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        王溝水庫除險加固方法簡述

        2012-09-17 10:07:36張小娜張樂元
        山西水利 2012年5期
        關鍵詞:壩坡側墻壩頂

        張小娜,張樂元

        (1.運城市水利勘測設計研究院,山西 運城 044000;2.運城市水務局,山西 運城 044000)

        1 工程概況

        王溝水庫位于平陸縣圣人澗鎮(zhèn)王溝村西的澗東河上,屬黃河流域八政河支流,水庫控制流域面積20.6 km2,總庫容180.0萬m3,是一座以防洪、灌溉為主,兼顧水產養(yǎng)殖的小(一)型水庫。

        水庫樞紐工程由大壩、溢洪道、放水涵洞三部分組成。大壩為均質土壩,最大壩高24.0 m,壩頂長178.0 m,壩頂寬4.0 m。壩基為齒墻式黏土截水槽。大壩上游壩坡 1∶1.6,下游壩坡 1∶2.5~1∶2。溢洪道為開敞式,位于大壩右岸土基上,全長197.38 m,采用M7.5水泥砂漿砌石護砌,由進口溢流段、泄槽段、出口消能段組成,設計最大泄量193 m3/s。放水涵洞位于大壩右岸,斷面為城門洞型,砌石磚拱結構,尺寸1.5 m×1.0 m,全長86.0 m,最大放水流量1.0 m3/s。

        水庫經過多年運行,經鑒定,認為大壩存在安全隱患。因此,為發(fā)揮水庫正常效益,保護下游人民群眾生命財產安全,應盡早進行水庫除險加固。

        2 工程設計

        2.1 洪水標準復核

        根據(jù)《水利水電工程等級劃分標準及洪水標準》,王村水庫屬小(一)型,工程等別為Ⅳ等,其主要建筑物為4級,次要建筑物為5級。本次復核選用防洪標準為30年一遇洪水設計,300年一遇洪水校核。相應洪峰流量為230.08 m3/s和369.15 m3/s,設計洪水位情況下的所需壩頂高程為556.66 m,校核洪水位情況下的所需壩頂高程為557.92 m,水庫現(xiàn)狀壩頂高程556.6 m,壩高不滿足規(guī)范要求。

        2.2 現(xiàn)狀大壩穩(wěn)定分析

        由于現(xiàn)狀壩頂高程低于校核洪水位,采用以下兩種工況進行復核:正常蓄水位時,上、下游壩坡穩(wěn)定分析;庫水位(正常蓄水位)正常降落時,上游壩坡穩(wěn)定分析。壩坡抗滑穩(wěn)定計算采用北京理正軟件開發(fā)公司編制的《穩(wěn)定計算分析軟件》,計算方法為計及條塊間作用力的簡化畢肖普法。計算斷面選擇大壩主河槽最大斷面。依據(jù)《碾壓式土石壩設計規(guī)范》,正常、非常運用條件下壩坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)允許值分別為1.25和1.10。計算結果見表1。

        由計算結果知,下游壩坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)小于允許值,需加固。

        2.3 現(xiàn)狀大壩滲流穩(wěn)定分析

        根據(jù)《碾壓式土石壩設計規(guī)范》要求,結合大壩實際運行情況,由于水庫的設計洪水位和校核洪水位歷時較短,在壩體內形不成穩(wěn)定滲流,滲流穩(wěn)定計算考慮上游正常蓄水位與下游相應最低水位一種工況。滲流計算采用北京理正軟件開發(fā)公司編制的《滲流計算分析軟件》,計算方法采用有限元法。滲流計算斷面選壩體最高斷面處。通過水力比降計算得,壩體出逸滲透比降0.53,壩體允許滲透比降0.46。根據(jù)計算結果可知,壩體土的滲透比降大于允許水力坡降,滲透不穩(wěn)定。根據(jù)勘察報告,壩體土主要為低液限粉土,滲透變形破壞類型為流土。

        表1 大壩抗滑穩(wěn)定計算結果表

        2.4 大壩抗震穩(wěn)定復核

        王溝水庫所在地構造為豫皖斷塊,芮城新裂陷,北側、東北側與中條山塊隆相接,東南側與濟源澠池塊坳相臨。壩址區(qū)設計地震動峰值加速度值為0.15 g,地震動反應譜特征周期為0.40 s,地震基本烈度Ⅶ度。

        計算工況采用正常蓄水位遇地震時上、下游壩坡是否穩(wěn)定,計算采用北京理正軟件開發(fā)公司編制的《穩(wěn)定計算分析軟件》,計算方法為計及條塊間作用力的簡化畢肖普法。計算斷面選擇大壩主河槽最大斷面,通過計算得,大壩在地震情況下,其上游壩坡穩(wěn)定最小安全系數(shù)為1.17,下游壩坡穩(wěn)定最小安全系數(shù)為1.08,小于允許值1.10,不滿足規(guī)范要求。

        2.5 大壩加固設計

        2.5.1 大壩主體工程加固設計

        由于水庫壩高不滿足300年一遇洪水標準,下游壩坡抗滑不穩(wěn)定,壩體滲透不穩(wěn)定,故對壩體除險加固采取以下工程措施:

        壩頂向下游加高至557.2 m高程,增設防浪墻。由于現(xiàn)狀壩高不滿足防洪要求,下游壩坡存在抗滑穩(wěn)定安全問題,故對壩頂進行加高,壩頂由原來的4 m加寬為5 m,下游壩坡坡比由原來的1∶2.0,1∶2.5變?yōu)?∶2.25,1∶2.5,以保證壩坡抗滑穩(wěn)定。

        壩體防滲采用兩布一膜防滲。經計算,壩體滲透不穩(wěn)定,且水庫大壩由于施工質量差,造成壩體土密實度不一,均勻性差。為提高壩體抗?jié)B能力,在壩體上游鋪設復合土工膜來進行防滲處理。

        壩體上游設干砌石護坡,背水坡進行培厚處理,新建壩面縱橫向排水溝及排水棱體。護坡上部自壩頂起,下部至淤積層。根據(jù)當?shù)刂尾牧弦约袄碚摻涷炞罱K確定,需設兩層反濾層,第一層為粗砂墊層,厚度為15 cm,粒徑范圍為0.5~2 mm;第二層反濾層為砂礫料,厚度為20 cm,粒徑范圍為10~60 mm。

        新建排水棱體高3.1 m,地面以上高2.0 m,地面以下 1.1 m,頂寬 2.0 m,底寬 7.4 m,內坡比 1∶1.5、外坡比1∶2。從外到內依次為干砌塊石、碎石、砂礫料和粗砂,砌筑石塊應力求緊密嵌合。

        為防止暴雨沖刷壩肩和下游壩坡,在壩坡設置縱橫向排水溝,在下游壩坡與岸坡結合處及樁號0+080處布設橫向排水溝3條,沿馬道內側及排水棱體下游坡腳設縱向排水溝2條。橫向排水溝及馬道內側縱向排水溝斷面尺寸為0.3 m×0.3 m,采用現(xiàn)澆C15混凝土砌筑;下游坡腳處縱向排水溝為梯形,底寬0.5 m,高0.5 m,邊坡1∶1,采用M7.5水泥砂漿砌石砌筑。

        壩頂新建防浪墻,其為M7.5水泥砂漿砌石擋土墻結構,壩頂以上墻高1.0 m、寬0.6 m,墻頂高程558.20 m。防浪墻伸入壩基部分1.4 m,基礎底寬1.3 m。防浪墻每隔10 m設一道橫向伸縮縫,縫寬2 cm,縫內用1∶1∶4瀝青、水泥、砂漿和聚氯乙烯膠泥填塞。

        為方便管理人員巡察,壩頂路面鋪設0.2 m厚泥結碎石,以2%橫坡向下游傾斜。

        2.5.2 溢洪道改造設計

        溢洪道位于大壩右岸,全長197.38 m,由進口段(漸變段、溢流堰)、陡坡段、跌水、輸水渠和出口段組成。進口部分漸變段為八字墻,長9.88 m,寬度由16.56 m漸變到12 m。溢流堰為水平直段,長14.0 m;陡坡段長52.0 m,坡度1∶10,側墻為重力式擋土墻,起點高6.0 m,末端漸變到3.0 m;消力池段長28.0 m,池深1.5 m;輸水渠長80.0 m,側墻為重力式擋土墻,起點高3.0 m,末端漸變到2.2 m;出口段為挑流式,長5.0 m,傾角15°,出口跌差11.3 m。由于側墻傾斜,底板砂漿脫落嚴重,本次對溢洪道進行改造。進口段拆除重建,新建交通橋。

        控制段側墻高6.0 m,為重力式擋土墻,頂寬0.6 m,外邊坡 1∶0.4,底部寬 3.0 m,基礎寬 4.0 m;底板為0.6 m厚M7.5水泥砂漿砌塊石,下墊0.4 m三七灰土。陡坡段、跌水、輸水渠和出口段采用現(xiàn)澆C20混凝土進行襯砌,底板襯砌厚0.2 m,側墻0.15 m;澆筑時采用預埋直徑12 mm鋼筋,長0.3 m,插入原砌體0.2 m,外露0.1 m,呈梅花形布置,每平米5根。消力池段由于墻高6.0 m,故側墻增設直徑10 mm的鋼筋網,間距為20 cm×20 cm。

        溢洪道末端挑流下游采用鉛絲籠石護砌10.0 m,兩側采用漿砌石重力墻進行護砌,每側長5.0 m。墻頂頂寬 0.6 m,高 14.8 m,外邊坡 1∶0.4,底部寬 6.12 m,基礎寬8.12 m。

        2.5.3 放水臥管設計

        臥管布設在大壩上游右側岸坡,臥管縱坡比為1∶2.5,每級臺階高差為0.4 m。臥管總高差為12.0 m,共布設30個臺階,第一放水孔高程為541.5 m,通氣孔一臺高程為553.5 m。臥管采用箱式方形結構,現(xiàn)澆C25混凝土澆筑,蓋板采用預制C25鋼筋混凝土板。

        3 結語

        王溝水庫除險加固工程實施后,可提高水庫安全系數(shù),延長水庫運行壽命,保障水庫正常運行及下游人民生產生活安全,促進當?shù)厣鐣洕l(fā)展。

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