冲巴湖水库大坝迎水面修复设计

李亚文，阿旺次仁，侯元升，罗 桑

（1.中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林长春130021；2.西藏满拉水利枢纽管理局，西藏江孜857400）

1 概述

冲巴湖水库位于年楚河左岸源头支流冲巴涌曲上，地处西藏自治区日喀则市康马县境内，距康马县县城43 km。坝址控制集水面积184 km2，径流由冰川冰雪融水、降水、地下水补给，湖口多年平均径流量为2.94 m3/s。

冲巴湖水库是一座以灌溉为主，兼顾防洪和保护生态环境任务的工程。工程为Ⅱ等大（2）型工程，主要建筑物按Ⅱ级设计，次要建筑物按Ⅲ级设计。水库基本参数：正常蓄水位4 578.00 m，死水位4 569.50 m，设计洪水位4 578.25 m，相应下游水位4 571.70 m，校核洪水位4 578.45 m，相应下游水位4 571.70 m，总库容6.61×108m3，兴利库容1.13×108m3。设计洪水重现期500 年，校核洪水重现期5 000 年。水库设计灌溉面积为4.33 万hm2（其中耕地3.00 万hm2）。

枢纽工程主要有主坝、左副坝、右库岸、溢洪道、放水系统等建筑物组成。主坝为粘土心墙砂砾石坝，坝顶高程为4 581.20 m，最大坝高11.90 m，坝长120.00 m，坝顶宽6.00 m，上游护坡采用钢筋混凝土，下游护坡采用干砌石；副坝位于主坝左侧，为高喷混凝土防渗墙砂砾石坝，最大坝高3.90 m，坝长578.00 m，上下游护坡均采用干砌石；右库岸长150.00 m，上游护坡采用干砌石。溢洪道采用开敞式，总长321.50 m，设计下泄流量为15 m3/s。放水系统包括引渠、启闭机室、放水洞、消力池、放水渠，放水洞设计放水流量为40 m3/s，放水渠总长405.00 m。

2 大坝存在的问题

冲巴湖水库大坝于1986 年进行勘测设计，1989 年竣工并投入运行。由于当时受资金的限制，勘测工作量不足，设计标准低，未考虑防洪库容，水库各建筑物不满足规范要求，加之维护、检修工作跟不上，水库上游坝面局部沉陷、架空，坝顶浅层纵向贯通裂缝逐年增大、下游坝面局部变形和破坏，坝肩绕坝渗漏，放水系统、翼墙、洞身及消力池等建筑物破坏严重，溢洪道存在冰冻破坏和渗漏险情，库岸淘刷渗漏严重，管理与观测设施缺乏。2000 年9 月开始进行除险加固，2002 年初验收并投入正常运行。

除险加固后，冲巴湖水库已正常运行近20 年，由于长期反复经受冰推、冻胀、浪淘作用，目前水库左副坝、右库岸迎水面干砌石护坡（主坝左右两侧）局部松动、错位、隆起、沉陷。

3 大坝迎水面修复设计

3.1 基本资料

库区最大风速为29.60 m/s，多年平均最大风速为23 m/s，风区长3 000 m。库区最高气温为15 ℃，最低气温为-30 ℃。最大冻土深度为1.60 m，湖面结冰厚20~40 cm，结冰期为每年10 月底至次年3 月底。日光辐射强烈，日照时间长，多年平均日照3 190 h。湖面蒸发强度大，多年平均水面蒸发1 456 mm。冬季风沙大，持续时间长，空气干燥，相对湿度小，年均相对湿度为43%。

根据国家地震局编制的国家标准GB 18306-2015《中国地震动参数区划图》（1/400 万），工程区地震动峰值加速度为0.20 g，相应地震基本烈度为Ⅷ度。

3.2 原则

1）安全可靠、就地取材、节省投资和工艺简单。

2）考虑坝面美观，并与周围坡面相协调。

3）保持原坝坡坡比，不破坏坝体结构，不侵占水库库容。

3.3 方案

大坝迎水面护坡形式有钢筋混凝土板、干砌石、浆砌石、混凝土预制块等，但该工程为大坝迎水面的局部破坏修复，考虑到大坝迎水面的完整性、与周围坡面的协调性及施工的便利性，冲巴湖水库左副坝、右库岸迎水面护坡修复仍采用原设计方案，即干砌石护坡。

3.4 护坡厚度复核计算

根据SL 274-2001《碾压式土石坝设计规范》，大坝迎水面干砌石护坡在最大局部浪压力作用下的护坡直径计算公式：

式中：D——石块的换算球形直径，m；D50——石块的平均粒径，m；Kt——随坡率变化的系数；ρw——水密度，t/m3，取1 t/m3；ρk——块石密度，t/m3，取 2.65 t/m3；m—— 坝 坡 的 坡 度 系 数 ；hp——累计频率为5%的波高，m；Lm——平均波长，m；t——护坡厚度，m。

波浪的平均波高和平均波周期采用莆田试验站公式计算：

平均波长Lm按下式计算：

式中：g——重力加速度，取9.81 m/s2；hm——平均波高，m；W——计算风速，m/s，正常运用工况采用多年平均最大风速的1.5 倍，为34.50 m/s，非常运用工况采用多年平均最大风速，为23.0 m/s；Hm——水域平均水深，m；D——风区长度，m；Tm——平均波周期，s；H——坝迎水面前水深，m。

干砌石护坡厚度计算结果见表1。

表1 干砌石护坡厚度计算结果表 m

由计算结果可得，冲巴湖水库左副坝、右库岸迎水面干砌石护坡厚度在最大局部浪压力作用下最大为0.328 m，与原设计厚度0.35 m 基本相同，故修复设计采用的干砌石护坡厚度仍为0.35 m。

3.5 护坡修复设计

将左副坝、右库岸迎水面已破坏部位的干砌石及下部反滤层、垫层及无纺布拆除，局部沉陷部位回填砂砾石并压实，压实后的相对密度不低于0.75。按原设计坡比1∶3.5（右库岸迎水面坡比1∶4）修整后，采用35 cm厚干砌石防护，干砌石下依次铺设 10 cm 砂砾石垫层、400 g/m2无纺布、30 cm 砂砾砂反滤层。反滤层分3 层，每层厚10 cm，从下至上第一层粒径d<2 mm，第二层粒径2 mm≤d≤20 mm，第三层粒径20 mm

图1 大坝迎水面干砌石护坡修复设计典型剖面图 （高程：m）

4 结语

冲巴湖水库工程除险加固后已运行近20 年，为确保水库大坝运行安全，保障下游人民群众的生命及财产安全，对已破坏的边坡进行了修复。工程区海拔超过4 500 m，地震基本烈度为Ⅷ度，大坝迎水面修复设计以大坝迎水面的完整性、与周围坡面的协调性及施工的便利性为原则，采用干砌石防护。修复中充分利用拆除的块石，就地取材，工艺简单、节省投资。