要和迫切的。

2 整治方案设计

整治方案设计的总体原则是：(1)在保证安全的前提下的尽量做到经济合理，保证水库发挥效益；(2)设计方案切实可行，便于施工操作。

2.1 大坝整治设计

(1)上游坝坡整治设计

针对上游出现的病害情况，拟采取以下整治措施：拆除高程279.18m以上坝坡原护坡体，挖除滑塌体，采用土料回填，边坡调整为1:3.00，坝坡采用0.2m厚小碎石垫层+0.1m厚C15砼预制块护坡。对坝顶裂缝采用开挖回填，坝顶宽由原3.5m加宽至4.0m，上游侧设C20砼栏杆，下游侧设侧设M7.5浆砌条石路缘，中间采用厚0.3m手摆块石基层+厚0.1m碎石过渡层+厚0.2mC20砼护顶。

(2)下游坝坡整治设计

下游坝坡由于暴雨的冲刷，在高程EL284.86m处有滑坡趋势，拟采用以下整治措施：下游坝坡从坝顶288.13m至排水棱体顶280.75m清除坝体表层浮土30cm，在此基础上对坝坡进行规整培厚；在高程283.54m处设一级宽1.8m马道，坡面采用C15砼框格内种植草皮护坡，框格网采用C15砼浇注，尺寸为3.0m×3.0m，框格建好后覆土，铺20cm厚的耕植土，框格内种植麦冬草；拆除高程280.75m以下破损棱体护面，采用干砌砼预制块护面，顶宽1.5m，坡比1：2.0。在马道内侧、坝坡与两岸坡交接处和排水棱体外侧设C15砼排水沟。

(3)上、下游坝坡稳定校核

1)计算工况

上游坝坡：

工况一：由正常水位285.40m降至死水位277.84m；

工况二：由设计洪水位286.12m骤降至溢洪道堰顶高程285.40m再降至死水位277.84m；

工况三：由校核洪水位286.81m骤降至溢洪道堰顶高程285.40m再降至死水位277.84m；

工况四：由正常水位285.40m降至死水位277.84m，计入地震。

下游坝坡：

工况一：正常水位285.40m形成的稳定渗流期；

工况二：设计洪水位286.12m形成的渗流期；

工况三：校核洪水位286.81m形成的渗流期；

工况四：正常水位285.40m形成的稳定渗流期，计入地震。

2)计算方法及计算成果

根据《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》，可用毕肖普法在微机上采用OuickBasic语言及毕肖普法计算公式编制的程序进行计算。计算出抗滑稳定最小安全系数，结果见表1及表2。

表1 上游坝坡抗滑稳定计算表

表2 下游坝坡抗滑稳定计算表

从上表可以看出整治后大坝上、下游坝坡的抗滑稳定最小安全系数满足规范要求。

2.2溢洪道整治设计

溢洪道存在的主要问题是：溢洪道边墙高度不够，下泄洪水溢过边墙，导致坝脚农田被洪水淹没。

(1)溢洪道水力计算

1)泄槽水力计算

某水库为小(二)型水库，按照《水利水电工程等级划分及洪水标准》的规定，溢洪道下泄流量按200年一遇校核洪水进行演算得溢洪道最大下泄流量为42.3m3／s。

根据《溢洪道设计规范》SL253-2000，泄槽段水面线按下列公式进行计算

式中：――分段长度，m；

――分段始、末断面水深，m；

――分段始、末断面平均流速，m/s；

――流速分布不均匀系数，取105；

――泄槽底坡角度，(°)；

――泄槽底坡，；

――一分段内平均摩阻系数；

――泄槽槽身糙率系数；

――分段平均流速，，m/s；

――分段平均水力半径，，m。

水流掺气后的水深计算公式为：

式中：――泄槽计算断面的水深及掺气后得水深，m；

――不掺气情况下泄槽计算断面得流速，m/s；

――修正系数，可取1.O～1.4s/m，薪涟大者取大值。

2)水面线及边墙顶高程设计

边墙高=水深(含掺气水深)+安全超高，据《碾压土石坝设计规范》，安全超高取0.5m。根据以上公式，各断面水深及边墙高程计算结果见表3。

表3溢洪道边墙计算成果表

(2)溢洪道整治措施

对溢洪道边墙进行加高．加高所用材料与原边墙衬砌材料一致，为浆砌条石，所需边墙高度见表3。

3 结束语

暴雨所造成的小型水库出险情况主要是坝坡滑坡和溢洪道洪水溢漫,针对此类出险特点，可以对病险水库采取以下处理措施：(1)坝体滑坡可根据具体情况采用坡脚压重、上部削坡减载、补坡等综合防护措施；对有滑移迹象的裂缝，除应按前述要求对裂缝进行处理外，还应对滑移边坡进行处理；(2)针对溢洪道洪水溢漫问题，应在计算的基础上加高溢洪道边墙到要求高度，同时应做好泄槽段杂草及淤泥清理工作；(3)在暴雨期应注意加强水库的安全运行管理，制定相应的应急预案，发现问题能够及时处理。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。