李書博
(遼寧江海水利工程公司,沈陽110003)
江家水庫除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)
李書博
(遼寧江海水利工程公司,沈陽110003)
文章以江家水庫除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)作為研究對象,在簡單介紹工程概況的基礎(chǔ)上,對除險(xiǎn)加固的必要性進(jìn)行了分析,并對具體的設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行了討論。工程結(jié)束后的運(yùn)行結(jié)果表明,設(shè)計(jì)理念與內(nèi)容具有較強(qiáng)的科學(xué)性和合理性,有力保障了水庫使用功能的正常發(fā)揮。
江家水庫;除險(xiǎn)加固;輸水洞;溢洪道
江家水庫位于西沙河上游,水庫上游河長7.38 km,河道比降平均值53.4‰,控制面積約21 km2,下游人口2.3萬,耕地2 000 hm2,灌溉面積466.67 hm2。
水庫建成于1979年6月,原設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)、校核洪水標(biāo)準(zhǔn)分別為50 a一遇、500 a一遇;設(shè)計(jì)洪水位、校核洪水位、正常蓄水位、堰頂高程分別為146.98 m、149.05 m、143.40 m、143.40 m,相應(yīng)庫容依次為254.36萬m3、317.65萬m3、162.25萬m3、162.25萬m3,汛限水位143.40 m。
水庫大壩為黏土心墻壩,最大壩高23.6 m,壩頂高程149.20,壩頂寬4.00 m,壩址處多年平均年徑流量159.60萬m3,多年平均降水量550.00 mm。輸水洞為單孔圓形有壓涵洞,直徑0.70 m,最大泄量4.79 m3/s,溢洪道最大泄量644.64 m3/s。
江家水庫于1974年開始興建,于1979年6月正式建成。由于建設(shè)年代較早,所以江家水庫無論在設(shè)計(jì)還是施工方面都存在著許多不盡如人意之處,雖然在30余年的運(yùn)行中采取了一定的補(bǔ)救措施,但并沒有從根本上解決水庫自身存在的問題,具體包括:
2.1 輸水洞
輸水洞主要存在以下問題:
1)原輸水洞進(jìn)出口處啟閉樓與工作橋在水位變動(dòng)部位存在多處破損,需要拆除重建。
2)原有閘門門板銹蝕嚴(yán)重、止水損壞。
3)原閘門啟閉機(jī)已經(jīng)損壞,需進(jìn)行更換。根據(jù)實(shí)際情況。
應(yīng)采取如下措施:
1)輸水洞出口閘閥應(yīng)拆除,改建工作閘門。
2)出口漿砌石邊墻、海漫破損,需進(jìn)行加固。
3)消力池需進(jìn)行重建。
2.2 溢洪道
江家水庫溢洪道位于山體與大壩左端之間,為寬度30 m的側(cè)槽實(shí)用堰,雖經(jīng)多年運(yùn)行但堰體仍保存完好,出口段均為裸露山體巖石;大壩左岸進(jìn)場路設(shè)有一座橫跨溢洪道的工作橋,欄桿嚴(yán)重破損,是水庫運(yùn)行的安全隱患之一;樁號(hào)0+186.57~0+194.82轉(zhuǎn)彎段左岸邊墻嚴(yán)重破損,需拆除重建。
2.3 主壩岸坡
主壩岸坡由安山巖、花崗巖等組成,巖質(zhì)堅(jiān)硬、塊狀致密,大部分山體較厚,但大壩右岸臨近輸水洞處山體風(fēng)化嚴(yán)重、泥沙卵石混雜、岸坡較陡,處于極不穩(wěn)定狀態(tài)且曾有小規(guī)模泥石流發(fā)生,直接威脅輸水洞進(jìn)出口啟閉室的安全,需進(jìn)行相應(yīng)處理[1]。
2.4 其它問題
其它問題包括:
1)主壩壩頂?shù)缆沸枰匦滦藿ā?/p>
2)缺乏專門的水庫管理房。
3)主壩上下游岸坡干砌石護(hù)坡局部存在破損問題,需要翻修。
4)缺乏滲流、雨量、水位觀測設(shè)備,應(yīng)予以添置。
江家水庫為?。á瘢┬退畮?,主要由大壩、輸水洞、溢洪道組成,以防洪灌溉為主要功能,同時(shí)兼顧旅游、水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合效益。水庫下游為繞陽河、西沙河沖積平原,涉及7個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)和北鎮(zhèn)市區(qū),為重要糧食產(chǎn)區(qū),102國道與奈廣線也在水庫下游通過。因此,除險(xiǎn)加固工程的開展無論是對下游地區(qū)人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全的保障還是對加速該地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展都具有重要作用。
3.1 工程等級(jí)、建筑物級(jí)別與洪水標(biāo)準(zhǔn)
根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》(SL252—2000)的相關(guān)要求,江家水庫為?。á瘢┬退畮欤虼怂畮飕F(xiàn)狀工程規(guī)模為:工程等別為Ⅳ等,主要建筑物級(jí)別為4級(jí)。
3.2 大壩加固設(shè)計(jì)
3.2.1 上游護(hù)坡翻修
大壩上游護(hù)坡?lián)p壞嚴(yán)重,需完全拆除重建。護(hù)坡石翻修工程量3 950 m3,墊層翻修工程量3 893 m3。
3.2.2 下游護(hù)坡翻修
大壩下游護(hù)坡相對完好,因此采用一般維護(hù),主要為清理雜草灌木根系以及對局部破損部位進(jìn)行重新護(hù)砌[2]。護(hù)坡石維修工程量為1 591 m3,墊層維修工程量為1 580 m3。
3.2.3 下游排水棱體翻修
大壩下游排水棱體損壞嚴(yán)重,需完全拆除重建。排水棱體翻修工程量1 365 m3。
3.2.4 壩頂路翻修
壩頂路損壞較為嚴(yán)重,已經(jīng)無法滿足行車、行人需求,需重新鋪筑,厚度為0.3 m,翻修工程量為912 m2。
3.3 溢洪道校核計(jì)算
江家水庫溢洪道堰體形式為曲線實(shí)用側(cè)堰,堰頂高程143.4 m,堰體長30 m、高4 m。溢流堰出口接側(cè)槽段,其下接陡槽段。
其中,側(cè)槽段起止樁號(hào)0+000~0+043以及0+000~0+030為緩坡段,0+030~0+043為平直調(diào)整段。陡槽段長80 m,縱向比降0.1,起止樁號(hào)0+043~0+123。
在本次除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)中,拆除樁號(hào)0+186.57~094.82原有導(dǎo)墻,重建重力式漿砌石導(dǎo)墻,相關(guān)參數(shù)為:墻基礎(chǔ)1.2 m,墻高2.35 m,墻頂寬0.5 m,背坡比1∶0.4。溢洪道底板清基0.3 m,重新襯砌0.3 m鋼筋混凝土,襯砌長度123 m。
3.3.1 溢流堰泄量
由于江家水庫溢洪道采用曲線實(shí)用堰,因此泄流能力的計(jì)算采用《溢洪道設(shè)計(jì)》(SL253-2000)中實(shí)用堰泄流公式:
式中:Q為流量,m3/s;B為溢流堰頂凈寬,其值為30 m;H0為計(jì)入行進(jìn)流速水頭的堰上總水頭;g為重力加速度,取值9.81 m/s2;m為流量系數(shù);c為上游堰坡影響系數(shù),因上游堰面為鉛直面,因此取值1.0;ε為側(cè)收縮系數(shù);σs為淹沒系數(shù),因溢洪道為自由出流,因此取值1.0。
ε側(cè)收縮系數(shù)的計(jì)算公式為:
式中:ζk為邊墩形狀系數(shù);ζ0為閘墩形狀系數(shù)。
堰上各水位對應(yīng)的泄洪道泄流量計(jì)算結(jié)果如表1所示。
表1 堰上各水位對應(yīng)的泄洪道泄流量
3.3.2 溢流道側(cè)槽水面線
江家水庫溢洪道側(cè)槽樁號(hào)0+000~0+043,其中,0+000~0+030與溢流堰出口銜接,為緩坡段;0+030~0+043為平直調(diào)整段。側(cè)槽水面線的計(jì)算公式為:
取校核洪水位時(shí)溢流堰下泄流量作為計(jì)算流量,即501.30 m3/s。
根據(jù)《水力計(jì)算手冊》的相關(guān)要求,若水流通過泄水建筑物時(shí)斷面流速>6~7 m/s,則應(yīng)對摻氣的影響加以考慮,計(jì)算公式為:
式中:h、hb分別為計(jì)算斷面水深、摻氣后水深,m;v為計(jì)算斷面在無摻氣狀態(tài)下的流速,m/s;ζ為修正系數(shù),取值范圍1.0~1.4 m/s,流速大的情況下可取大值。溢流道側(cè)槽水面線計(jì)算結(jié)果如表2所示。
表2 溢流道側(cè)槽水面線計(jì)算結(jié)果
3.3.3 流道泄水槽水面線
以樁號(hào)0+043為陡槽起始計(jì)算斷面,以陡槽臨界水深為計(jì)算水深。
以樁號(hào)0+123為末端計(jì)算斷面,屬直槽,無轉(zhuǎn)彎,距離為80 m。
水面線計(jì)算采用如下公式:
根據(jù)《水力計(jì)算手冊》的相關(guān)要求,本次設(shè)計(jì)考慮摻氣影響,所得計(jì)算結(jié)果如表3所示。
表3 泄水槽水面線計(jì)算結(jié)果
3.4 輸水洞加固設(shè)計(jì)
3.4.1 輸水洞洞身
本次除險(xiǎn)加固工程不對洞身進(jìn)行處理。
3.4.2 輸水洞進(jìn)口
拆除并重建原啟閉樓與工作橋;原閘門拆除,更換為1.2 m×1.2 m鑄鐵閘門;更換止水與啟閉設(shè)備,閘門槽表面做除銹處理并噴涂新漆,啟閉機(jī)螺桿按常規(guī)方式進(jìn)行保養(yǎng);新建檢修閘門啟閉室(4.5 m× 3.5 m×2.55 m),排架高4.15 m,排架柱斷面尺寸0.5 m×0.5 m。
3.4.3 輸水洞出口
將原閘閥拆除,新建一座1.2 m×1.2 m的鑄鐵工作閘門,閘室段尺寸2.0 m×2.0 m,啟閉臺(tái)頂高程134.74 m。
除以上內(nèi)容外,拆除原出口消力池,改建為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。消力池進(jìn)口長、寬、厚分別為6.0 m、8.0 m、0.5 m,擴(kuò)散段進(jìn)口處長、寬、厚分別為5.0 m、2.0 m、0.5 m;拆除原漿砌石海漫,改建為鉛絲石籠結(jié)構(gòu)(15.0 m×6.0 m×0.5 m);拆除并重建消力池左右岸邊墻,重建擋墻頂部高程132.84 m。鉛絲石籠、消力池海漫下均設(shè)置厚度為0.3 m的厚墊層。
3.5 山體危石與工程觀測設(shè)計(jì)
水庫右岸壩頭山體危石清除工程量為300 m3,同時(shí)還需增設(shè)滲流觀測設(shè)施、水位觀測站與雨量計(jì)。
江家水庫除險(xiǎn)加固工程施工結(jié)束后,工程設(shè)計(jì)的各項(xiàng)目標(biāo)與要求均得到實(shí)現(xiàn),施工質(zhì)量良好,長期以來影響水庫使用效能正常發(fā)揮的各類問題得到了有效解決,工程取得了良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。
[1]鄧愛麗、孫安帥,等.棘洪灘水庫大壩除險(xiǎn)加固工程措施探討[J].水利經(jīng)濟(jì),2011,29(02):49-51.
[2]湯建華.江西永新斗上水庫病害特征及除險(xiǎn)加固措施[J].價(jià)值工程,2015(02):70-71.
TV697
B
1007-7596(2015)05-0056-03
2014-10-31
李書博(1983-),男,遼寧丹東人,工程師,從事水利水電工程設(shè)計(jì)工作。