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        團泊水庫除險加固工程設計

        2016-04-07 10:53:16
        水利水電工程設計 2016年1期
        關(guān)鍵詞:圍堤堤頂除險

        任 杰 苗 青

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        團泊水庫除險加固工程設計

        任杰苗青

        摘要團泊水庫位于天津市靜??h,水庫始建于1976年,原設計庫容0.98億m3。1993年,對水庫進行了加高加固,庫容增加至1.8億m3,使團泊水庫成為天津市唯一由區(qū)縣水務局管理,兼有蓄水、供水、水產(chǎn)養(yǎng)殖和環(huán)境生態(tài)等多功能的大(2)型平原水庫。2005年8月對水庫進行首次安全鑒定,鑒定結(jié)論為三類壩,需對水庫進行除險加固。

        關(guān)鍵詞病險水庫安全鑒定除險加固處理方法團泊水庫

        團泊水庫位于天津市靜海縣東15 km,獨流減河南,運東大三角地區(qū)。水庫總占地面積60 km2,蓄水面積51 km2。水庫四周圍堤總長33.36 km,其中水庫北堤為獨流減河右堤,長度7.33 km,東堤長9.88 km,南堤長3.54 km,西堤長12.61 km,水庫圍堤為碾壓式均質(zhì)土堤。

        水庫始建于1976年,屬 “三邊工程”,原設計庫容0.98億m3。1993年水庫進行了增容,在原堤基礎上增加填土高度,根據(jù)設計堤頂高程和寬度,將堤中心向庫區(qū)內(nèi)偏移6 m,圍堤沿迎水面邊坡向內(nèi)填筑。相應圍堤長度發(fā)生變化:北堤長度7.296 km,東堤長9.828 km,南堤長3.512 km,西堤長12.585 km,圍堤總長33.221 km,增容后水庫庫容為1.8億m3,其中興利庫容為1.42億m3,東、南、西三主堤頂寬10 m,頂高程8.50 m,內(nèi)外邊坡均為1∶4,北堤頂寬8 m,坡比為1∶4。庫內(nèi)防浪平臺頂高程6.5~7.5 m,北堤寬30~50 m,其余三堤寬10 m。水庫圍堤設有5座穿堤涵閘,分別為小團泊揚水站1#涵閘、大邱莊揚水站機蓄閘、管鋪頭機蓄閘、管鋪頭低水引水閘及胡連莊引水閘。

        1 工程存在的問題和首次安全鑒定結(jié)論

        1.1工程存在的問題

        水庫建成運行30年來,出現(xiàn)了諸多問題,影響著水庫的安全運行。2005年11月對團泊水庫進行了安全鑒定工作,其主要有如下問題:

        (1)圍堤裂縫、暗溝、塌坑較多。自水庫建成以來,1994年至1996年連續(xù)高水位蓄水,1997年至2002年又連續(xù)空庫,使圍堤干裂內(nèi)部形成裂隙,甚至形成縱橫裂縫,縫寬1~5 cm,降雨后雨水流入裂縫形成暗溝,甚至形成天漏或塌坑,深度達40~50 cm。本次檢查共發(fā)現(xiàn)浪窩38處,積水坑95處,縱向裂縫1條,橫向裂縫3條。橫向裂縫最大縫寬5 cm,縱向裂縫最大縫寬2 cm。

        (2)圍堤滲漏問題。圍堤存在著大小不一的滲漏通道,水庫外側(cè)尤其是西堤、南堤和部分東堤均是養(yǎng)魚池塘,在池塘無水季節(jié)堤外有滲漏現(xiàn)象,滲漏溢出點位置一般在池塘底以上30~50 cm,局部堤段在背水面坡堤腳存在嚴重積水。

        (3)圍堤斷面削弱。團泊水庫二期增容以來,經(jīng)連續(xù)幾年高水位運行,圍堤迎水面坡受風浪淘刷,斷面削弱。南堤及東堤坡面被風浪沖刷出高達1.5 m左右的立坎,還曾發(fā)生堤坡柳樹被連根沖走的現(xiàn)象。西堤最嚴重處防浪平臺被風浪吞噬4~6 m。

        (4)圍堤受冰凌破壞較為嚴重,冬季冰凌爬坡、切穿防浪平臺的現(xiàn)象較普遍,加劇了無冰期風浪對堤身的淘刷。迎水面已做現(xiàn)澆混凝土板護砌的13.80 km堤段抗冰凌及風浪淘刷的效果較好,未護砌的19.421 km堤段圍堤迎水面破壞嚴重、土壤流失嚴重。

        (5)堤頂交通困難。除11+000—13+000段2 km堤頂為柏油路面外,其它堤段無硬化路面,堤頂有很多馬槽、狼窩、塌坑等,雨天泥濘不堪,車輛無法通行,防汛只能走水路。

        (6)5座穿堤涵閘結(jié)構(gòu)破損,閘堤間存在不均勻沉降。閘門及機電設備陳舊老化。

        (7)水庫觀測設備不完善,不滿足規(guī)范要求。

        1.2首次安全鑒定結(jié)論

        按照 “水庫圍堤安全評價導則”和 “水閘安全鑒定規(guī)定”,同意綜合分析確定該水庫為三類壩。針對該水庫存在的實際安全問題,進一步查明堤身質(zhì)量,查明堤基液化和滲流不穩(wěn)定地段的范圍,并結(jié)合當?shù)亟?jīng)濟社會發(fā)展對水庫提出的新要求,制定安全加固方案,提高水庫的經(jīng)濟效益,確保水庫蓄水安全。在水庫實施除險加固前,建議水庫安全運行水位不超過5.0 m。

        1.3水利部核查意見

        2007年10月30日,水利部水利建設管理總站對團泊水庫三類壩安全鑒定結(jié)果進行核查,核查意見如下:

        圍堤超高嚴重不足,現(xiàn)有堤頂高程不滿足工程安全要求。圍堤迎水面坡未做護坡堤段,受冰凌、風浪沖擊,破壞嚴重,致使堤防斷面嚴重削弱,影響圍堤安全。圍堤填筑質(zhì)量差,清基不徹底,堤身裂縫、暗溝、塌坑較多,部分堤段有松散土層。地基低液限粉土,滲透系數(shù)偏大,滲水嚴重。堤身、堤基存在滲流破壞安全隱患,近堤腳的魚塘對堤基和堤背水面坡滲流穩(wěn)定不利?,F(xiàn)運行的4座水閘,抗震性能差,閘、堤間有不均勻沉降,接合部位存在滲流破壞安全隱患。閘身混凝土質(zhì)量差,標號低,碳化、凍融破壞嚴重,鋼筋銹蝕裸露,強度降低。閘門啟閉設備陳舊老化,運行困難,不能安全運行。對圍堤和穿堤涵閘地震液化的危害性,在初步設計中需充分論證,研究相應加固措施。同意三類壩鑒定結(jié)論。

        2 除險加固設計

        2.1設計原則

        根據(jù)水庫安全鑒定結(jié)論及本地區(qū)發(fā)展總體規(guī)劃要求,通過方案比較推薦切實可行的除險加固方案,保證水庫原功能不變。

        2.2工程等別和建筑物級別

        團泊水庫總庫容1.8億m3,按SL252—2000《水利水電工程等級劃分及洪水標準》為大(2)型水庫,工程等別為Ⅱ等,圍堤及穿堤建筑物級別均為2級。

        2.3水文氣象

        靜??h地處半濕潤大陸性季風型氣候區(qū),主要特點是四季分明,春季干旱多風,夏季炎熱多雨,秋季晴朗氣爽,冬季寒冷干燥少雪。

        根據(jù)靜海氣象站1971—2003年資料統(tǒng)計氣象特征值,多年平均年降水量為552.1 mm,降水量年際變化較大,年內(nèi)分配不均。降水量主要集中在6~9月,最大年降水量發(fā)生在1977年,為1 188.2 mm;最小年降水量發(fā)生在 1999年,為307.3 mm;多年平均氣溫為12.5℃,極端最高氣溫41.6℃,極端最低氣溫-19.9℃;多年平均水面蒸發(fā)量(Φ20 mm)為1 848.6 mm,蒸發(fā)以5~6月份為大,造成春旱頻繁發(fā)生;多年平均風速為2.7 m/s,最大風速為22.0 m/s,年最多風向NNW。

        工程區(qū)最大凍土深度70 cm。

        2.4工程地質(zhì)

        團泊水庫位于天津市南側(cè),地貌屬于沖積海積平原的濱海洼地,隸屬華北平原一部分,地勢自西南向東北微傾,地面坡度一般1/6 000左右。

        本區(qū)位于沖積海積平原上,地勢平緩。含水層多為低液限粉土、低液限黏土、粉砂層,淺層地下水類型為孔隙潛水。接受大氣降水補給,徑流微弱,蒸發(fā)或向低洼處排泄。淺層地下水位隨季節(jié)上下波動。水位埋深一般為0.50~2.40 m,據(jù)區(qū)域資料水質(zhì)多為半咸水—咸水,對混凝土沒有腐蝕作用。

        2.5地震動參數(shù)及地震烈度

        根據(jù)GB 18306—2001《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》,本工程區(qū)地震動峰值加速度值為0.15g,相當于地震基本烈度為7度;根據(jù)GB 50011—2001《建筑抗震設計規(guī)范》,本工程區(qū)場地抗震設防烈度為7度,設計基本地震加速度值為0.15g。

        2.6除險加固設計方案

        2.6.1圍堤

        (1)圍堤現(xiàn)狀堤頂高程在7.1~7.80 m,經(jīng)計算圍堤堤頂高程確定為6.50 m,圍堤降低高程后,堤頂寬度不一,范圍在8~26 m。圍堤削堤至設計高程6.50 m,削堤最大高度1.30 m,削堤同時可消除圍堤的表層裂縫及塌坑。降低圍堤堤頂高程,滿足城市生態(tài)水環(huán)境的要求。

        (2)加固圍堤斷面:由于降低水庫正常蓄水位,圍堤頂高程相應降低,與周邊地面高差減小,且滲徑延長,圍堤滲流穩(wěn)定安全系數(shù)提高,滿足規(guī)范要求。

        (3)原有破損護坡拆除重建,原護坡未護砌段增設圍堤迎水坡護坡。

        (4)增設圍堤觀測設施。

        (5)堤頂增設6 m寬瀝青混凝土路面。

        2.6.2穿堤建筑物

        小團泊揚水站1#涵閘、大邱莊揚水站機蓄閘、管鋪頭機蓄閘、管鋪頭低水引水閘原址拆除重建;胡連莊引水閘拆除復堤。增建小團泊低水引水閘。

        2.6.3水庫浚深

        根據(jù)水庫除險加固設計原則,通過比較,綜合考慮各方面原因,確定本次除險加固設計水庫最高水位4.30 m,水庫浚深2.2 m,最低庫底高程-0.50 m,內(nèi)邊線寬度為100 m,相應最大庫容為1.8億m3。

        2.6.4水庫管理機構(gòu)

        團泊水庫管理機構(gòu)為團泊水庫管理處,隸屬靜海縣水務局,全面負責水庫圍堤工程、揚水站、引水閘、機蓄閘及截排水工程設施的運用、維修,以及水庫養(yǎng)殖、旅游等工作。

        團泊水庫的調(diào)度運用歸靜??h水務局。根據(jù)《水利工程管理單位定崗標準》(水辦[2004]307號),經(jīng)核定,管理人員組成基本合理,本次除險加固工程設計編制維持現(xiàn)有人員編制不變。

        2.6.5工程管理設施

        團泊水庫管理處管理用房已經(jīng)滿足現(xiàn)狀辦公要求,本次設計不增加管理用房面積和辦公設施。

        2.6.6施工組織設計

        2.6.6.1施工導流

        本工程為平原水庫,水庫通過5座穿堤涵閘與周圍河渠聯(lián)系。水庫在放空后施工,庫內(nèi)建筑物具備干地施工條件。小團泊揚水站1#涵閘、大邱莊揚水站機蓄閘及管鋪頭低水引水閘下閘后庫堤外側(cè)渠道內(nèi)積水可自流或抽排,形成干地;胡連莊引水閘及管鋪頭揚水站機蓄閘需待水庫放空后在庫堤外側(cè)渠道內(nèi)靜水填筑圍堰擋水。

        2.6.6.2施工總布置

        根據(jù)庫區(qū)范圍較大和工程作業(yè)內(nèi)容,劃分為4個相對獨立施工工區(qū)進行布置,分別位于西堤北部(Ⅰ工區(qū))、西堤中部(Ⅱ工區(qū))、南堤中部(Ⅲ工區(qū))和東堤北部(Ⅳ工區(qū)),主要施工布置有:值班室、鋼木加工廠、綜合修配廠、機械設備停放場、管理及生活用房等,棄渣場布置在圍堤外側(cè)。

        2.6.6.3施工進度

        本工程總工期安排14個月,包括施工準備期、主體工程施工期和工程完建期。第1年10月初開始進行進場準備工作并放空水庫,第2年11月底主體工程完工。

        2.7工程施工

        2010年3月工程正式開工,2010年11月工程完工。至今運行良好。

        2.8設計特點

        團泊水庫建于20世紀70年代,當時設計為地上水庫,水庫水位均較地區(qū)地面高,水庫蓄水位與當?shù)氐叵滤恍纬奢^大水頭差,由于當時施工碾壓不到位,在常年水頭差作用下,圍堤下游側(cè)不同部位出現(xiàn)滲漏點,隨時間延長逐漸形成滲透破壞。

        本次除險加固設計結(jié)合當?shù)匕l(fā)展要求,將地上庫改造為半地下庫。降低蓄水水位,水庫庫底浚深,保證原水庫庫容不變。由于蓄水水位降低,減少了與周邊地下水的水頭差;由于大堤堤頂高程降低,大堤堤頂寬度增加(最大寬度26 m),延長了滲徑,大大增加圍堤滲透穩(wěn)定系數(shù),保證圍堤滲流穩(wěn)定安全。由于圍堤高程降低,與周邊景觀更易結(jié)合,有利于周邊地區(qū)的發(fā)展。

        3 結(jié)語

        靜??h發(fā)展的定位是現(xiàn)代化中等工業(yè)城市,實施 “引資興縣”方針,載體建設初見規(guī)模。目前正規(guī)劃建設水體旅游區(qū)、新興工業(yè)區(qū)、現(xiàn)代物流區(qū)、中心商住區(qū)、綠色生態(tài)區(qū)以及高效養(yǎng)殖區(qū)六大城市板塊,規(guī)劃建設了靜海經(jīng)濟開發(fā)區(qū)、團泊風景區(qū)、天宇科技園、恒泰科技園、子牙環(huán)保產(chǎn)業(yè)園、縣城商貿(mào)住宅區(qū)以及天馬方舟都市生態(tài)農(nóng)業(yè)觀光園等7個縣級重點區(qū)域和12個鄉(xiāng)鎮(zhèn)工業(yè)小區(qū)。本工程的實施保證了水庫運行安全,滿足了當?shù)厣鐣?jīng)濟建設的需要。同時有效地涵養(yǎng)水源,改善庫區(qū)的周邊環(huán)境,這為天津市靜??h的發(fā)展注入新的活力。

        天津地區(qū)平原水庫大多為地上水庫,均存在圍堤背水側(cè)滲流穩(wěn)定破壞問題,團泊水庫除險加固設計方案為其他水庫改造提供成功的改造思路。

        中圖分類號TV54

        文獻標識碼B

        文章編號1007-6980(2016)01-0024-03

        作者簡介

        任杰女高級工程師中水北方勘測設計研究有限責任公司天津300222

        苗青女高級工程師中水北方勘測設計研究有限責任公司天津300222

        收稿日期(2015-11-13)

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