孫科研,王鶴偉
(遼寧省本溪市水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,遼寧 本溪 117022)
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米倉(cāng)溝水庫(kù)除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)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(cè)設(shè)計(jì)研究院,遼寧 本溪 117022)
摘要:米倉(cāng)溝水庫(kù)是遼寧省本溪市桓仁地區(qū)病險(xiǎn)水庫(kù)中較典型的1座小(Ⅱ)型水庫(kù),其作用為防洪、灌溉和水產(chǎn)養(yǎng)殖。文章通過(guò)對(duì)米倉(cāng)溝水庫(kù)目前存在的主要問(wèn)題、相關(guān)計(jì)算復(fù)核成果以及攔河壩、溢洪道和輸水洞3大部分有針對(duì)性的除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化分析論述,對(duì)類似水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì),具有一定的借鑒和參考作用。
關(guān)鍵詞:米倉(cāng)溝水庫(kù);除險(xiǎn)加固;設(shè)計(jì)方案;優(yōu)化;分析
1米倉(cāng)溝水庫(kù)工程概況
米倉(cāng)溝水庫(kù)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(zhǎng)為273.78 m,壩頂寬4.0 m,迎水坡為1:3干砌石護(hù)坡,背水坡為1:2.75草皮護(hù)坡,壩頂高程為257.40 m。
根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》(SL252—2000)規(guī)定,水庫(kù)工程規(guī)模屬于小(Ⅱ)型水庫(kù),工程等級(jí)為V等,主要建筑物等級(jí)為5級(jí),米倉(cāng)溝水庫(kù)原防洪標(biāo)準(zhǔn):設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為20 a一遇洪水標(biāo)準(zhǔn),校核標(biāo)準(zhǔn)為300 a一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)。水庫(kù)正常蓄水位254.60 m,相應(yīng)庫(kù)容10.53 萬(wàn) m3,死庫(kù)容1.79 萬(wàn) m3,水庫(kù)興利庫(kù)容為8.74 萬(wàn) m3[1]。
2目前存在的主要問(wèn)題及安全鑒定結(jié)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(hù)坡破損嚴(yán)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(jiàn)圖1。
2.2溢洪道
溢洪道導(dǎo)流段底板、邊墻,控制段堰體、邊墻均破損嚴(yán)重,泄槽段底板已完全損毀、坍塌,泄槽邊墻經(jīng)多年運(yùn)行,多處出現(xiàn)裂縫、變形現(xiàn)象,溢洪道無(wú)消能防沖設(shè)施,溢洪道現(xiàn)狀圖見(jiàn)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(jìn)水管老化、銹蝕嚴(yán)重,吊管啟閉機(jī)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(wú)法繼續(xù)使用。吊管啟閉塔及工作橋現(xiàn)狀圖見(jiàn)圖3。
圖3 吊管啟閉塔及工作橋現(xiàn)狀圖
綜上所述,米倉(cāng)溝水庫(kù)存在問(wèn)題較多,已成為Ⅲ類險(xiǎn)庫(kù),從水庫(kù)自身安全考慮,水庫(kù)除險(xiǎn)加固工作是十分必要和緊迫的。
3米倉(cāng)溝水庫(kù)除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)相關(guān)計(jì)算復(fù)核成果
1)根據(jù)SL252—2000《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》,米倉(cāng)溝水庫(kù)屬小(Ⅱ)型水庫(kù),工程等別為Ⅴ等,主要建筑物為5級(jí)[2]。當(dāng)水庫(kù)擋水建筑物的擋水高度<15 m,上下游水頭差<10 m時(shí),其防洪標(biāo)準(zhǔn)可按平原區(qū)、濱海區(qū)的規(guī)定確定,即:設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為10 a一遇洪水標(biāo)準(zhǔn),校核標(biāo)準(zhǔn)為20~50 a一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)。
由于米倉(cāng)溝水庫(kù)最大壩高為8.0 m,上下游水位差5.2 m,故本次水庫(kù)除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)確定米倉(cāng)溝水庫(kù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為10 a一遇洪水標(biāo)準(zhǔn),校核標(biāo)準(zhǔn)為20 a一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)。
2)攔河壩壩型為黏土心墻壩。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè):①攔河壩壩長(zhǎng)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(cè)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(hù)坡破損嚴(yán)重;④下游壩坡為1∶2.75,坡面雜草、灌木叢生,無(wú)護(hù)坡、排水設(shè)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(dá)基礎(chǔ)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(chǔ)座落在巖石地基上,由進(jìn)口段、控制段、泄槽段組成。
溢洪道進(jìn)口段長(zhǎng)8 m,混凝土底板及漿砌石邊墻破損嚴(yán)重。控制段采用寬頂堰結(jié)構(gòu)型式,堰頂高程254.60 m,凈寬22 m,堰體損毀嚴(yán)重。泄槽段底板為混凝土底板,經(jīng)多年運(yùn)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(wú)消能防沖設(shè)施[3]。
4)輸水洞設(shè)在距攔河壩左壩端222.75 m處,為壩下埋管式。由進(jìn)水口、輸水洞、出口及出口尾水渠組成。
輸水洞進(jìn)口底高程為253.17 m,采用吊管式取水方式控制,進(jìn)水管經(jīng)多年運(yùn)行,老化、銹蝕嚴(yán)重,吊管啟閉機(jī)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(wú)法繼續(xù)使用。
輸水洞洞身穿過(guò)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(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)
除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)包括以下4個(gè)方面:
4.1攔河壩除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)
4.1.1防浪墻、壩頂路面
根據(jù)頂高程計(jì)算結(jié)果,現(xiàn)狀壩頂高程257.20~257.40 m,與計(jì)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(shè)計(jì)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(duì)防浪墻進(jìn)行防滲處理,具體方法為:在防浪墻背水側(cè)從壩頂垂直鋪設(shè)700g/m2復(fù)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(shè)泥結(jié)碎石路面,路面寬采用原壩頂寬度4 m,維修上游側(cè)原漿砌石防浪墻,下游側(cè)壩肩設(shè)路緣石。在壩頂右側(cè)每隔25 m設(shè)置一盞路燈,以備防汛應(yīng)急時(shí)應(yīng)用。
4.1.2護(hù)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(shè)置干砌石護(hù)坡,死水位以下為拋石體護(hù)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(hù)坡,拋至上游壩腳護(hù)腳,重新鋪設(shè)0.30 m厚的干砌石護(hù)坡,下設(shè)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(hù)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(hù)坡進(jìn)行拋石護(hù)腳。
攔河壩下游面邊坡為1∶2.75。其加固處理內(nèi)容為:
1)對(duì)現(xiàn)狀邊坡進(jìn)行壩坡整理。
2)壩頂至251.20 m高程設(shè)置草皮護(hù)坡;水庫(kù)在正常高水位時(shí)下游逸出點(diǎn)高程為249.538 m ,故在251.20 m高程至壩腳地面加設(shè)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(xiǎn)加固設(shè)計(jì)
在原址對(duì)溢洪道拆除重建。新建溢洪道位于大壩右側(cè),為開敞式正槽溢洪道,由進(jìn)口段、控制段、泄槽段、消力池、海漫、出水渠組成。
4.2.1進(jìn)口段
進(jìn)口段長(zhǎng)8 m,采用0.3 m厚的鋼筋混凝土襯砌;原導(dǎo)流墻拆除,新建進(jìn)口導(dǎo)流墻,型式采用毛石混凝土結(jié)構(gòu)。
4.2.2控制段
控制段長(zhǎng)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(jié)構(gòu),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(zhǎng)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(chǔ)采用毛石混凝土跌水墻結(jié)構(gòu)型式,坡面鋪設(shè)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(jié)構(gòu),頂寬0.5 m。
4.2.4消力池
消力池消力形式為底流式,池長(zhǎng)26 m,為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),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(zhǎng)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(hù)坡、護(hù)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(hù)坡。
4.3對(duì)輸水洞的處理方案
4.3.1進(jìn)水口
更換進(jìn)水管和吊管啟閉機(jī),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(tái)頂高程257.60 m,與壩頂間以8 m長(zhǎng)工作橋連接。
4.3.2出水口
更換出水口輸水管。
4.4其它項(xiàng)目的加固方案
4.4.1觀測(cè)項(xiàng)目設(shè)置
由于米倉(cāng)溝水庫(kù)控制面積僅9.83 km2,水庫(kù)集雨面積和庫(kù)容均較小,故只在壩址處布設(shè)一個(gè)雨量站和一個(gè)水位站(在上游壩坡設(shè)置水尺)。
4.4.2管理房
新建管理房一座50m2。
5結(jié)語(yǔ)
水庫(kù)除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)應(yīng)找出病險(xiǎn)問(wèn)題產(chǎn)生的原因,然后“對(duì)癥下藥、根除險(xiǎn)情”。對(duì)修建年代較早的水庫(kù),應(yīng)按照現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)要求,對(duì)各個(gè)要素重新計(jì)算復(fù)核,對(duì)現(xiàn)狀雖無(wú)明顯險(xiǎn)情但結(jié)構(gòu)不滿足要求的構(gòu)造物進(jìn)行加固或重建。在除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)注意病險(xiǎn)水庫(kù)各構(gòu)造物之間的關(guān)聯(lián)和銜接,優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。同時(shí),做好對(duì)水庫(kù)的定期維護(hù)和持續(xù)監(jiān)測(cè)也是十分重要的。
參考文獻(xiàn):
[1]阮建清,劉忠恒,嚴(yán)祖文.基于風(fēng)險(xiǎn)的病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固方案優(yōu)化技術(shù)[J].中國(guó)水利水電科學(xué)研究院學(xué)報(bào),2014(01):36-41.
[2]孛永平.小水庫(kù)除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)方案的選取[J].中國(guó)農(nóng)村水利水電,2012(04):145-146+149.
[3]孫波.白山頭水庫(kù)除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)及方案優(yōu)化研究[D].濟(jì)南:山東大學(xué),2012.
[4]黃繼偉.吉子水庫(kù)大壩除險(xiǎn)加固研究[D].昆明:昆明理工大學(xué),2006.
[5]宋曉明.水庫(kù)大壩除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)及滲流分析[J].水利技術(shù)監(jiān)督,2015(04):56-58.
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[作者簡(jiǎn)介]孫科研(1983-),男,遼寧本溪人,工程師,從事水利水電工程設(shè)計(jì)工作;王鶴偉(1984-),男,遼寧本溪人,工程師,從事水利水電工程設(shè)計(jì)工作。
[收稿日期]2016-01-12
文章編號(hào):1007-7596(2016)03-0049-03