李亚
（海宁市水利勘测设计所有限责任公司，浙江 海宁 314400）
摘要：项目对浙江地区的水库除险加固工程做了简要分析，找出了水库除险加固的疑难点，对水库除险加固过程中产生的共性问题进行分析，积极响应水库除险加固的总体方针，保障地区水利安全。
关键词：水库除险加固、渗流稳定计算、水文分析、调洪演算。
1前言
浙江地处中国东南沿海，境内水网密布，重峦叠嶂，素有“七山一水二分田”的说法，独特的地理特征使得浙江的水库建设显得非常有必要。在20世纪50至60年代，为解决浙江地区防洪、排涝、引水、灌溉、发电等一系列的问题，兴起了水库建设的高潮，在当时由于工程条件的限制，这些水库大坝大多为均质土坝，形式以重力坝居多，施工以人力为主，由于水库先期建设处于探索阶段，缺乏合理有效的规划设计，以人力为主的作业方式导致工程质量不一，加上水库工作时间较长，一些水库已经超过当时的设计工作年限，成为病害水库。因此水库除险加固就显得非常有必要。
本文以浙江省金华市某小（Ⅰ）型水库的除险加固设计为案例，针对水库除险加固的设计进行全面分析。
2工程概况
该水库位于金华市金东区境内，水库上游集雨面积1.0km2，引水面积16km2。建筑物主要由引水渠道、主坝、副坝、坝内涵管、溢洪道等组成，是一座以灌溉为主，结合防洪，养殖等综合利用的水库。水库于2006年完成一次除险加固工作，原除险加固按50年一遇设计，2000年一遇校核。水库正常库容为184.7万m3，正常水位69.70m；总库容为218.5万m3，相应水位为70.55m；属小(1)型水库。水库保护6个行政村8000余人口，保护耕地7000亩，水库惠及13700亩灌溉区。该水库的主要建筑物包括：主坝、1#、2#、3#副坝、溢洪道、坝内涵管等。
水库现状存在的问题
水库上一次除险加固于15年前，按照水库除险加固规范要求需进行除险加固设计。业主方带领我方设计人员现场踏勘水库情况，发现水库存在下列问题：
1.主坝、副坝：部分坝体回填黏土压实度未达到0.95的标准，部分黏土套井不满足规范防渗要求。主坝及副坝迎水坡砼预制块局部破损、脱落。主坝右坝头坝底下游端部位渗漏。1#副坝4#坝内涵管未放置于基岩内，存在较大安全隐患，2#副坝坝中、左坝头坝底下游端部位渗漏，坝体迎水坡大部分土体裸露，坡面未修整。
3.启闭设备及溢洪道：启闭设备年久失修，金结构件老化锈蚀，溢洪道进口段两侧浆砌块石挡墙、底板衬砌段及宽顶溢流堰破损风化。宽顶溢流堰与上坝道路共用，无交通桥，影响泄洪及上坝安全。
3水库除险加固设计方案
本次水库除险加固设计方案最终确定采用：
a.利用φ80cm黏土套井对所有大坝进行加固处理，集中渗流点布设双排黏土套井；
b.拆除原有溢流堰，改用WES溢流堰，溢流堰下游侧新建交通桥1座，以解决库区防汛道路通行问题；
c.坝坡新铺设草皮进行固坡；
d.新建库区管理房1座，解决办公问题；
e.坝内放水涵管修缮、更换；
f.1#副坝4#放水涵管经地勘探明为放置于基岩内，目前处于坝体回填土上，经分析，存在较大安全隐患，本次设计予以封堵。
4设计过程
4.1水文分析
本次复核采用浙江省短历时暴雨图集法计算设计洪水及校核洪水：根据水库坝址以上流域中心位置查《浙江省短历时暴雨》相应附图，得水库坝址控制流域的各时段暴雨均值和相应变差系数Cv值，并依据点面关系计算面暴雨，继而由暴雨数据推求设计（校核）洪水洪峰流量及洪水过程线。
经计算水库的自身的集雨面积为1.0km2，其50年一遇设计洪峰流量为34.38m3/s，2000年一遇校核洪峰流量为54.46m3/s。
4.2调洪演算
水库调洪采用静库容调洪计算方法，采用静库容曲线，利用水量平衡原理，假定在计算时段dt内水库容和库水位呈线性变化，将圣维南偏微分方程组中的连续方程用有限差分来代替，得：
式中：
I初、I末——分别为时段dt初、末的入库流量，m3/s；Q初、Q末——分别为时段dt初、末的出库流量，m3/s；V末、V初——分别为时段dt初、末的出库流量，m3。
经计算50年一遇设计洪水位时，最高库水位为70.18m，入库的洪峰流量为37.96m3/s，相应库容203.5m3，最大下泄流量13.87m3/s；2000年一遇校核洪水位时，最高库水位为70.33m，入库洪峰流量为59.00m3/s，相应库容209.8m3，最大下泄流量23.66m3/s。
防洪高程达到设计要求，水库大坝才能安全运转。考虑安全超高、波浪爬高、风雍高度，经计算主坝坝顶高程为71.75m，1#、3#副坝坝顶高程为71.70m，2#副坝坝顶高程为71.70m。该水库原除险加固方案为宽顶溢流堰，为改善溢流堰处水流状况，提升库区通行能力，本工程溢流堰改为WES实用堰，宽度25.0m，堰顶高程为69.70m，堰堤高程为68.30m；为保障巡库道路通畅，增设C25钢筋砼农交通桥1座，为双跨简支桥，总跨度25m，桥面高程71.75m。
4.3稳定性分析
大坝设计高程确定后，进行渗流稳定分析，利用《理正岩土6.0》软件对渗流分析建模计算出渗流线，然后将渗流线导入边坡稳定性分析项目计算出水库大坝整体的抗滑稳定性，采用简化毕肖普法经计算得到6种工况下的坝体抗滑稳定安全系数如下：
表4-1加固后大坝稳定计算分析成果表
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除去抗滑稳定性分析外，大坝坝体内部渗流比降对于大坝安全也同样至关重要，如渗流比降过大，将可能导致坝基接触冲刷、坝体渗漏管涌，最终造成坝体失稳，经《理正岩土6.0》边坡渗流稳定性计算，结果如下：
工况1（上游正常蓄水位69.70m，下游无水）坝体溢出点渗透比降J=0.40；
工况2（上游设计洪水位70.13m，下游无水）坝体溢出点渗透比降J=0.41；
工况3（上游校核洪水位70.26m，下游无水）坝体溢出点渗透比降J=0.41；
工况4（上游死水位63.49m，下游无水）坝体溢出点渗透比降J=0.16；
查询地质勘察提供的安全渗流比降需小于0.9，发现这四种组合工况下坝体都能满足要求，在施工质量可靠的前提下不会出现坝基接触冲刷、坝体渗漏管涌等现象。另外为了进一步提升坝体安全，本次设计黏土套井井底需嵌入岩基0.5m，使得黏土套井与岩基紧密接触，并延长渗径，减小渗透压，另外考虑黏土套井施工时，井底附近可能存在地下水，本次设计套井底部0~3m处的土方回填采用黏土掺和5%的水泥，形成改性土后进行回填以保障压实度，确保套井渗透系数达到小于1×10-5cm/s的规范要求。
4.4结语
经历本次项目，对水库除险加固有了一定的理解，浙江地区建设于上世纪五六十年代的水库数量众多。经多年运行，部分水库已成为病害水库，其中最为常见的就是渗漏问题，而渗漏分为坝体渗漏、坝肩接触渗漏、坝基接触渗漏，对于除险加固首要问题是解决渗流问题；解决好渗漏问题后需采取措施尽可能的采取措施降低浸润线，从而减少渗透压，为坝体的稳定性的提升打下基础，常见的防渗措施有黏土套井、旋喷桩，帷幕灌浆等措施；解决好上述问题后进行调洪演算，分析坝高，坝体厚度、溢洪道过流能力能否满足规范要求，如不满足要求应对坝体进行加高、培厚、放缓坝坡处理。上述条件均能满足规范要求后，可针对其他非关键问题针对处理。
参考文献：
[1]防洪标准,中华人民共和国水部.[J].GB50201-2014；
[2]水利水电工程等级划分及洪水标准，中华人民共和国水部.[J].SL252-2017；
[3]小型水利水电工程碾压式土石坝设计规范，中华人民共和国水部. [J].SL189-2013。