杜以芳

（沂南縣張莊鎮(zhèn)水利站，山東 沂南 276309）

沂南寨子水庫位于臨沂市沂南縣沂河支流的銅井河上游，壩址座落于沂南縣銅井鎮(zhèn)張家莊子村西北0.50 km。寨子水庫流域面積25.45 km2，流域形狀為多支流闊葉型，平均寬度3 km，壩址以上平均坡度0.02%，有挑峪、三山溝等3條支流，呈枝狀分布。寨子水庫是一座具有防洪、灌溉、養(yǎng)殖等多功能的中型水庫，灌區(qū)設(shè)計灌溉面積1 606.67 hm2，目前有效灌溉面積133.45 hm2。

寨子水庫工程主要包括大壩、溢洪道、輸水洞3部分，水庫輸水洞為直徑1.50 m的有壓隧洞，進口洞底高程535.85 m，洞長86.0 m，出口高程532.81 m。輸水洞進口有啟閉塔1座，其斷面4 m×4 m，安裝工作閘門1扇，并配有螺桿啟閉機。

1 存在的問題

運行周期較長以及工程建設(shè)初期不合理設(shè)計都會導(dǎo)致水庫存在一定的問題，寨子水庫建于1970年，運行至今，輸水洞存在很多問題，具體如下：

1）輸水洞出口沒有消力措施，沖坑越來越深，沖坑面積越來越大。輸水洞泄洪渠沒有保護措施，不斷吞噬耕地，且威脅左側(cè)居民住宅。

2）輸水洞金屬結(jié)構(gòu)通過現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)如下問題：一是沒有檢修閘門，在實際運行中，對工作閘門的檢修很困難；二是啟閉塔工作閘門橡皮止水變型，漏水，已不能正常發(fā)揮作用；三是輸水洞出口鋼閥門啟閉不靈，漏水、銹蝕。進口啟閉不靈，主絲桿銹蝕現(xiàn)象嚴(yán)重。

2 除險加固措施

根據(jù)對輸水洞存在問題的分析，確定輸水洞的除險加固方案主要為：在輸水洞的出口處設(shè)置消力池，從泄洪建筑物中流出的湍急水流具有極大的動能，將產(chǎn)生巨大的破壞作用力，設(shè)置消力池能將急流轉(zhuǎn)變成緩流，降低甚至避免水流造成的危害。經(jīng)過多年運行，水庫輸水洞進口閘門及啟閉機均已不能正常運行，已經(jīng)嚴(yán)重影響到整個水庫的功效發(fā)揮，因此，應(yīng)對輸水洞進口閘門及啟閉機進行重新安裝更換。

2.1 輸水洞工程布置

消力池除險加固工程主要包括：銜接段擋土墻、消力池及海漫。輸水洞總長度為86 m，直徑1.5 m，進口洞底高程535.85 m，洞長86.0 m，出口底高程532.81 m。

1）銜接段翼墻。輸水洞出口處有一平臺，需要修建鋼筋混凝土翼墻。

2）消力池。輸水洞下游修建消力池，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。消力池底板高程為525.05 m，寬度為10 m，長度22 m，消力池兩側(cè)修建5.6 m高擋土墻，并需要對河道進行土方回填，并對翼墻以上土體按1∶1.5進行削坡。

3）消力池下游需要修建海漫，海漫底板高程為526.65 m，寬度為10 m，長度31 m，海漫兩側(cè)前段5 m鋼筋混凝土翼墻，墻高由4 m降至2 m，后段長26 m，為漿砌石結(jié)構(gòu)。對海漫兩岸進行土方回填，并對翼墻以上土體按1∶1.5進行削坡。

2.2 輸水洞出口消能設(shè)計

1）消能建筑物標(biāo)準(zhǔn)確定。據(jù)水庫洪水調(diào)節(jié)計算結(jié)果，300年一遇輸水洞最大泄量17.0 m3/s，30年一遇泄流量 16.89 m3/s，10年一遇泄流量15.95 m3/s。根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》SL252-2000的規(guī)定，消能設(shè)施采用10年一遇標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，相應(yīng)庫水位為551.6 m。

2）消能型式的選擇。水庫輸水洞為有壓式隧洞，單寬流量、流速及設(shè)計水頭較大，為選擇較為經(jīng)濟合理的消能型式，布置了消力檻與消力池2個方案進行比較，主要工程量及投資情況見表1。

表1 消力檻與消力池方案對比表

由表1可知，消力檻方案混凝土量較大，投資亦較消力池方案多10.35萬元，故采用消力池的消能型式。

3）銜接段翼墻。輸水洞出口處有一平臺，需要修建鋼筋混凝土翼墻。墻高為1.5 m，上頂寬為0.3 m，下底寬為0.5 m。

4）消力池消能計算。鼻坎距閘下水流收縮斷面的距離據(jù)公式計算為11.69 m。為了保護兩岸的居民房屋和耕地，消力池兩側(cè)需要修建5.6 m高翼墻，上頂寬為0.3 m，下底寬為1.2 m，墻后進行土方回填，并對翼墻以上土體按1∶1.5進行削坡。

5）海漫。由海漫長度公式計算得海漫長度為31 m。由于海漫兩側(cè)的擋土墻高度需要從4 m漸變到2 m，漸變段采用C20鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，長度為5 m，上頂寬0.3 m，下底寬由0.9 m漸變到0.6 m；海漫的其余部分采用漿砌石結(jié)構(gòu)，長度為26 m，上頂寬0.5 m，下底寬1.5 m。為使兩岸的邊坡穩(wěn)定，需要對海漫兩岸進行土方回填，并對翼墻以上土體按1∶1.5進行削坡。

2.3 電氣與金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計

本工程金屬結(jié)構(gòu)部分包括：輸水洞工作閘門、檢修閘門、閘門啟閉設(shè)備。

1）設(shè)計條件：輸水洞進口檢修閘門及其啟閉設(shè)備的設(shè)計條件如下，設(shè)計水位：552.45 m，校核水位：553.90 m，底坎高程：535.25 m，孔口尺寸：1.50 m×1.50 m，孔口數(shù)量：1，閘門數(shù)量：1。 閘門結(jié)構(gòu)：進口檢修閘門采用鑄鐵閘門，閘門靜水啟閉。

2）啟閉設(shè)備計算。當(dāng)閘門下游無水時：啟門力 P1=K[0.5γbf（h12-h32）+G]；當(dāng)閘門上下游都有水時：閉門力 P1=K[0.5γbf（h12-h22-h32）+W-G]。 式中：K為安全系數(shù)，采用1.35；γ為水的容重，10 kN/m3；b為閘孔凈寬度，m；f為閘門與閘槽間的摩擦系數(shù)，取0.5；h1為上游水深，m；h2為上下游水頭差，m；h3為下游水位，m；G為閘門自重，kN；W為水對閘門的浮托力，kN。

表2 啟閉設(shè)備計算結(jié)果表 kN

3）設(shè)備選擇。通過計算選用啟閉機性能如下：型式：LQ-500 螺桿式啟閉機， 容量：1×500 kN，揚程：20 m，啟門力：500 kN，閉門力：250 kN，電機功率：7.50 kW。

4）金屬結(jié)構(gòu)工程量。金屬結(jié)構(gòu)工程量：閘門啟閉機配備2座閘門，2臺啟閉機。

5）電氣設(shè)備。工作閘門與檢修閘門交替使用，按一臺啟閉機容量進行計算。為防止斷電而造成啟閉機無法工作，在啟閉機室安裝一臺10 kW柴油發(fā)電機，在停電時供閘門開啟使用。

3 結(jié)語

1）在除險加固工程結(jié)束后，要做好輸水洞養(yǎng)護工作：當(dāng)輸水洞出現(xiàn)分縫滲漏、內(nèi)外力所引起的各種裂縫時，及時用洞內(nèi)修補、補強、襯砌、套管及灌漿等措施進行處理，避免裂縫進一步擴張，減輕危害。

2）水庫輸水洞除險加固后，可以有力地解決水庫因工程老化產(chǎn)生的閘門漏水、輸水洞進口啟閉機啟閉困難等問題，可以最大限度地解除水患，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來便利，提高水庫抵抗水旱災(zāi)害的能力，保證了水庫周邊居民的安全，有力地促進農(nóng)民增收和農(nóng)業(yè)發(fā)展，為當(dāng)?shù)卣巍⒔?jīng)濟發(fā)展提供了保障。