摘要：為了滿足深圳市橫崗鎮(zhèn)供水系統(tǒng)用水的迫切需要，同時為擬建的三洲田抽水蓄能電站下庫做準備，銅鑼徑水庫擴建改造。針對擴建初擬的堆石心墻壩和堆石厚斜墻壩兩種壩型進行比選和穩(wěn)定性分析。

　　關鍵詞：水資源利用水利綜合開發(fā)水庫改建工程壩設計堆石壩設計方案經(jīng)濟效益

　　1工程簡述

　　銅鑼徑水庫位于深圳市橫崗鎮(zhèn)，水庫擴建工程是深圳市供水網(wǎng)絡橫崗調蓄工程的主要組成部分。橫崗調蓄工程，是將位于橫崗鎮(zhèn)境內的銅鑼徑水庫擴建成中型水庫，并建提水泵站及鋪設輸水管道，與經(jīng)過此地的外調水源網(wǎng)絡干線相連。目前已完成提水泵站及鋪設輸水管道的建設，水庫擴建工程的實施迫在眉睫。

　　目前銅鑼徑水庫作為深圳市供水網(wǎng)絡干線的聯(lián)網(wǎng)水庫，其擴建工程是增加深圳市供水系統(tǒng)水庫調蓄能力的需要；同時隨著橫崗鎮(zhèn)社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，用水量增長迅速，而有限的水資源和庫容資源明顯制約了經(jīng)濟的發(fā)展，水庫擴建是水資源充分利用及下游防洪的需要及橫崗鎮(zhèn)用水的迫切要求；同時銅鑼徑水庫的有較好的位置及擴建優(yōu)勢。水庫擴建也是三洲田抽水蓄能電站實施的需要，目前深圳市調峰電力機組接近70％是燃油機組，運行經(jīng)濟性差，需要大量淘汰，調峰電力短缺。鑒于抽水蓄能電站多方面的優(yōu)越性，深圳市擬建抽水蓄能電站，其推薦方案為三洲田—銅鑼徑組合方案，電站的下庫為銅鑼徑水庫。要求下庫日調節(jié)庫容約700萬m3，故水庫擴建也是為興建三洲田抽水蓄能電站作準備。電站的運行也要求水庫大壩能滿足水位的較大變化。

　　經(jīng)水量平衡計算及考慮電站運行需要，要求擴建后銅鑼徑水庫正常庫容1610萬m3，主壩壩頂高程80m，現(xiàn)壩頂高程68.35m，需加高11.65m.原主壩橫斷面。

　　2方案選擇

　　由于抽水蓄能電站的運行，將使得水庫在4小時內水位變化約10m，在此時段大壩處于水位的快速變化之中，對于壩坡的穩(wěn)定有極大的影響，現(xiàn)狀的均質土壩壩型不能適應。初擬兩個加壩方案如下。

　　方案1，利用原有主壩，在原大壩基礎上加高培厚。考慮水庫水位變化較大，因此上游壩坡以堆石護坡，與原壩坡之間以砂礫石反濾層過渡，形成堆石厚斜墻壩壩型。堆石厚度以上游壩坡穩(wěn)定計算成果為依據(jù)。優(yōu)點：利用了原有主壩，節(jié)約了一定的工程量。缺點：在現(xiàn)有壩體前坡堆石，侵占了部分庫容。

　　方案2，考慮到水位變化對壩坡穩(wěn)定的要求，在現(xiàn)有主壩下游重新選線新建瀝青混凝土心墻堆石壩，拆除原有主壩。優(yōu)點：更能適應水位變化，庫容比方案一略大。缺點：主壩右壩肩山頭呈三角形，由于現(xiàn)有主壩右壩肩占據(jù)有利建壩位置，新建大壩如要利用原壩作圍堰，則需建于其下游位置，新壩右壩肩不能與山頭很好連接，壩肩滲流問題突出，壩軸線較長，工程量較大。如果將新壩右壩肩布置在現(xiàn)有主壩壩肩處，上述問題即可解決，需要拆除現(xiàn)有主壩中、下游壩體—以前坡?lián)跛�，施工堆石壩下游壩體及防滲心墻—拆除現(xiàn)有主壩上游壩坡—施工堆石壩上游壩坡，但施工干擾大，施工困難。且需要拆除原有主壩及副壩，拆除工程量大，工期較長。

　　3大壩壩坡穩(wěn)定分析

　　根據(jù)工程類比，對堆石壩采用1∶1.5坡比，能夠滿足穩(wěn)定性要求，因此不再進行穩(wěn)定性分析。對于方案1中的土壩選取最大斷面，即河床中心線斷面作為代表性剖面，分別對上游壩坡、下游壩坡進行了穩(wěn)定性計算。計算過程應用“土壩滲流計算程序”計算壩體在各種工況下的浸潤線，在已有浸潤線基礎上應用“土石壩邊坡穩(wěn)定分析程序”計算壩坡穩(wěn)定。

　　1）“土壩滲流計算程序”采用水力學方法按達西定律計算土壩滲流，可確定不透水地基、透水地基均質土壩和心墻壩的滲流量與浸潤線位置并繪出圖形。方案1中壩前坡堆石，其滲流系數(shù)較大（與粘土壩體相差約3個數(shù)量級），基本不擋水，可忽略不計，因此本壩型同透水地基上的均質土壩。輸入變量計算成果。

　　2）土石壩邊坡穩(wěn)定分析程序按照“水工建筑物抗震設計規(guī)范”及“碾壓土石壩設計規(guī)范”編制。采用了瑞典條分法和考慮土條水平側向力的簡化畢肖甫法。程序有四種計算方式，即優(yōu)選法、網(wǎng)格法、及混合法。本次計算采用優(yōu)選法，先給定圓心座標x1、y1、滑弧深度Dp和它們各自的變化步長。第1步，y1、Dp不變，x1變步長算5次，找出最小安全系數(shù)對應的x1；第2步，x1、Dp不變，y1變步長算5次，找出最小安全系數(shù)對應的y1；第3步，x1、y1不變，Dp變步長算5次，找出最小安全系數(shù)對應的Dp，此為一個循環(huán)完成，如精度不滿足要求，將上一循環(huán)中最小安全系數(shù)對應的x1、y1、Dp作為新的初始值，繼續(xù)計算，向最小安全系數(shù)逼近，直到滿足要求為止。根據(jù)《銅鑼徑水庫安全鑒定》中壩體土力學指標及水庫擴建土料場初步勘探，壩體填筑土方及壩基力學指標。

　　①正常蓄水狀態(tài)下壩坡穩(wěn)定性

　　經(jīng)過計算，主壩、1號副壩、2號副壩對應的安全系數(shù)�？梢钥闯觯�在正常蓄水狀態(tài)下，土壩壩坡穩(wěn)定具有一定的安全裕度。

　�、谒�位驟降對壩坡穩(wěn)定性的影響

　　為了模擬水位驟降對壩坡穩(wěn)定性的影響，對水位驟降分別考慮：水位驟降10m時和水位驟降20m.水位驟降的影響通過在相應的滲流計算得到滲流體積力的增加來實現(xiàn)。利用模式優(yōu)化方法搜索水位驟降各階段時壩坡的最危險滑面位置和安全系數(shù)，其對應的安全系數(shù)值如下。壩坡在水位驟降條件下，壩坡的穩(wěn)定性小，但能夠滿足穩(wěn)定性要求。

　�、鄣卣鹋c水位驟降組合條件下壩坡穩(wěn)定性的影響

　　地震對壩坡穩(wěn)定性的影響通過考慮地震加速度對于壩坡穩(wěn)定的影響。與水位驟降組合條件下，是壩坡穩(wěn)定的最不利工況。銅鑼徑水庫大壩壩址位置地震烈度為VII度，對應的地震加速度為0.1倍重力加速度。在此條件下，對應的安全系數(shù)值如下。說明壩坡在地震與水位驟降組合條件下，采用堆石護坡可以滿足設計標準的要求。

　　根據(jù)計算，方案1中主壩在原壩壩址位置加高培厚，并在上游采用堆石護坡，能夠滿足壩坡穩(wěn)定性要求。對于1號、2號副壩，采用新建土壩，并在上游采用堆石護坡，也能夠滿足壩坡穩(wěn)定性要求。

　　4投資估算及結論

　　經(jīng)過計算，方案1總投資約為9376萬元；方案2總投資約為12560萬元。方案1投資小于方案2，因此在兩種加壩方案均能滿足工程需要的前提下，推薦方案1為實施方案。水庫擴建工程的實施對緩解橫崗鎮(zhèn)的缺水矛盾，促進橫崗鎮(zhèn)、龍崗鎮(zhèn)以至全市的經(jīng)濟發(fā)展有相當重要的作用。