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        大同縣魚兒澗水庫除險加固方案探析

        2016-04-08 08:34:10賀瑜大同縣水務(wù)局山西大同037300
        陜西水利 2016年4期
        關(guān)鍵詞:蓄水位壩坡壩頂

        賀瑜(大同縣水務(wù)局山西大同037300)

        大同縣魚兒澗水庫除險加固方案探析

        賀瑜
        (大同縣水務(wù)局山西大同037300)

        本文根據(jù)大同縣魚兒澗水庫運行狀況,針對水庫病、險情等問題,對水庫進(jìn)行了除險加固設(shè)計,徹底消除其安全隱患,確保水庫正常運行,使其發(fā)揮應(yīng)有的經(jīng)濟效益和社會效益。

        水庫除險加固;建設(shè)方案;探析

        1 工程概況

        大同縣魚兒澗水庫位于山西省大同縣瓜園鄉(xiāng)魚兒澗村西,所在河流為海河流域桑干河一級支流東紫峰溝,控制流域面積為45km2,流域平均坡度11‰,多年平均降雨量為394mm。水庫修建于1989年,設(shè)計總庫容32萬m3。大壩為碾壓均質(zhì)土壩,壩高7m,壩頂寬8m,壩長87m。近年來年均蓄水庫容12萬m3,年均灌溉面積0.2萬畝,是一座以灌溉為主兼有水產(chǎn)養(yǎng)殖的小(2)型水庫,工程等級為Ⅴ級,水工建筑物級別為5級。水庫壩高7m,上下游水頭差小于10m,根據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》,按平原、海濱區(qū)水利水電工程永久性水工建筑物的洪水標(biāo)準(zhǔn)為:重現(xiàn)期為10年一遇;校核標(biāo)準(zhǔn)重現(xiàn)期為20年一遇。經(jīng)調(diào)洪演算,魚兒澗水庫20年一遇校核洪水,總庫容26萬m3。

        2 存在問題

        2.1大壩存在問題

        大壩為碾壓均質(zhì)土壩,壩高7m,壩頂寬8m,壩長87m。其主要問題在于:

        (1)壩體填土巖性主要為低液限粉土,局部為低液限粉質(zhì)粘土或粘土,壩體結(jié)構(gòu)松散,組成物質(zhì)較雜亂,均質(zhì)性差。原壩體施工時未經(jīng)碾壓或碾壓不實,壩體存在滲透變形和接觸帶滲漏問題。水庫壩基滲透比降不滿足規(guī)范要求,加之壩后未做排水,對下游邊坡穩(wěn)定不利。

        (2)上游壩坡無護坡,下游壩腳無排水設(shè)施,壩后有滲漏;壩頂不規(guī)則,無防浪墻,壩肩水蝕沖刷嚴(yán)重;無泄洪設(shè)施,放水臥管破損嚴(yán)重,泄洪能力不足;水庫無任何大壩安全觀測設(shè)施。

        2.2庫區(qū)存在的問題

        從庫區(qū)的地形、地貌方面來看,河流兩岸岸坡較緩,庫區(qū)低于低洼谷地,為周邊地表和地下水的排泄區(qū);從巖性條件看,庫底基本由上更新統(tǒng)湖積低液限粉質(zhì)粘土構(gòu)成,可視為庫底隔水層,但在壩中部壩體與壩基接觸帶存在1m厚的粗沙透鏡體,故庫區(qū)整體上存在接觸滲漏的可能。

        3 水庫除險加固方案

        針對水庫病、險情,為徹底消除其安全隱患,確保水庫正常運行,根據(jù)大壩安全鑒定評價結(jié)論及建議,根據(jù)省水利廳頒發(fā)的《山西省?。?)型病險水庫除險加固工程初步設(shè)計指導(dǎo)意見(試行)》以及對水庫樞紐各部分在防洪和結(jié)構(gòu)、滲流安全分析的基礎(chǔ)上,擬定水庫除險加固方案為:大壩壩體壩基防滲處理;新建溢洪道;放水臥管維修;上游壩坡增設(shè)干砌石護坡;下游增設(shè)排水排滲設(shè)施;增設(shè)壩頂防浪墻,鋪設(shè)混凝土路面。

        4 水庫除險加固設(shè)計

        4.1壩頂高程設(shè)計

        本水庫大壩為均質(zhì)土壩,根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》(SL274-2001)的規(guī)定計算。水利水電工程永久性擋水建筑物頂部高程應(yīng)按設(shè)計情況和校核情況時的靜水位加相應(yīng)的波浪爬高,風(fēng)雍增高和安全加高。根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》(SL274-2001)5.3.3條規(guī)定,大壩壩頂高程應(yīng)分別按以下運用情況計算取其最大值:

        (1)設(shè)計洪水位加正常運用情況的壩頂超高;

        (2)正常蓄水位加正常運用情況的壩頂超高;

        (3)校核洪水位加非常運用情況的壩頂超高;

        (4)正常蓄水位加非常運用情況的壩頂超高,再加地震安全超高。

        地震安全加高根據(jù)《水工建筑物抗震設(shè)計規(guī)范》(SL203-97)5.2.3條的規(guī)定應(yīng)取1.0m。

        經(jīng)計算魚兒澗水庫現(xiàn)狀壩頂高程953.0m,本次設(shè)計擬增設(shè)壩頂防浪墻1.0m,防浪墻頂高程954.0m。

        4.2大壩滲流及壩坡穩(wěn)定分析

        4.2.1滲流計算

        對壩體進(jìn)行滲流計算,出逸點高度0.58m,滲透比降0.52<允許值0.54,單位寬度流量q=0.012m3/(d·m),經(jīng)計算,下游壩坡滲流穩(wěn)定。

        4.2.2壩坡穩(wěn)定計算

        (1)穩(wěn)定計算工作條件。依據(jù)水庫工程等別,大壩為主要建筑物,按五級建筑物復(fù)核。大壩穩(wěn)定計算選取本次實測大壩剖面為代表,進(jìn)行抗滑穩(wěn)定計算。根據(jù)《水庫大壩安全評價導(dǎo)則》SL258-2000、《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》(SL274-2001),并結(jié)合水庫實際運行情況,本次穩(wěn)定復(fù)核只對水庫正常運行情況和非常運行情況進(jìn)行分析計算,其中本地震烈度為Ⅶ度,相應(yīng)水平間的設(shè)計地震加速度代表值為0.15g。

        (2)穩(wěn)定計算方法。魚兒澗水庫大壩為均質(zhì)碾壓土壩,本次壩體穩(wěn)定計算由北京理正軟件公司設(shè)計的邊坡穩(wěn)定分析計算軟件來分析計算,計算方法為圓弧法中的瑞典圓弧法,用有限元來進(jìn)行分析計算,計算公式為穩(wěn)定滲流期有效應(yīng)力法公式。

        (3)穩(wěn)定計算參數(shù)的確定。本次大壩穩(wěn)定復(fù)核計算采用參數(shù)取自勘探試驗成果,壩體最大斷面位于壩軸線中部,采用鉆孔資料,填土料以粉土為主,土層厚度8m、比重2.7、飽和度55.7、天然孔隙比0.695%、飽和容重20.0kN/m3、凝聚力18.5kPa、內(nèi)摩擦角22.4°。壩基為粉質(zhì)粘土,土層厚度12m、比重2.73、飽和度85、天然孔隙比0.918%、飽和容重19.02kN/m3、凝聚力20.3kPa、內(nèi)摩擦角24.9°。

        4.2.3壩坡穩(wěn)定計算結(jié)果

        通過土石壩邊坡穩(wěn)定計算可得各種工況下的大壩上、下游壩坡穩(wěn)定安全系數(shù),上游壩坡在正常運行期(蓄水位949.0m)的安全系數(shù)為1.83,在正常運行期+Ⅶ級地震(蓄水位949.0m)的安全系數(shù)為1.68。下游壩坡在正常運行期(蓄水位949.0m)的安全系數(shù)為1.74,在正常運行期級(蓄水位949.0m)的安全系數(shù)為1.57。大壩圓弧滑裂面上游壩坡在正常運行期(蓄水位949.0m)的圓心坐標(biāo)9.48m,13.28m、半徑16.94m,在正常運行期+Ⅶ地震(蓄水位949.0m)的圓心坐標(biāo)9.12m,13.56m、半徑18.20m,下游壩坡在正常運行期(蓄水位949.0m)的圓心坐標(biāo)8.24m,13.48m、半徑17.54m,在正常運行期+Ⅶ地震(蓄水位949.0m)的圓心坐標(biāo)8.04m,13.68m、半徑18.64m。

        4.2.4壩坡計算成果分析

        本次計算主要以大壩最大剖面來進(jìn)行分析計算,由軟件計算結(jié)果分析,在庫水位達(dá)到溢洪道底高程水位949.0m,壩內(nèi)浸潤線均在下游貼坡排水體內(nèi)出逸,故壩內(nèi)滲流穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求。同時從壩坡穩(wěn)定計算結(jié)果來看,上下游壩坡在正常運行情況、特殊運行情況下抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求,因此大壩是穩(wěn)定的。

        5 大壩具體加固措施

        針對大壩存在的主要問題,經(jīng)過分析,確定大壩除險加固工程項目如下:

        5.1大壩上游護坡處理

        大壩上游原無護坡保護,本次設(shè)計針對大壩上游壩坡增設(shè)護坡,護砌范圍為946.5m至壩頂(953.0m)。按坡比1:3.0鋪設(shè)30cm厚卵礫混合料反濾層后砌筑30cm厚干砌塊石護坡。采用此種護坡手段相對堅固,而且外形美觀。如果遇到較大的風(fēng)浪或者壩坡出現(xiàn)一定的沉降時,能夠很好地適應(yīng)形變的發(fā)生,同時也具有良好的抗凍性能以及耐久性能。

        5.2大壩下游坡處理

        壩下游坡采用C15混凝土菱形網(wǎng)格,網(wǎng)格內(nèi)種植草皮。采用此種護坡手段,可以有效的降低施工強度,縮短施工周期,同時也能保證護坡具有良好的整體結(jié)構(gòu),而且又具有一定的生態(tài)效益與經(jīng)濟效益。

        5.3壩頂結(jié)構(gòu)處理

        壩頂上游側(cè)增設(shè)防浪墻,長87m,防浪墻采用M7.5漿砌石砌筑,高1.0m,寬度為0.5m,基礎(chǔ)埋設(shè)深度為1.2m,頂部采用現(xiàn)澆C15混凝土壓頂,厚10cm,兩側(cè)出沿5cm,防浪墻面M10水泥砂漿抹面2cm厚,每隔8m設(shè)1道伸縮縫。壩頂寬度8m,壩頂高程953.0m,壩長97m,鋪設(shè)20cm后混凝土路面。加設(shè)防浪墻結(jié)構(gòu)有效的降低了壩體自身的高度,同時又能發(fā)揮阻洪、阻水等作用。

        5.4壩后排水處理

        下游左右壩肩設(shè)混凝土U型渠橫向排水溝(30m×40cm)各一道,壩頂下游側(cè)設(shè)縱向排水溝。壩坡下部新建帖坡排水長75m,設(shè)計頂寬1.8m,頂高程948.0m。排水體上層為40cm厚干砌石,下層為30cm卵礫混合料墊層。對壩后進(jìn)行排水處理,可避免壩體浸潤線過高,使大壩的運行更加安全。

        5.5放水臥管改造處理

        放水臥管位于大壩左側(cè),進(jìn)口設(shè)施已嚴(yán)重?fù)p壞,嚴(yán)重影響了水庫的蓄水能力。

        拆除已損壞建筑物,新建臥管及消力池采用現(xiàn)澆C25鋼筋混凝土,臥管共分6階,人行臺階4階,每階高差0.5m,最低臺階進(jìn)口底高程948.0m,放水孔孔徑0.35m,坡比為1:3.0;消力池池長3.0m,池深2.0m。

        5.6溢洪道工程

        水庫溢洪道位于大壩右岸,為敞開式溢洪道,由進(jìn)口段、控制段、泄槽段及出口消能段組成,總長66m,最大泄量Q=43m3/s。

        進(jìn)口段八字墻長12m,開口寬由8m漸縮為6m,墻高4.0m為漿砌石結(jié)構(gòu),背水面1:0.4,基礎(chǔ)為1.2m深的M7.5漿砌石結(jié)構(gòu),進(jìn)口高程為949.0m,底板為0.8m厚漿砌石。

        控制段采用6m跨、8m寬,4.0m高公路橋設(shè)計,邊墻為M10漿砌石擋墻,墻高4.0m,背水面1:0.5,基礎(chǔ)為1.5m厚M10漿砌石,下方鋪筑0.1m厚C10現(xiàn)澆混凝土墊層,底板采用M7.5漿砌石,高程949.0m。

        采用此方案不僅有效確保了大壩的水流順暢,同時施工便捷、工期短,并能有效的避免洪道的滲漏問題出現(xiàn)。

        6 結(jié)語

        通過對大同縣魚兒澗水庫加固方案的分析與設(shè)計,得出了該方法的技術(shù)可行性以及經(jīng)濟適用性,不僅為大同縣魚兒澗水庫的加固提供了可靠的方案,同時也給此類問題的處理給予了一定的參考依據(jù)。陜西水利

        [1]孫俊峰.水庫大壩防滲加固設(shè)計探析[J].中國水運(下半月).2016(01):190-191.

        [2]何偉琴.水庫大壩滲漏原因分析及除險加固設(shè)計[J].水利科技與經(jīng)濟.2016(01):27-29.

        [3]高貴芬.關(guān)于水利大壩除險加固的設(shè)計及其施工分析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用.2016(05):196.

        [4]王青惠.紅雁池水庫除險加固后大壩滲流監(jiān)測[J].水利科技與經(jīng)濟.2016(03):36-37.

        (責(zé)任編輯:唐紅云)

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