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        米倉溝水庫除險加固設計方案優(yōu)化分析

        2016-06-01 09:34:59孫科研王鶴偉
        黑龍江水利科技 2016年3期
        關鍵詞:除險加固設計方案優(yōu)化

        孫科研,王鶴偉

        (遼寧省本溪市水利電力勘測設計研究院,遼寧 本溪 117022)

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        米倉溝水庫除險加固設計方案優(yōu)化分析

        孫科研,王鶴偉

        (遼寧省本溪市水利電力勘測設計研究院,遼寧 本溪 117022)

        摘要:米倉溝水庫是遼寧省本溪市桓仁地區(qū)病險水庫中較典型的1座小(Ⅱ)型水庫,其作用為防洪、灌溉和水產(chǎn)養(yǎng)殖。文章通過對米倉溝水庫目前存在的主要問題、相關計算復核成果以及攔河壩、溢洪道和輸水洞3大部分有針對性的除險加固設計進行優(yōu)化分析論述,對類似水庫除險加固工程設計,具有一定的借鑒和參考作用。

        關鍵詞:米倉溝水庫;除險加固;設計方案;優(yōu)化;分析

        1米倉溝水庫工程概況

        米倉溝水庫是一座以灌溉和養(yǎng)魚為主,兼顧防洪的水利工程。土壩最大壩高8.0 m,壩長為273.78 m,壩頂寬4.0 m,迎水坡為1:3干砌石護坡,背水坡為1:2.75草皮護坡,壩頂高程為257.40 m。

        根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標準》(SL252—2000)規(guī)定,水庫工程規(guī)模屬于小(Ⅱ)型水庫,工程等級為V等,主要建筑物等級為5級,米倉溝水庫原防洪標準:設計標準為20 a一遇洪水標準,校核標準為300 a一遇洪水標準。水庫正常蓄水位254.60 m,相應庫容10.53 萬 m3,死庫容1.79 萬 m3,水庫興利庫容為8.74 萬 m3[1]。

        2目前存在的主要問題及安全鑒定結果

        2.1攔河壩

        攔河壩壩頂路面已損毀,防浪墻局部出現(xiàn)裂縫,上游壩坡存在局部破壞及沉陷現(xiàn)象,干砌石護坡破損嚴重,下游壩坡坡面不規(guī)整,雜草、灌木叢生,攔河壩下游壩坡及壩頂路面現(xiàn)狀圖見圖1。

        2.2溢洪道

        溢洪道導流段底板、邊墻,控制段堰體、邊墻均破損嚴重,泄槽段底板已完全損毀、坍塌,泄槽邊墻經(jīng)多年運行,多處出現(xiàn)裂縫、變形現(xiàn)象,溢洪道無消能防沖設施,溢洪道現(xiàn)狀圖見圖2。

        圖1 攔河壩下游壩坡及壩頂路面現(xiàn)狀圖

        圖2 溢洪道現(xiàn)狀圖

        2.3輸水洞

        輸水洞進水管老化、銹蝕嚴重,吊管啟閉機已損壞,啟閉塔和工作橋多處混凝土脫落,并出現(xiàn)裂縫、變形現(xiàn)象,現(xiàn)已無法繼續(xù)使用。吊管啟閉塔及工作橋現(xiàn)狀圖見圖3。

        圖3 吊管啟閉塔及工作橋現(xiàn)狀圖

        綜上所述,米倉溝水庫存在問題較多,已成為Ⅲ類險庫,從水庫自身安全考慮,水庫除險加固工作是十分必要和緊迫的。

        3米倉溝水庫除險加固設計相關計算復核成果

        1)根據(jù)SL252—2000《水利水電工程等級劃分及洪水標準》,米倉溝水庫屬小(Ⅱ)型水庫,工程等別為Ⅴ等,主要建筑物為5級[2]。當水庫擋水建筑物的擋水高度<15 m,上下游水頭差<10 m時,其防洪標準可按平原區(qū)、濱海區(qū)的規(guī)定確定,即:設計標準為10 a一遇洪水標準,校核標準為20~50 a一遇洪水標準。

        由于米倉溝水庫最大壩高為8.0 m,上下游水位差5.2 m,故本次水庫除險加固設計確定米倉溝水庫設計標準為10 a一遇洪水標準,校核標準為20 a一遇洪水標準。

        2)攔河壩壩型為黏土心墻壩。根據(jù)現(xiàn)場實測:①攔河壩壩長251.18 m,最大壩高8.0 m;②現(xiàn)狀壩頂高程257.20~257.40 m,壩頂寬4.0 m,壩頂路面已損毀,壩頂迎水側防浪墻局部有裂縫,防浪墻頂高程258.40 m;③攔河壩上游壩坡為1∶3,局部有沉陷,干砌石護坡破損嚴重;④下游壩坡為1∶2.75,坡面雜草、灌木叢生,無護坡、排水設施。

        攔河壩壩型為黏土心墻壩,壩底河床屬于砂礫沖積層,其深度約為2.5 m,以下均為基巖,故采用黏土心墻防滲方案,將黏土心墻與基巖緊密相連,以達基礎防滲的目的。黏土心墻頂寬3 m,心墻頂高程255.90 m。

        3)溢洪道工程位于右岸,為開敞式溢洪道,基礎座落在巖石地基上,由進口段、控制段、泄槽段組成。

        溢洪道進口段長8 m,混凝土底板及漿砌石邊墻破損嚴重??刂贫尾捎脤掜斞呓Y構型式,堰頂高程254.60 m,凈寬22 m,堰體損毀嚴重。泄槽段底板為混凝土底板,經(jīng)多年運用,現(xiàn)已完全損毀或坍塌;泄槽段邊墻為漿砌石墻體,已多處出現(xiàn)裂縫、變形現(xiàn)象。溢洪道無消能防沖設施[3]。

        4)輸水洞設在距攔河壩左壩端222.75 m處,為壩下埋管式。由進水口、輸水洞、出口及出口尾水渠組成。

        輸水洞進口底高程為253.17 m,采用吊管式取水方式控制,進水管經(jīng)多年運行,老化、銹蝕嚴重,吊管啟閉機已損壞,啟閉塔和工作橋多處出現(xiàn)裂縫、變形現(xiàn)象,現(xiàn)已無法繼續(xù)使用。

        輸水洞洞身穿過攔河壩底部,為壩下埋管,管徑為0.4 m。

        輸水洞出口輸水管由于老化、銹蝕,局部出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象。

        4除險加固工程設計

        除險加固工程設計包括以下4個方面:

        4.1攔河壩除險加固設計

        4.1.1防浪墻、壩頂路面

        根據(jù)頂高程計算結果,現(xiàn)狀壩頂高程257.20~257.40 m,與計算壩頂高程257.369 m相差-0.169~0.031 m。原防浪墻頂高程為258.40 m,滿足要求。由于校核洪水位及設計洪水為均高于心墻頂高程,防浪墻起到擋水作用,因此需要對防浪墻進行防滲處理,具體方法為:在防浪墻背水側從壩頂垂直鋪設700g/m2復合土工膜與黏土心墻相接防滲,土工膜深入心墻0.5 m,頂高程為257.20 m[4]。

        壩頂重新鋪設泥結碎石路面,路面寬采用原壩頂寬度4 m,維修上游側原漿砌石防浪墻,下游側壩肩設路緣石。在壩頂右側每隔25 m設置一盞路燈,以備防汛應急時應用。

        4.1.2護坡及壩坡整理

        攔河壩上游面邊坡為1:3,從死水位253.17 m以上設置干砌石護坡,死水位以下為拋石體護腳。其加固處理內(nèi)容為:

        1)上游坡拆除死水位 253.17 m高程以上已破損的干砌石護坡,拋至上游壩腳護腳,重新鋪設0.30 m厚的干砌石護坡,下設0.20 m厚的碎石墊層和0.10 m厚的砂墊層。清挖干砌塊石40%用于重新鋪砌上游面護坡及下游壩坡貼坡排水部分。

        2)從253.17 m高程起始向下,利用原干砌石護坡進行拋石護腳。

        攔河壩下游面邊坡為1∶2.75。其加固處理內(nèi)容為:

        1)對現(xiàn)狀邊坡進行壩坡整理。

        2)壩頂至251.20 m高程設置草皮護坡;水庫在正常高水位時下游逸出點高程為249.538 m ,故在251.20 m高程至壩腳地面加設干砌塊石貼坡排水。排水體自下而上為的砂礫料粒徑分別為(d=0.25~1 mm)厚150 mm、(d=1~5 mm)厚150 mm和(d=5~20 mm)厚250 mm。

        4.2溢洪道除險加固設計

        在原址對溢洪道拆除重建。新建溢洪道位于大壩右側,為開敞式正槽溢洪道,由進口段、控制段、泄槽段、消力池、海漫、出水渠組成。

        4.2.1進口段

        進口段長8 m,采用0.3 m厚的鋼筋混凝土襯砌;原導流墻拆除,新建進口導流墻,型式采用毛石混凝土結構。

        4.2.2控制段

        控制段長6.00 m,控制堰采用鋼筋混凝土寬頂堰,堰頂高程為254.60 m,溢流凈寬為22.00 m;邊墻采用鋼筋混凝土擋墻結構,頂高程為257.40 m,頂寬為0.50 m[5]。

        4.2.3泄槽段、陡坡段

        泄槽段長10.35 m,底寬由22.00 m漸變至10.00 m,底高程由254.60 m漸變至250.30 m;底板采用0.4 m厚的鋼筋混凝土襯砌。陡坡段底寬為10.00 m,底高程由250.30 m漸變至245.30 m;基礎采用毛石混凝土跌水墻結構型式,坡面鋪設0.6 m厚鋼筋混凝土面板。兩段邊墻采用鋼筋混凝土擋墻結構,頂寬0.5 m。

        4.2.4消力池

        消力池消力形式為底流式,池長26 m,為鋼筋混凝土結構,底板厚度為0.50 m,底板頂高程為245.30 m。

        4.2.5海漫段

        海漫段長25.00 m,底寬10.00 m,兩岸邊坡坡比為1∶2.5,采用0.40 m厚的格賓石籠護坡、護底。

        4.2.6出水渠

        為了使水流安全下泄,避免淘刷下游壩腳,新建出水渠100 m,渠底寬度10.00 m,兩岸邊坡坡比為1∶2.5,左岸采用0.30 m厚的干砌石護坡。

        4.3對輸水洞的處理方案

        4.3.1進水口

        更換進水管和吊管啟閉機,拆除原啟閉塔及工作橋,重建啟閉塔、工作橋。新建啟閉塔平臺頂高程257.60 m,與壩頂間以8 m長工作橋連接。

        4.3.2出水口

        更換出水口輸水管。

        4.4其它項目的加固方案

        4.4.1觀測項目設置

        由于米倉溝水庫控制面積僅9.83 km2,水庫集雨面積和庫容均較小,故只在壩址處布設一個雨量站和一個水位站(在上游壩坡設置水尺)。

        4.4.2管理房

        新建管理房一座50m2。

        5結語

        水庫除險加固設計應找出病險問題產(chǎn)生的原因,然后“對癥下藥、根除險情”。對修建年代較早的水庫,應按照現(xiàn)行規(guī)范標準、技術要求,對各個要素重新計算復核,對現(xiàn)狀雖無明顯險情但結構不滿足要求的構造物進行加固或重建。在除險加固設計時,應注意病險水庫各構造物之間的關聯(lián)和銜接,優(yōu)化設計方案。同時,做好對水庫的定期維護和持續(xù)監(jiān)測也是十分重要的。

        參考文獻:

        [1]阮建清,劉忠恒,嚴祖文.基于風險的病險水庫除險加固方案優(yōu)化技術[J].中國水利水電科學研究院學報,2014(01):36-41.

        [2]孛永平.小水庫除險加固設計方案的選取[J].中國農(nóng)村水利水電,2012(04):145-146+149.

        [3]孫波.白山頭水庫除險加固設計及方案優(yōu)化研究[D].濟南:山東大學,2012.

        [4]黃繼偉.吉子水庫大壩除險加固研究[D].昆明:昆明理工大學,2006.

        [5]宋曉明.水庫大壩除險加固設計及滲流分析[J].水利技術監(jiān)督,2015(04):56-58.

        中圖分類號:TV697.3

        文獻標識碼:B

        [作者簡介]孫科研(1983-),男,遼寧本溪人,工程師,從事水利水電工程設計工作;王鶴偉(1984-),男,遼寧本溪人,工程師,從事水利水電工程設計工作。

        [收稿日期]2016-01-12

        文章編號:1007-7596(2016)03-0049-03

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