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青云河水庫結(jié)構(gòu)安全評價與抗震安全復核

文檔作者：連剛文檔來源：大連市金州新區(qū)農(nóng)林水利局		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年06月17日
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2016年第4期 水利規(guī)劃與設(shè)計 水文水資源
DOI：10．3969／j．issn．1672—2469．2016．04．012
青云河水庫結(jié)構(gòu)安全評價與抗震安全復核
連 剛
(大連市金州新區(qū)農(nóng)林水利局，遼寧大連116635)
摘要：本文依據(jù)《水庫大壩安全評價導則》等國家現(xiàn)行規(guī)范，通過現(xiàn)場檢測和復核計算對青云河水庫的結(jié)構(gòu)安全
等方面進行了系統(tǒng)的復核分析與評價，最終對大壩安全綜合評價結(jié)論為A級。為類似水庫工程評價分析提供參
考和借鑒作用。
關(guān)鍵詞：水庫大壩； 結(jié)構(gòu)；安全評價； 復核
中圖分類號：TV697．1 文獻標識碼：A 文章編號：1672—2469(2016)04—0026—03
1 水庫概況
青云河水庫位于遼寧省大連市金州新區(qū)得勝街
道林家村，主要由擋水壩、溢洪道、輸水洞組
成 。大壩由粘土心墻壩和漿砌石重力壩組成，全
長527m。粘土心墻壩段長397m，迎水坡坡度為
1：2．7，背水坡坡度為1：2．6，最大壩高11．5m，壩
頂寬4．0m， 壩頂高程22．38m， 防滲體頂高程
21．38m，防浪墻高度為1．1in， 防浪墻頂高程
23．48m，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，理石罩面。漿砌石
重力壩段長130m，其中溢流壩段長53m，為實用
堰，堰上設(shè)有5孔9×3．0m弧形閘門，堰頂高程
17．85m，堰凈寬45．0m，最大泄量657．7m ／s。漿
砌石重力壩段迎水坡為鉛直面， 背水坡坡度為
1：1．0。輸水洞位于溢流壩段，溢流壩下左右各1
個，輸水洞為DN900壩下涵管。輸水洞上方設(shè)有
兩個電站，面積約161．5m ， 內(nèi)設(shè)2臺機組，總
容量60kW。由于已無發(fā)電任務(wù)，電站現(xiàn)已廢棄。
管理區(qū)位于大壩右岸，包括辦公樓、食堂、西倉
庫、防汛物資庫。水庫是以防洪、灌溉為主，兼
顧?quán)l(xiāng)鎮(zhèn)用水、養(yǎng)殖等綜合效益于一體的中型水
庫 。水庫防洪標準按100年設(shè)計，1000年校
核。壩址以上流域面積64．5km ，主河道長度
16．04km，河道平均比降為3．29‰ ，總庫容為
1607萬m 。
2 大壩變形分析評價
青云河水庫大壩無變形、沉降及位移監(jiān)測資
料，本次變形復核主要根據(jù)現(xiàn)場查勘及向管理人
· 26 ·
員調(diào)查等進行初步分析。該水庫自建成以來已運
行多年，大壩沉降變形已基本完成，該壩在運行
期間未發(fā)現(xiàn)發(fā)生異常變形和開裂現(xiàn)象，通過現(xiàn)場
的仔細勘察，也未發(fā)現(xiàn)明顯的裂縫和壩體變形。
因此初步判定，該壩的總體變形情況及壩體沉降
基本穩(wěn)定 。
3 土壩穩(wěn)定分析
3．1 地震烈度復核
根據(jù)《中國地震動參區(qū)劃圖》(GB18306-2001)
中的有關(guān)規(guī)定，庫區(qū)地震動峰值加速度為0．15g，
抗震設(shè)防烈度為Ⅶ度，本次設(shè)計采用地震基本烈度
作為抗震設(shè)防烈度 。
3．2 穩(wěn)定計算工作條件
本次穩(wěn)定復核采用該土壩最大斷面作為計算斷
面，最大壩高11．5m，壩頂寬4．0m，迎水坡坡比
1：2．7，背水坡坡比1：2．6。穩(wěn)定計算工況如下。
(1)正常工作條件。設(shè)計水位時的上游壩坡；正常
高水位時上、下游壩坡；危險水位時的上游壩坡；
(2)非常工作條件。校核水位時的上游壩坡；正常
高水位遇地震時的上、下游壩坡。
3．3 穩(wěn)定計算方法
土壩穩(wěn)定計算采用水利部推廣應用的《水利水
電工程土石壩設(shè)計軟件包》中的《土石壩邊坡穩(wěn)定
分析程序(STAB)》，計算公式如下。
收稿日期：2015-09—16
作者簡介：連剛(1971年一)，男，工程師。
水文水資源 水利規(guī)劃與設(shè)計 2016年第4期
Al = Σ{[C+[(Σ 一ΣOv)一(U 一 z)]·tg~]／[c。s 0c+sina·tgo／A ]
Σ[(ΣW 一ΣDv)。sina+M。／R。
式中：R。一滑弧半徑；
一水平向地震慣性力(E D ]對圓心的
力矩；
Σ九(ΣD ]一某一土條的水平(垂直)地震
力總和，按《水工建筑物抗震設(shè)計規(guī)范》計及；
一土條底面中點處切線與水平線的夾角；
Z一壩坡外水位高出土格底面中點的距離；
一在條塊底面中點處的孔隙水壓力值；
C 一土的有效強度指標；
Σ [Σ ]一計算抗滑(滑動)力時單位寬
度土格的重量。
3．4 穩(wěn)定計算分析
由于青云河水庫資料不是很完整，本次復核根
據(jù)類似工程選取壩體材料物理力學指標，見表1。
根據(jù)3．3中穩(wěn)定計算方法進行計算，穩(wěn)定計算成果
見表2。通過計算分析，穩(wěn)定計算成果及大壩實際運
行情況均表明，該大壩在各工況條件下整體穩(wěn)定。
表1 壩體材料物理力學指標表
＼＼ 指標 干容重 濕容重 飽和容重 內(nèi)摩擦角 凝聚力
材 ＼ (KN／m ) (KN／m ) (KN／m ) 中(。) C(MP8)
壩殼料 16．6 l8．1 l9．3 26．2 0．001
粘土心墻 17．2 20．2 2O．9 22．3 0．015
4 漿砌石壩穩(wěn)定分析
4．1 穩(wěn)定復核
本次穩(wěn)定復核對漿砌石擋水重力壩和漿砌石溢
流重力壩分別進行計算。
表2 穩(wěn)定計算成果表
坡別 計算方法 計算成果 規(guī)范要求的安全系數(shù)
校核洪水位 1．762 1．20
設(shè)計洪水位 1．775 1．30
上游壩坡 正常高水位 l_790 1．30
危險水位 1．662 1．20
正常高水位遇地震 1．553 1．15
正常高水位 1．508 1．3O
下游壩坡
正常高水位遇地震 l_389 1．15
4．1．1 荷載及其組合
本設(shè)計考慮的荷載有壩體自重；壩上、下游面
的靜水壓力；揚壓力；土壓力；浪壓力；地震作
用力 。
采用的荷載組合如下。
① 基本組合1一正常蓄水位情況；
② 基本組合2一設(shè)計洪水位情況；
③ 特殊組合1一校核洪水位情況；
④ 特殊組合2一地震情況(水位按正常蓄水位
計算)。
4．1．2 各荷載計算公式
①各水位所對應的靜水壓力公式：
P= y H2／2 (2)
式中：P一靜水壓力，KN；
從水面至計算點的水深，m；
一水的容重，9．81KN／m ；
一靜水壓力作用分項系數(shù)，y=1．0。
②壩體自重。壩體為漿砌石材料，容重采用
22KN／m 。壩體自重作用分項系數(shù)為1．0。
③揚壓力。壩基設(shè)有防滲帷幕和排水孔，計算
揚壓力時折減系數(shù)取0．25，揚壓力中浮托力作用
分項系數(shù)為1．0，滲透壓力作用分項系數(shù)為1．2。
④淤沙壓力。水平淤沙壓力按下式計算：
P y 華增 (45。一 ) (3)
式中：P 一淤沙壓力標準值，KN／m；
y一淤沙壓力作用分項系數(shù)，為1．2；
一泥沙的浮容重，Y =8KN／m ；
一壩前泥沙淤積高度，m；
一泥沙的內(nèi)摩擦角，‘P =15。。
⑤浪壓力。浪壓力按下式計算：
：0．13 [0．7( ) ]
Vo vo
t0 ． 13th I 0 ． 7 ( gH ／v：)u ‘)J ㈩
：l3．9( )
t，0 V‘0
簪
警
= -n警
· 27 ·
2016年第4期 水利規(guī)劃與設(shè)計 水文水資源
P = y — 1 y L
m (h1％+h ) (5)
式中： 一平均波高，m；
～ 水域平均水深，m；
一計算風速，基本組合采用50年一遇年最
大風速21．30m／s，偶然組合采用多年平均最大風
速15．60m／s；
D一風區(qū)長度，m；
g一重力加速度，9．81m／s ；
一平均波周期，s；
L ～ 平均波長，m；
：
一波浪中心線至計算水位的高度，m；
日 ，一使波浪破碎的臨界水深，m；
JP 一單位長度迎水面上的浪壓力標準值，
kN／m ；
一浪壓力作用分項系數(shù)，為1．2；
一水的重度，kN／m ；
h 一累積頻率為1％ 的波高，m。
⑥ 土壓力。下游水平土壓力計算公式為：
P ：y華K。 (6)
式中： 一土壓力作用分項系數(shù)，為1．2；
y ～ 壩后土容重，水下取浮容重9．0KN／m ；
^ 一壩后土高度，m；
一靜止土壓力系數(shù)K。=0．4。
⑦ 動水壓力。動水壓力計算公式為：
P
， =gp (cos 2一c0s 1) (7)
P =qP (sin02+sin01) (8)
Pl：
式中：P 一單位寬度上離心力合力的水平分力代
表值；
P ，一單位寬度上離心力合力的垂直分力代
表值；
砂 、 一反弧與垂直方向的兩個夾角；
P 一水的密度。
4．1．3 壩基抗滑穩(wěn)定計算
壩基抗滑穩(wěn)定計算主要核算壩基面的抗滑穩(wěn)定
情況，應按抗剪斷強度公式或者抗剪強度公式來計
算壩基面的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。本設(shè)計巖體條件較
好，采用抗剪斷強度公式進行復核 ?？辜魯鄰姸?
計算公式：
，- f9)
P 、
· 28 ·
式中：K 一按抗剪斷強度計算的抗滑穩(wěn)定安全
系數(shù)；
．廠一壩體滑裂面上的抗剪斷摩擦系數(shù)，0．70；
c 一壩體滑裂面上的抗剪斷凝聚力，300kPa；
～ 壩基接觸面截面積，m ；
．
一作用于壩體上全部荷載(包括揚壓力，
下同)對滑動平面的法向分值，kN；
ΣP～作用在壩體上全部荷載對滑動平面的
切向分值，kN。
壩基抗滑穩(wěn)定計算結(jié)果詳見表3。計算結(jié)果表
明壩體沿壩基面抗滑穩(wěn)定滿足要求。
表3 抗滑穩(wěn)定計算結(jié)果表
安全系數(shù)K 允許安全
荷載組合
擋水重力壩段 溢流重力壩段 系數(shù)
正常蓄水位 30．58 5．54 3
設(shè)計洪水位 28．23 5．37 3
校核洪水位 25．9l 5．O5 2．5
正常蓄水位+地震 21．1O 6．O3 2．3
4．2 壩基應力復核
根據(jù)《砌石壩設(shè)計規(guī)范》SL252006第5．4．4條
規(guī)定：在各種荷載組合下(地震荷載除外)，壩基
面垂直正應力應小于砌石允許壓應力和地基允許承
載力；壩體最大主應力，應小于砌石的允許壓應力；
壩基面最小垂直正應力應為壓應力；混凝土的允許應
力按混凝土的極限強度除以相應的安全系數(shù)確定，壩
體混凝土的抗壓安全系數(shù)，基本組合不應小于3．5，
特殊組合不應小于3．0。壩基應力計算采用材料力學
方法，壩基截面的垂直應力按下列公式計算 。
M
午± 廣 ( 0)
式中： 一壩踵、壩趾垂直應力，kPa；
Σ ～ 作用于單位長度壩段上全部荷載在壩基
截面上法向力的總和，kN；
Σ ～作用于單位長度壩段上全部荷載對壩基
截面形心軸的力矩總和，kN·m；
A一壩基截面積，m ；
一壩基截面上計算點到形心軸的距離，m；
卜壩基截面對形心軸的慣性矩，m 。
根據(jù)上述公式計算，計算結(jié)果見表4，計算結(jié)
果表明壩基面的垂直應力以及最大壓應力均滿足要
求。 (下轉(zhuǎn)第88頁)
2016年第4期 水利規(guī)劃與設(shè)計 設(shè)計施工
位
500 500x200
圖7 花崗石駁岸做法
準備材料：在定制花崗石的時候，要求提前預
定，保證按時送到，搬運的過程中注意不要破損石
材的完整性。
基層施工：在基層施工中，需在石材下用
600×600mm寬，C20混凝土基礎(chǔ)加固。
石材砌筑：正式砌筑時，石材依次錯縫搭建在
混凝土基礎(chǔ)上，搭建的坡度比為1：1，錯縫搭接是
為了使花崗巖護坡更加穩(wěn)固。
2 結(jié)語
本文根據(jù)花崗巖石材的特性，將其在水利景觀
中常見的應用形式和施工工藝進行了研究和總結(jié)。
希望對類似水利工程中花崗巖的應用具有一定的指
導作用。
參考文獻
[1]鄧卓智．生態(tài)護岸的形式[R]．北京市水利規(guī)劃設(shè)計研究
院，2007．
[2]吳文達．石材在建筑景觀中的功能轉(zhuǎn)變[J]．山西建筑，2009，
35(29)：154·155．
[3]海倫，納什．庭園水景設(shè)計與建筑[M]．上海：科學技術(shù)出版
社．1995．
[4]戴維，斯蒂文森． 花園水景[M]． 廣東：科學技術(shù)出版
社，1989．
[5]朱鈞珍．園林理水藝術(shù)[M]．北京：林業(yè)出版社，1993．
[6]毛培琳，李雷．水景設(shè)計[M]．北京：林業(yè)出版社，1995．
[7]吳滌新．Garden園林[M]．廣東：科學技術(shù)出版社，1998．
[8]熊文愈．山石在園林中的應用[M]．南京：江蘇科學技術(shù)出版
社，1994．
(上接第28頁)
表4 壩基截面垂直應力計算結(jié)果表
擋水重力壩段垂直應力(MPa) 溢流重力壩段垂直應力(MPa) 壩基承載力 漿砌石允許壓應力
工況
壩趾 壩踵 壩趾 壩踵 (MPa) (MPa)
正常蓄水位 0．392 O．104 0．357 0．129 0．8 1．91
設(shè)計洪水位 O．414 0．079 0．353 0．118 0．8 l_91
校核洪水位 0．434 0．054 O．373 0．099 O．8 2．23
正常蓄水位+地震 0．457 0．043 0．384 0．101 O．8 2．23
5 近壩庫岸的變形與穩(wěn)定分析
青云河水庫無近壩庫岸滑坡體的變形監(jiān)測資
料。根據(jù)現(xiàn)場檢查并結(jié)合大壩多年運用情況，在水
庫高水位及水位驟變情況下均未發(fā)現(xiàn)危及大壩、輸
泄水建筑物及附屬設(shè)施安全的新老滑坡體或潛在滑
坡體的表面位移、深層位移及裂縫等。可初步判
定，水庫近壩庫岸邊坡穩(wěn)定 。
6 結(jié)語
通過分析計算成果并結(jié)合現(xiàn)場巡視檢查情況及
混合壩建成以來的運用情況，可以得出以下結(jié)論。
土壩和漿砌石壩變形均穩(wěn)定；大壩抗滑穩(wěn)定均滿足
現(xiàn)行規(guī)范要求，在設(shè)防地震烈度下安全；近壩庫岸
· 88 -
邊坡均穩(wěn)定；可判定該水庫大壩結(jié)構(gòu)、抗震安全性
較好，安全級別為A級。
參考文獻
[1]王歡．水庫運行管理及調(diào)度的有效方法分析[J]．水利規(guī)劃與設(shè)
計，2014(09)：55—56+63+76．
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監(jiān)督，2015(O1)：49-51．
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