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【摘 要】本文介绍石井水库大坝的现状及存在的主要问题，介绍了大坝坝顶高程的确定及相应的渗流、抗滑稳定性验算方法，可为类似小型水库大坝的除险加固设计提供参考。
【关键词】水库；除险加固；稳定分析
【中图分类号】TV62
【文献标识码】B
（Shangyu water conservancy project management Shangyu Zhejiang 312300 ）
【Abstract】This paper introduces the status and the main problems of shijing reservoir dam， how to determination crest elevation of the dam， Seepage and anti-sliding stability checking method. which can provide a reference for similar projects.
【Key words】Reservoir；Reinforcement；Stability analysis
1. 工程概况
1.1 水库概况。
1.1.1 石井水库位于上虞市上浦镇冯浦村，属曹娥江水系，地处亚热带季风气候区，气候湿润，雨量充沛，雨量年内变化较大。水库上游为象田岭丘陵，山脚为冯浦村象田自然村。始建于1958年，1959年建成蓄水，1971年进行水库扩建，打隧洞建水电站，由于地基土质差，设计施工不规范，在21日晚造成坝体内坡连同基础圆弧滑动的重大工程事故，经处理内坡基本稳定。1972年4月13日产生外坡圆弧滑动，使坝脚田面隆起约1m。1977年春坝体加高结束，由于坝体出现严重圆弧滑动，于是降低设计标准，取消水电站，封堵隧洞。
1.1.2 根据原始资料，坝址以上水库集雨面积6.23Km2，主流6.26公里，平均比降17‰。总库容312.20万m3，属小（1）型水库。
1.1.3 水库大坝为均质土坝，坝顶高程16.80m，坝顶宽4.9～6.6m，上游为两级坝坡，坡比约为1：2.79及1：2.57，下游也为两级坝坡，坡比约为1：2.71及1：2.31，最大坝高13.61m，坝顶长约263m，溢洪道及泄水闸位于大坝右侧，60×80浆砌条石方涵输水涵管位于大坝右侧。是一座灌溉兼滞涝的小型水库，灌溉面积约2400亩。
1.2 水库存在的问题。
根据石井水库安全技术认定及复核，认定石井水库大坝属于三类坝，存在的问题有：
1.2.1 由于坝基土质较差，现状大坝抗滑稳定复核结果表明下游坝坡非常情况时的抗滑稳定安全系数只有0.9，其他情况也小于规范要求较多，且历史上曾发生大滑坡，故存在坝身、坝坡滑动的危险。
1.2.2 溢洪道的溢流堰堰体渗漏严重，侧槽底板局部损坏；溢洪道局部地段泄流能力不足；泄水闸陈旧破烂，已不能正常使用；溢洪道底未护砌。
1.2.3 泄洪渠跟溢洪道的连接段朝坝脚转弯，不仅泄洪不顺，而且坝脚已被冲掉一大块，深达4m多，危及坝坡稳定。
1.2.4 坝下埋设的放水涵管为浆砌条石结构，管周用三合土包裹，长期运行中未发现漏水现象。因砌石涵管有渗漏可能，根据省厅《导则》规定，仍需作相应处理。
1.2.5 下游坝脚没有排水棱体；下游镇压层的石渣含泥量大，颗粒太细，透水性差，排水不畅通。
1.2.6 溢流堰与导水墙交接处沉陷开裂；导水墙墙体渗漏。
1.2.7 管理房陈旧破烂，输水涵管的启闭机裸露。
对于溢洪道、管理房等的修复属于除险加固工程设计中的常见内容，前人已多有论述，本文不在赘述，本文主要探讨下石井水库大坝稳定的计算及相应的处治措施。
2. 石井水库大坝稳定设计计算
2.1 坝顶高程计算。
根据《碾压式土石坝设计规范》[1]，坝顶在静水位以上的安全超高应按下式确定：
y=R+e+A
式中y——坝顶超高，m；
R——最大波浪在坝坡上的爬高，m；
e——最大风雍水面高度，m；
A——安全加高，m，由工程等别为IV等，建筑物级别为4级，查得设计工况的安全加高为0.5m，校核工况的安全加高为0.3m。
坝顶高程计算结果如表1所示。
通过表1计算，计算坝顶高程为13.68m，现有坝顶高程16.44～16.94m，可满足要求，并且还有较大的富余。由于坝基土质为深厚的淤泥质粘土，承载能力很低，需降低坝高进行减载，通过抗滑稳定分析计算，坝顶高程采用15.0m。为使实际防洪高程比原状相接近，在坝顶再做高1.2m的防浪墙，墙顶高程16.20m。
2.2 除险加固方案确定。
通过对从安全可靠性、投资、土地损失等方面的比较，最终确定除险加固方案为：坝顶高程降低到15.0m，坝顶宽6.0m，内外坡采用三级坡，内外坡坡比分别为1：2.75及1：2.5。两级马道高程分别为13.0m及10.50m。坝顶做高1.2m防浪墙，使实际防洪高程跟原状基本接近，而坝体重量大大减轻。坝体削减的土方加高下游7.40m 平台（加高2.0m，长30m），从而达到坝体卸载及坝脚压重的目的，以提高坝身抗滑稳定性。同时回填被溢洪道水流冲深的右坝段坝脚冲刷坑。
2.3 渗流稳定计算。
2.3.1 渗流允许逸出坡降J允采用《堤防工程设计规范》[2]及《碾压式土石坝设计规范》[1]中的有关公式： J允=（G-1）（1-n）/K
式中 G——土粒比重，取2.73；
n——土的孔隙率；n=e/（1+e）=0.993 /（1+0.993）=0.498；
K——安全系数，1.5～2.0，取1.75。
计算得：
J允=（G-1）（1-n）/K=（2.73-1）×（1-0.498）/1.75=0.496
2.3.2 渗流量计算方法是将坝体和坝基渗流量分开考虑，首先按不透水地基上均质坝的计算方法，决定坝体的渗流量qD和浸润线（按不透水地基的浸润线计算偏于安全）的位置，再假定坝体不透水，计算地基渗流量q'。渗流计算成果如表2：
2.3.3 表2计算成果表明，设计洪水位、校核洪水位时的出逸坡降大于允许坡降，故下游坡脚需设置排水棱体，高度取3.4m。出逸点最大高度0.67m，在排水棱体内部，且比排水棱体顶低0.5m以上，满足规范要求。
2.3.4 根据地质勘探报告，坝上部4～6m透水性较大（4.56×10-3～2.87×10-5cm/s），属中～弱透水层，该层以下为弱透水层。本水库正常蓄水位▽9.4m，在坝顶以下5.6m处，故蓄水位均在弱透水层范围，大坝抗渗性较好。同时，上表计算数据表明，仅设计洪水位及校核洪水位时渗流的出逸点坡降大于允许坡降，此两种情况属少遇的瞬时作用情况（尚未形成稳定渗流，洪水位就很快下降了），故影响甚小。
2.4 抗滑稳定计算。
抗滑稳定计算采用瑞典圆弧滑动法[2]。
该大坝为4级建筑物，查《碾压式土石坝设计规范》[1]表8.3.10得
正常运用情况：抗滑稳定安全系数K≥1.15；
非常运用情况：抗滑稳定安全系数K≥1.05。
具体计算公式如下：
从表3可看出，进行除险加固后，其抗滑稳定安全系数满足规范要求。
3. 结语
由于地基土质较差，设计施工不规范等原因，许多中小型水库存在坝身抗滑稳定性不足的问题，这也是中小型水库除险加固设计所要针对的关键性问题之一。本文所涉及的石井水库就是其中之一，对该水库大坝，本文通过坝身减载及坝脚圧重等措施，以提高坝身抗滑稳定性，并通过渗流计算、抗滑稳定计算等计算复核，验证了设计的安全可靠性。
参考文献
[1] SL274-2001，碾压式土石坝设计规范[S].
[2] GB50286-98，堤防工程设计规范[S].
[文章编号]1619-2737（2015）03-16-316
【关键词】水库；除险加固；稳定分析
【中图分类号】TV62
【文献标识码】B
（Shangyu water conservancy project management Shangyu Zhejiang 312300 ）
【Abstract】This paper introduces the status and the main problems of shijing reservoir dam， how to determination crest elevation of the dam， Seepage and anti-sliding stability checking method. which can provide a reference for similar projects.
【Key words】Reservoir；Reinforcement；Stability analysis
1. 工程概况
1.1 水库概况。
1.1.1 石井水库位于上虞市上浦镇冯浦村，属曹娥江水系，地处亚热带季风气候区，气候湿润，雨量充沛，雨量年内变化较大。水库上游为象田岭丘陵，山脚为冯浦村象田自然村。始建于1958年，1959年建成蓄水，1971年进行水库扩建，打隧洞建水电站，由于地基土质差，设计施工不规范，在21日晚造成坝体内坡连同基础圆弧滑动的重大工程事故，经处理内坡基本稳定。1972年4月13日产生外坡圆弧滑动，使坝脚田面隆起约1m。1977年春坝体加高结束，由于坝体出现严重圆弧滑动，于是降低设计标准，取消水电站，封堵隧洞。
1.1.2 根据原始资料，坝址以上水库集雨面积6.23Km2，主流6.26公里，平均比降17‰。总库容312.20万m3，属小（1）型水库。
1.1.3 水库大坝为均质土坝，坝顶高程16.80m，坝顶宽4.9～6.6m，上游为两级坝坡，坡比约为1：2.79及1：2.57，下游也为两级坝坡，坡比约为1：2.71及1：2.31，最大坝高13.61m，坝顶长约263m，溢洪道及泄水闸位于大坝右侧，60×80浆砌条石方涵输水涵管位于大坝右侧。是一座灌溉兼滞涝的小型水库，灌溉面积约2400亩。
1.2 水库存在的问题。
根据石井水库安全技术认定及复核，认定石井水库大坝属于三类坝，存在的问题有：
1.2.1 由于坝基土质较差，现状大坝抗滑稳定复核结果表明下游坝坡非常情况时的抗滑稳定安全系数只有0.9，其他情况也小于规范要求较多，且历史上曾发生大滑坡，故存在坝身、坝坡滑动的危险。
1.2.2 溢洪道的溢流堰堰体渗漏严重，侧槽底板局部损坏；溢洪道局部地段泄流能力不足；泄水闸陈旧破烂，已不能正常使用；溢洪道底未护砌。
1.2.3 泄洪渠跟溢洪道的连接段朝坝脚转弯，不仅泄洪不顺，而且坝脚已被冲掉一大块，深达4m多，危及坝坡稳定。
1.2.4 坝下埋设的放水涵管为浆砌条石结构，管周用三合土包裹，长期运行中未发现漏水现象。因砌石涵管有渗漏可能，根据省厅《导则》规定，仍需作相应处理。
1.2.5 下游坝脚没有排水棱体；下游镇压层的石渣含泥量大，颗粒太细，透水性差，排水不畅通。
1.2.6 溢流堰与导水墙交接处沉陷开裂；导水墙墙体渗漏。
1.2.7 管理房陈旧破烂，输水涵管的启闭机裸露。
对于溢洪道、管理房等的修复属于除险加固工程设计中的常见内容，前人已多有论述，本文不在赘述，本文主要探讨下石井水库大坝稳定的计算及相应的处治措施。
2. 石井水库大坝稳定设计计算
2.1 坝顶高程计算。
根据《碾压式土石坝设计规范》[1]，坝顶在静水位以上的安全超高应按下式确定：
y=R+e+A
式中y——坝顶超高，m；
R——最大波浪在坝坡上的爬高，m；
e——最大风雍水面高度，m；
A——安全加高，m，由工程等别为IV等，建筑物级别为4级，查得设计工况的安全加高为0.5m，校核工况的安全加高为0.3m。
坝顶高程计算结果如表1所示。
通过表1计算，计算坝顶高程为13.68m，现有坝顶高程16.44～16.94m，可满足要求，并且还有较大的富余。由于坝基土质为深厚的淤泥质粘土，承载能力很低，需降低坝高进行减载，通过抗滑稳定分析计算，坝顶高程采用15.0m。为使实际防洪高程比原状相接近，在坝顶再做高1.2m的防浪墙，墙顶高程16.20m。
2.2 除险加固方案确定。
通过对从安全可靠性、投资、土地损失等方面的比较，最终确定除险加固方案为：坝顶高程降低到15.0m，坝顶宽6.0m，内外坡采用三级坡，内外坡坡比分别为1：2.75及1：2.5。两级马道高程分别为13.0m及10.50m。坝顶做高1.2m防浪墙，使实际防洪高程跟原状基本接近，而坝体重量大大减轻。坝体削减的土方加高下游7.40m 平台（加高2.0m，长30m），从而达到坝体卸载及坝脚压重的目的，以提高坝身抗滑稳定性。同时回填被溢洪道水流冲深的右坝段坝脚冲刷坑。
2.3 渗流稳定计算。
2.3.1 渗流允许逸出坡降J允采用《堤防工程设计规范》[2]及《碾压式土石坝设计规范》[1]中的有关公式： J允=（G-1）（1-n）/K
式中 G——土粒比重，取2.73；
n——土的孔隙率；n=e/（1+e）=0.993 /（1+0.993）=0.498；
K——安全系数，1.5～2.0，取1.75。
计算得：
J允=（G-1）（1-n）/K=（2.73-1）×（1-0.498）/1.75=0.496
2.3.2 渗流量计算方法是将坝体和坝基渗流量分开考虑，首先按不透水地基上均质坝的计算方法，决定坝体的渗流量qD和浸润线（按不透水地基的浸润线计算偏于安全）的位置，再假定坝体不透水，计算地基渗流量q'。渗流计算成果如表2：
2.3.3 表2计算成果表明，设计洪水位、校核洪水位时的出逸坡降大于允许坡降，故下游坡脚需设置排水棱体，高度取3.4m。出逸点最大高度0.67m，在排水棱体内部，且比排水棱体顶低0.5m以上，满足规范要求。
2.3.4 根据地质勘探报告，坝上部4～6m透水性较大（4.56×10-3～2.87×10-5cm/s），属中～弱透水层，该层以下为弱透水层。本水库正常蓄水位▽9.4m，在坝顶以下5.6m处，故蓄水位均在弱透水层范围，大坝抗渗性较好。同时，上表计算数据表明，仅设计洪水位及校核洪水位时渗流的出逸点坡降大于允许坡降，此两种情况属少遇的瞬时作用情况（尚未形成稳定渗流，洪水位就很快下降了），故影响甚小。
2.4 抗滑稳定计算。
抗滑稳定计算采用瑞典圆弧滑动法[2]。
该大坝为4级建筑物，查《碾压式土石坝设计规范》[1]表8.3.10得
正常运用情况：抗滑稳定安全系数K≥1.15；
非常运用情况：抗滑稳定安全系数K≥1.05。
具体计算公式如下：
从表3可看出，进行除险加固后，其抗滑稳定安全系数满足规范要求。
3. 结语
由于地基土质较差，设计施工不规范等原因，许多中小型水库存在坝身抗滑稳定性不足的问题，这也是中小型水库除险加固设计所要针对的关键性问题之一。本文所涉及的石井水库就是其中之一，对该水库大坝，本文通过坝身减载及坝脚圧重等措施，以提高坝身抗滑稳定性，并通过渗流计算、抗滑稳定计算等计算复核，验证了设计的安全可靠性。
参考文献
[1] SL274-2001，碾压式土石坝设计规范[S].
[2] GB50286-98，堤防工程设计规范[S].
[文章编号]1619-2737（2015）03-16-316