周克發(fā)，張士辰

（南京水利科學(xué)研究院大壩安全與管理研究所，江蘇南京 210029）

1 工程概況

板橋水庫(kù)位于河南省駐馬店市泌陽(yáng)縣板橋鎮(zhèn)境內(nèi)的淮河支流汝河上游，是一座以防洪、灌溉為主，結(jié)合發(fā)電和養(yǎng)殖等綜合利用的大（2）型水庫(kù)，總庫(kù)容6.75億m3。該水庫(kù)始建于1951～1952年，1956年加固及擴(kuò)建。1975年8月，水庫(kù)漫頂潰壩，導(dǎo)致原河床部位形成一上部寬約370 m、下部寬約210 m的潰口。1978～1992年在原壩址對(duì)潰壩殘留工程進(jìn)行了復(fù)建。2008年大壩安全鑒定，洪水復(fù)核[1]按重現(xiàn)期100 a洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)洪水位117.76 m；按重現(xiàn)期5 000 a洪水標(biāo)準(zhǔn)校核，校核洪水位118.92 m；按重現(xiàn)期10 000 a洪水保壩，保壩水位119.63 m。擋水建筑物包括北主壩、南主壩、北副壩、南副壩、南岸原副溢洪道堵壩、秣馬溝副壩、混凝土溢流壩等。大壩全長(zhǎng)3 720 m，其中主壩2 300 m，副壩1 420 m。

主壩為粘土心墻砂殼壩，由南主壩和北主壩組成，壩頂寬8.0 m。上游壩坡復(fù)建工程中加高部分坡比為1∶2.5，接原殘留壩坡1∶2.6、1∶3.0，采用干砌塊石護(hù)坡；下游壩坡坡比為1∶2.0或1∶2.5或1∶3.5，設(shè)50 cm厚的草皮護(hù)坡；下游壩腳處設(shè)碎石貼坡排水。上游壩殼礫質(zhì)粗砂與干砌塊石護(hù)坡之間設(shè)有兩層各20cm厚的反濾保護(hù)層，第一層粒徑0.5～2.0 cm，第二層粒徑2.0～8.0 cm；下游壩體或壩基土與碎石貼坡排水之間設(shè)兩層各厚25 cm的反濾保護(hù)層，第一層粒徑0.5～2.0 cm，第二層粒徑2.0～8.0 cm，與上游反濾料類型相同。

2 主壩運(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)題和處理情況

1995年1月5日，南主壩的南裹頭護(hù)坡滑塌。1995年11月8日，南主壩護(hù)坡水毀；2000年12月13日，南北主壩護(hù)坡水毀塌陷。1995～1997年利用100號(hào)水泥砂漿對(duì)復(fù)建新砌干砌塊石護(hù)坡105.00～110.00 m高程范圍進(jìn)行表面粘結(jié)；2001年利用200號(hào)細(xì)石混凝土對(duì)110.00～115.30 m高程范圍內(nèi)復(fù)建新砌的干砌塊石護(hù)坡進(jìn)行灌縫粘結(jié)[2]。目前，主壩無(wú)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)情況，壩體變形較穩(wěn)定，壩頂及防浪墻無(wú)明顯裂縫；各種排水、導(dǎo)滲設(shè)施無(wú)斷裂、損壞、阻塞、失效現(xiàn)象，排水暢通；護(hù)坡整體砌塊完好，砌縫緊密，未見(jiàn)大面積松動(dòng)、塌陷、脫落、風(fēng)化、凍毀、架空現(xiàn)象[3]。

3 主壩變形評(píng)述

主壩僅北主壩設(shè)有變形監(jiān)測(cè)設(shè)施。水平位移因觀測(cè)儀器精度低，已停測(cè)；豎向位移每年4月和10月各觀測(cè)一次，觀測(cè)資料序列為1992年4月～2008年10月。

3.1 豎向位移評(píng)述

經(jīng)對(duì)豎向位移觀測(cè)資料進(jìn)行分析[4]，北主壩豎向位移有以下變化規(guī)律。

（1）壩頂在1991年底主體工程竣工后的4 a內(nèi)沉降較快，尤其是原導(dǎo)流明渠部位新回填的壩體（樁號(hào)0+800～1+200）沉降稍大，年沉降速率9.1～12.2 mm/a。北臺(tái)地（樁號(hào)0+100～0+800）復(fù)建工程是在殘留粘土心墻削坡加高、培厚形成的，新填壩體部分僅高約10 m，北臺(tái)地壩段沉降量相對(duì)較小，沉降速率1.1～6.6 mm/a。

1995年底以后，導(dǎo)流明渠新填壩段壩體沉降速率略大，沉降速率1.0～3.7 mm/a，最大累計(jì)沉降量約161.73 mm（發(fā)生在樁號(hào)1+199.80處），其值在設(shè)計(jì)允許范圍（20 cm）內(nèi)，沉降現(xiàn)呈收斂狀態(tài)發(fā)展。北臺(tái)地土壩壩頂沉降速率較小，沉降速率一般為0.9～0.2 mm/a，目前沉降變化趨于穩(wěn)定，最大累計(jì)沉降量約123.4 mm（發(fā)生在0+800壩頂處）。

另外，2001年壩頂沉降點(diǎn)出現(xiàn)臺(tái)階性躍變，原因是所引據(jù)的水準(zhǔn)基點(diǎn)遭破壞，后對(duì)1號(hào)工作基點(diǎn)進(jìn)行校核，基點(diǎn)高程發(fā)生變化，導(dǎo)致累計(jì)沉降量增大。

（2）北臺(tái)地壩頂沉降與地形輪廓線較一致。樁號(hào)0+800～1+200壩段壩頂沉降量較大，主要與其壩身較高及原導(dǎo)流明渠段為新填壩體有關(guān)。樁號(hào)1+200～1+311.47壩段沉降量較小，主要與該壩段測(cè)點(diǎn)位于北裹頭附近、壩體內(nèi)多為混凝土刺墻結(jié)構(gòu)有關(guān)。其它壩頂測(cè)點(diǎn)沉降量變化平緩。

3.2 壩頂縱向傾度評(píng)述

根據(jù)測(cè)點(diǎn)沉降量估算壩頂縱向傾度，計(jì)算成果[4]見(jiàn)表1。1992年4月～2008年10月沉降發(fā)展過(guò)程中，測(cè)點(diǎn)間傾度較小，最大值0.157%，依據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，壩頂發(fā)生橫向裂縫可能性不大。

4 主壩結(jié)構(gòu)抗滑穩(wěn)定分析

4.1 計(jì)算斷面與參數(shù)

選擇北主壩0+800斷面、1+000斷面（導(dǎo)流明渠）以及南主壩1+580斷面作為抗滑穩(wěn)定計(jì)算分析斷面。計(jì)算簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1。

計(jì)算指標(biāo)參數(shù)主要根據(jù)1951～1952年初建、1954年裂縫檢查、1978～1992年復(fù)建三期工程地勘資料及施工中壩體取樣試驗(yàn)資料[5]，并參考相關(guān)設(shè)計(jì)資料、各分區(qū)填筑質(zhì)量及其它類似工程經(jīng)驗(yàn)，綜合確定。壩坡穩(wěn)定分析輸入?yún)?shù)見(jiàn)表2。

4.2 計(jì)算方法與工況

計(jì)算方法采用計(jì)及條塊間力的簡(jiǎn)化畢肖普法[6]，選擇圓弧型滑裂面進(jìn)行分析。根據(jù)GB18306-2001《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》，板橋水庫(kù)壩址工程區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.05 g，相應(yīng)的地震基本烈度為6度。按規(guī)范要求，主壩不需進(jìn)行抗震安全復(fù)核。根據(jù)現(xiàn)狀運(yùn)行情況及規(guī)范，本次對(duì)主壩上、下游坡進(jìn)行了抗滑穩(wěn)定計(jì)算分析。計(jì)算程序?yàn)橹袊?guó)水利水電科學(xué)研究院開(kāi)發(fā)的STAB95穩(wěn)定分析軟件。根據(jù)水庫(kù)具體情況及規(guī)范要求，主要分析正常運(yùn)用、非常運(yùn)用I情況下的主壩上、下游坡抗滑穩(wěn)定性，具體計(jì)算工況見(jiàn)表3。

4.3 孔隙水壓力確定

穩(wěn)定滲流期的壩體內(nèi)部孔隙水壓力根據(jù)主壩滲流計(jì)算分析結(jié)果[7]并結(jié)合監(jiān)測(cè)資料分析[4]綜合確定；庫(kù)水位降落期的壩體內(nèi)部孔隙水壓力根據(jù)規(guī)范采用近似方法確定。主壩上游坡為砂殼，庫(kù)水位驟降后，假設(shè)壩殼內(nèi)的孔隙水壓力迅速消散。

4.4 計(jì)算結(jié)果分析

表1 主壩頂縱向傾度計(jì)算成果Table1:Calculation result of longitudinal inclination of main dam crest

圖1 主壩計(jì)算簡(jiǎn)圖Fig.1 Main dam cross sections

表2 穩(wěn)定分析選用物理力學(xué)指標(biāo)表Table 2:Physical-mechanical properties of the material in calculation

表3 主壩抗滑穩(wěn)定計(jì)算安全系數(shù)成果Table 3:Safety coefficients for structural stability computation against sliding

根據(jù)規(guī)范[6]要求，對(duì)2級(jí)建筑物，采用簡(jiǎn)化畢肖普法分析時(shí)：正常運(yùn)用條件下，壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)應(yīng)不小于1.35；非常運(yùn)用條件I下，壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)應(yīng)不小于1.25。對(duì)上游坡水位降落情況，當(dāng)同時(shí)采用總應(yīng)力法與有效應(yīng)力法進(jìn)行分析時(shí)，應(yīng)以較小的安全系數(shù)作為依據(jù)。

抗滑穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。由表3可見(jiàn)，主壩在正常運(yùn)用條件及非常運(yùn)用工況I條件下，壩坡靜力抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均大于規(guī)范要求值。因此，主壩抗滑穩(wěn)定滿足規(guī)范要求。

5 其他結(jié)構(gòu)安全問(wèn)題

5.1 壩頂寬度和超高復(fù)核

南主壩、北主壩壩頂寬度8.0 m，滿足規(guī)范[6]中對(duì)低壩壩頂寬度5.0～10.0 m的規(guī)定。根據(jù)防洪復(fù)核，現(xiàn)狀壩頂超高滿足防洪安全要求；防滲心墻頂設(shè)有防浪墻，且正常蓄水位低于心墻頂高程，現(xiàn)狀防滲體頂超高滿足防洪安全要求。

5.2 護(hù)坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

北主壩、南主壩上游坡均采用干砌石護(hù)坡，下游壩段主要采用草皮護(hù)坡。運(yùn)行過(guò)程中，南、北主壩曾因護(hù)坡厚度不足，出現(xiàn)護(hù)坡水毀和滑塌的情況，采用水泥砂漿表面粘結(jié)或細(xì)石混凝土灌縫粘結(jié)的方式加固處理。從運(yùn)行情況看，近期運(yùn)行情況良好；從此次現(xiàn)場(chǎng)檢查情況看，護(hù)坡外觀完整、無(wú)明顯破損情況。

6 結(jié)論和建議

綜上所述，目前主壩運(yùn)行狀態(tài)良好，壩體沉降已基本穩(wěn)定，壩體產(chǎn)生裂縫的可能性較小；壩坡抗滑穩(wěn)定安全基本滿足規(guī)范要求；壩頂寬度和超高滿足規(guī)范要求，護(hù)坡穩(wěn)定性良好。建議繼續(xù)加強(qiáng)對(duì)主壩的監(jiān)測(cè)和檢查，及時(shí)對(duì)觀測(cè)資料進(jìn)行整編分析，加強(qiáng)安全管理，保障主壩工程安全。

[1]南京水利科學(xué)研究院.板橋水庫(kù)洪水復(fù)核和防洪安全評(píng)價(jià)報(bào)告[R].2008.

[2]駐馬店市板橋水庫(kù)管理局.駐馬店市板橋水庫(kù)大壩運(yùn)行管理報(bào)告[R].2008.

[3]板橋水庫(kù)現(xiàn)場(chǎng)安全檢查專家組.河南省駐馬店市板橋水庫(kù)現(xiàn)場(chǎng)安全檢查報(bào)告[R].2008.

[4]南京水利科學(xué)研究院.駐馬店市板橋水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)資料分析報(bào)告[R].2008.

[5]中華人民共和國(guó)水利部.SL274-2001，碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)水利水電出版社,2002.

[6]南京水利科學(xué)研究院.河南省駐馬店市板橋水庫(kù)大壩工程質(zhì)量安全評(píng)價(jià)報(bào)告[R].2008.

[7]南京水利科學(xué)研究院.河南省駐馬店市板橋水庫(kù)土壩滲流、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定分析報(bào)告[R].2008.