朱鑫
【摘 要】當(dāng)前,我國(guó)絕大多數(shù)中小型病險(xiǎn)水庫(kù)年久失修,老化滲漏,嚴(yán)重影響了水庫(kù)的正常運(yùn)行,因此必須對(duì)這些病險(xiǎn)水庫(kù)進(jìn)行除險(xiǎn)加固。文章針對(duì)侶村水庫(kù)存在的主要問(wèn)題和隱患,對(duì)大壩的滲流和穩(wěn)定情況進(jìn)行了數(shù)據(jù)分析,并提出了大壩、溢洪道、放水設(shè)施等主要建筑物的加固方案,簡(jiǎn)述了工程布置形式和建筑物具體尺寸,同時(shí)可以為其他中小型水庫(kù)的除險(xiǎn)加固工程提供經(jīng)驗(yàn)和參考。
【關(guān)鍵詞】小型水庫(kù);除險(xiǎn)加固;設(shè)計(jì)
【中圖分類(lèi)號(hào)】TV697.3 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688(2016)10-0062-03
1 工程概況
侶村水庫(kù)位于廣西柳州市鹿寨縣四排鄉(xiāng)侶村。水庫(kù)壩址控制集雨面積為1.81 km2,總庫(kù)容為27.33萬(wàn)m3,設(shè)計(jì)灌溉面積為0.133 km2(200畝),是一座以灌溉為主結(jié)合養(yǎng)殖的小(2)型水庫(kù),工程等別為Ⅴ等,主要建筑物大壩、溢洪道、放水設(shè)施等為5級(jí)建筑物,洪水標(biāo)準(zhǔn)為30年一遇洪水設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)洪水位為177.55 m,300年一遇洪水校核,校核洪水位為177.89 m。由于年久失修,現(xiàn)實(shí)際灌溉面積為0.106 km2(159畝),且水庫(kù)大壩存在壩肩滲漏、下游排水體松散、溢洪道兩岸擋墻高度不滿(mǎn)足要求、消力池池長(zhǎng)不滿(mǎn)足要求、放水設(shè)施老化漏水嚴(yán)重、溢洪道進(jìn)口處無(wú)交通橋等現(xiàn)象。根據(jù)桂水水管〔2010〕104號(hào)文《廣西?。?)型水庫(kù)大壩安全鑒定暫行辦法》和《水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則》(SL 258—2000),綜合評(píng)價(jià)侶村水庫(kù)為“三類(lèi)壩”,已嚴(yán)重影響水庫(kù)的安全運(yùn)行,為確保水庫(kù)能發(fā)揮應(yīng)有的綜合利用效益,必須進(jìn)行除險(xiǎn)加固。
2 工程存在的主要問(wèn)題
侶村水庫(kù)主要由大壩、溢洪道、放水設(shè)施組成,目前水庫(kù)在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中存在以下比較突出的問(wèn)題。
2.1 大壩存在的主要問(wèn)題
(1)水庫(kù)防洪標(biāo)準(zhǔn)為30年一遇洪水設(shè)計(jì),300年一遇洪水校核,壩頂高程不滿(mǎn)足規(guī)范要求。
(2)大壩下游壩坡出逸段滲流坡降為0.5,大于壩體允許水力坡降0.43,壩體滲透坡降不滿(mǎn)足規(guī)范要求。大壩下游壩坡坡腳排水體松散,大壩左壩肩有約20 m2散浸漏水現(xiàn)象,局部壩坡較陡。
(3)大壩上游壩坡無(wú)防護(hù),壩肩兩側(cè)無(wú)排水設(shè)施,下游壩坡無(wú)人行踏步,無(wú)排水溝。
(4)大壩填土滲透系數(shù)大(7.7×10-4 cm/s),填土質(zhì)量較差,不利于大壩滲流穩(wěn)定。
2.2 溢洪道存在的主要問(wèn)題
溢洪道兩側(cè)邊墻高度均不滿(mǎn)足要求,消力池長(zhǎng)度不滿(mǎn)足要求,漿砌石襯砌抹面砂漿老化、脫落,底板漿砌石損壞嚴(yán)重,溢洪道進(jìn)口段無(wú)交通橋。
2.3 放水設(shè)施存在的主要問(wèn)題
放水斜管為混凝土結(jié)構(gòu),老化且通氣孔低,高水位運(yùn)行易氣蝕;壩內(nèi)放水平管為漿砌石結(jié)構(gòu),已出現(xiàn)開(kāi)裂漏水病害。
3 除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)
3.1 工程總體布置
根據(jù)侶村水庫(kù)安全鑒定結(jié)論及意見(jiàn),本次除險(xiǎn)加固主要設(shè)計(jì)內(nèi)容包括上游鋪設(shè)土工膜防滲、新增混凝土護(hù)坡、壩腳設(shè)混凝土趾墻、壩肩設(shè)混凝土齒槽;壩頂新建防浪墻、新建泥結(jié)石路面;下游種植草皮護(hù)坡、壩肩新建排水溝,拆除重建排水棱體;拆除溢洪道全段漿砌石擋墻及底板;新建進(jìn)口段兩側(cè)漿砌石導(dǎo)墻、新建斜坡段、消力池段擋墻及底板、新建護(hù)坦段;新建跨溢洪道交通橋;拆除原跨消力池輸水管,新建渡槽;拆除原放水斜管,封堵原放水平管,新建梯級(jí)放水斜管和放水平管;新建管理房;維修防汛搶險(xiǎn)道路。
3.2 大壩加固設(shè)計(jì)
3.2.1 壩體(肩)滲流計(jì)算及防滲處理
經(jīng)水庫(kù)現(xiàn)有資料顯示,大壩始建于1965年,限于當(dāng)時(shí)的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)條件,壩基和岸坡清理不徹底,筑壩土料沒(méi)有經(jīng)過(guò)嚴(yán)格篩選,施工質(zhì)量較差。工程運(yùn)行以來(lái),出現(xiàn)壩體、壩肩滲漏問(wèn)題,導(dǎo)致水庫(kù)長(zhǎng)期不能蓄水,嚴(yán)重影響水庫(kù)的安全運(yùn)行。
經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘察發(fā)現(xiàn),水庫(kù)大壩左壩肩有約20 m2散浸漏水現(xiàn)象;同時(shí),采用北京理正滲流計(jì)算軟件和有限元法進(jìn)行計(jì)算,大壩下游壩坡出逸段滲流坡降為0.50,大于壩體允許水力坡降[J]=0.43,壩體滲透坡降不滿(mǎn)足規(guī)范要求,大壩填土滲透系數(shù)為7.7×10-4 cm/s,規(guī)范要求均質(zhì)土壩滲透系數(shù)不大于1×10-4 cm/s,壩體填土質(zhì)量較差,壓實(shí)度偏低,透水性偏大。針對(duì)大壩存在的問(wèn)題,各計(jì)算工況浸潤(rùn)線溢出點(diǎn)高,滲流出逸點(diǎn)均從壩坡逸出。
壩肩滲水處理一般采用“截、排、堵、導(dǎo)”等措施,針對(duì)大壩存在的問(wèn)題,對(duì)大壩防滲進(jìn)行了2個(gè)處理方案的比選:方案一,在壩頂設(shè)灌漿孔對(duì)壩體進(jìn)行高壓擺噴灌漿處理;方案二,在大壩上游壩坡鋪設(shè)復(fù)合土工膜防滲。方案一的優(yōu)缺點(diǎn)是高壓擺噴灌漿方案可以直接在壩頂進(jìn)行施工,不需在上游設(shè)圍堰,但需架設(shè)專(zhuān)用用電線路,施工技術(shù)要求比較高,施工質(zhì)量難以控制,很難達(dá)到良好的防滲效果,工程投資較大;方案二的優(yōu)缺點(diǎn)是采用復(fù)合土工膜防滲的方案,施工簡(jiǎn)單,施工質(zhì)量容易控制,復(fù)合土工膜的滲透系數(shù)達(dá)1.0×10-9~9.9×10-9 cm/s,防滲效果好且投資較少,但復(fù)合土工膜鋪設(shè)受季節(jié)限制,需放空水庫(kù)進(jìn)行。
經(jīng)綜合比較,考慮到方案二施工簡(jiǎn)單,技術(shù)上可靠,投資少,故采用復(fù)合土工膜防滲方案作為推薦方案。本次加固設(shè)計(jì)先對(duì)壩面進(jìn)行平整夯實(shí),清理上游壩坡,再鋪設(shè)規(guī)格為150 g/0.3 mm/150 g的針刺短線滌綸兩布一膜(PE膜),復(fù)合土工膜上再鋪50 mm厚中粗砂墊層,再澆筑100 mm厚的C15混凝土護(hù)坡。
3.2.2 壩體穩(wěn)定計(jì)算及加固
由于加固后大壩的筑壩材料及壩體結(jié)構(gòu)改變,需要對(duì)加固后的壩體進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算,計(jì)算依據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL274—2001)及《小型水利水電工程碾壓式土石壩設(shè)計(jì)導(dǎo)則》(SL189—96),目的在于確保壩體在各種工況情況下穩(wěn)定運(yùn)行。
大壩壩坡抗滑穩(wěn)定分析計(jì)算采用北京理正軟件的碾壓式土石壩邊坡穩(wěn)定分析軟件,按瑞典圓弧法進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算工況見(jiàn)表1,計(jì)算成果見(jiàn)表2。
從表2可以看出:加固后,大壩上下游壩坡在各工況下抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均大于規(guī)范要求的最小安全系數(shù),滿(mǎn)足規(guī)范要求。
3.3 溢洪道加固設(shè)計(jì)
樁號(hào)Y0-006~Y0+000段為進(jìn)口段,本次設(shè)計(jì)新建兩側(cè)導(dǎo)墻,為M7.5漿砌石結(jié)構(gòu),墻頂寬0.4 m,背坡為1∶0.4,外露面用3 cm厚的M10水泥砂漿抹面。左側(cè)擋墻頂高程為175.80~178.20 m,右側(cè)擋墻頂高程為178.20 m,兩側(cè)擋墻基礎(chǔ)埋深應(yīng)不少于30 cm。墻背填土為壓實(shí)黏土。
控制段為開(kāi)敞式無(wú)坎寬頂堰,樁號(hào)為Y0+000~Y0+004,堰頂高程為176.53 m,堰寬13.5 m,長(zhǎng)4 m,為矩形斷面。拆除原漿砌石底板及擋墻,新建0.3 m厚的C20混凝土底板,新建M7.5漿砌石擋墻,擋墻頂寬0.4 m,背坡為1∶0.4,擋墻頂高程為178.20 m。擋墻外露面用3 cm厚的M10水泥砂漿抹面。墻背填土為壓實(shí)黏土。
控制段后為斜坡段,樁號(hào)為Y0+004~Y0+031.35,斜坡段長(zhǎng)27.35 m,寬度為13.5~8 m,拆除原漿砌石底板及兩側(cè)漿砌石擋墻,新建0.3 m厚的C20混凝土底板,底板高程為176.53~170.10 m;兩側(cè)新建M7.5漿砌石擋墻,擋墻頂寬0.4 m,背坡為1∶0.4,擋墻頂高程為178.20~172.70 m,擋墻外露面用3 cm厚的M10水泥砂漿抹面。兩側(cè)擋墻及底板設(shè)φ50 mmPVC排水管,間距為2 m,呈梅花狀布置。墻背填土為壓實(shí)素土。在斜坡段樁號(hào)為Y0+010~Y0+013.5處頂部設(shè)一交通橋,橋總寬3.5 m,凈寬3 m,跨度為11 m,梁板式結(jié)構(gòu),橋面高程為178.82 m。
斜坡段后接消力池,樁號(hào)為Y0+031.35~Y0+041.85,消力池長(zhǎng)10.5 m,池深0.9 m,寬8 m,池底高程為170.10 m。消力池為矩形斷面,兩側(cè)為M7.5漿砌石擋墻,擋墻頂寬0.4 m,背坡為1∶0.4,擋墻頂高程為172.70 m,擋墻外露面用3 cm厚的M10水泥砂漿抹面。底板為0.4 m厚的C20混凝土,邊墻及底板設(shè)φ50 mmPVC排水管,間距為2 m。墻背填土為壓實(shí)素土。拆除原跨消力池輸水管,新建跨消力池鋼筋砼渡槽,渡槽為C25鋼筋砼矩形結(jié)構(gòu),底厚0.2 m,壁厚0.25 m,斷面凈尺寸為0.4 m×0.4 m。
消力池后接護(hù)坦段,樁號(hào)為Y0+041.85~Y0+049.85,護(hù)坦段長(zhǎng)8 m,寬8 m,新建0.3 m厚的C20砼底板,底板高程為171.0 m。
3.4 放水設(shè)施加固設(shè)計(jì)
本次放水設(shè)施改建方案為拆除原放水斜管,封堵原放水平管,新建放水斜管及放水平管。
拆除原放水斜管;原放水平管進(jìn)口段新建C20砼截水墻,尺寸為3 m×3 m×1.5 m(長(zhǎng)×寬×厚);在大壩上游側(cè)緊貼原平管兩壁挖孔樁,挖至原平管處后將原平管截?cái)?,施工上、下游堵頭段,上游采用C20微膨脹混凝土封堵,下游采用1∶3水泥砂漿封堵??讟吨睆綖?.2 m,采用C20鋼筋砼護(hù)壁,厚150~100 mm,施工完成后,孔樁井筒回填C20砼至壩面。
放水斜管新建于大壩上游右側(cè)岸坡,建基面高程為171.91 m,斜管頂部高程為178.51 m,坡比為1∶2.5,放水斜管共14級(jí),每級(jí)高0.3 m,寬0.75 m,為C25鋼筋混凝土箱涵結(jié)構(gòu),斷面尺寸為0.8 m×0.9 m(寬×高)。
放水平管用DN800鋼筋混凝土預(yù)制管,采用頂管法施工。放水平管進(jìn)口高程為172.71 m,放水平管出口高程為172.45 m,水平投影長(zhǎng)度為28 m,底坡i=0.002 8。放水平管設(shè)兩道止水環(huán),管外壁進(jìn)行回填灌漿。放水平管出口處新修明渠將水引至原灌溉渠道,明渠段長(zhǎng)3 m,凈寬1 m,凈高0.9 m,兩側(cè)擋墻為M7.5漿砌石結(jié)構(gòu),寬0.8 m,底板為0.1 m厚C15砼。
4 結(jié)語(yǔ)
水庫(kù)除險(xiǎn)加固應(yīng)遵循“追根溯源,對(duì)癥下藥“的原則,對(duì)病險(xiǎn)水庫(kù)出現(xiàn)的問(wèn)題和現(xiàn)象進(jìn)行分析與論證,從而制定相應(yīng)的加固措施。針對(duì)同一問(wèn)題可提出多種解決方案,參照各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)方案進(jìn)行比選,綜合各方面因素比選出最優(yōu)方案。目前侶村水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程的設(shè)計(jì)工作已完成,正在進(jìn)行施工。
參 考 文 獻(xiàn)
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[責(zé)任編輯:陳澤琦]