李 艷,王洪淼

(1.吉林省銀河水利水電新技術(shù)設(shè)計(jì)有限公司，吉林 長(zhǎng)春 130000;

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景興水庫除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)淺析

李 艷1,王洪淼2

(1.吉林省銀河水利水電新技術(shù)設(shè)計(jì)有限公司，吉林 長(zhǎng)春 130000;

2.吉林省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，吉林 長(zhǎng)春 130000)

本文以景興水庫除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)為例，通過分析現(xiàn)有水庫存在的問題及工程地質(zhì)情況的條件，對(duì)現(xiàn)有工程規(guī)模進(jìn)行復(fù)核，對(duì)比確定了本水庫合適的泄流方案，在土壩設(shè)計(jì)、有閘溢洪道設(shè)計(jì)、機(jī)電設(shè)備及金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)三個(gè)方面對(duì)工程優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹,以期為其他水庫工程除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)提供一定的借鑒。

景興水庫；除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)；溢洪道

1 工程概況

景興水庫位于梅河口市西南部小楊鄉(xiāng)景興村境內(nèi)，水庫屬于松花江流域輝發(fā)河水系，位于輝發(fā)河上游右岸一級(jí)支流吉慶河上。該庫地理位置東經(jīng)125°24′58″，北緯42°17′01″，壩址以上控制流域面積22 km2，水庫上游河道長(zhǎng)度5.6 km，河道平均坡度8‰。該水庫是一座以灌溉為主，兼顧養(yǎng)魚等綜合利用的小(2)型水庫。該水庫興建于1960年，為均質(zhì)土壩，水庫原設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為10 a一遇。該水庫的泄洪灌溉洞洞身現(xiàn)狀混凝土剝蝕露筋，部分洞身段沿洞壁漏水，閘門和啟閉設(shè)備年久失修，老化嚴(yán)重，已經(jīng)不能正常使用，滿足不了泄洪要求，是一座帶病運(yùn)行的小(2)型水庫。

景興水庫除險(xiǎn)加固的任務(wù)是提高防洪能力，針對(duì)水庫隱患進(jìn)行除險(xiǎn)加固。具體設(shè)計(jì)內(nèi)容如下：本次設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)與原設(shè)計(jì)相同，并對(duì)原有壩頂高程進(jìn)行復(fù)核，確定本次設(shè)計(jì)壩頂高程，并在壩頂鋪設(shè)砂石路面；對(duì)上游壩坡護(hù)坡進(jìn)行拆除重建處理，通過方案比較，選擇合理護(hù)坡型式；對(duì)現(xiàn)有大壩進(jìn)行滲流穩(wěn)定計(jì)算及壩坡穩(wěn)定分析，根據(jù)計(jì)算結(jié)果選擇相應(yīng)防滲措施并確定上下游坡比；拆除原有輸水洞，并在原位新建有閘溢洪道，配套閘門及啟閉機(jī)[1]。

2 工程地質(zhì)條件

本水庫處于低山丘陵區(qū)，庫岸土體寬厚，無低矮埡口，高程高于400.0 m。兩岸山體由花崗巖構(gòu)成，覆蓋層為弱透水的低液限黏土和含碎石黏土等。根據(jù)區(qū)域資料，工程區(qū)附近無較大斷裂構(gòu)造分布，屬相對(duì)穩(wěn)定區(qū)。

水庫大壩為均質(zhì)土壩，土壩全長(zhǎng)427 m，最大壩高4.7 m，壩頂寬窄變化較大，壩頂寬3.0～5.0 m，最窄處3.0 m。土壩上游坡為塊石護(hù)坡，塊石風(fēng)化較重，大小不一，表面凹凸不平，坡面起伏較大，坡面較陡，坡比1∶2.1～1∶3.0，局部較陡，僅1∶1.5左右，下游坡無護(hù)坡，局部較陡，坡比1∶1.8～1∶2.6。水工建筑物主要有泄洪灌溉洞工程，該建筑物位于大壩左側(cè)樁號(hào)0+111 m處，為直徑2.0 m×2.0 m鋼筋混凝土方涵。

根據(jù)《中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》(GB 18036—2015)[2]，本區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.05 g，對(duì)應(yīng)的地震基本烈度為Ⅵ度；根據(jù)中國季節(jié)性凍土標(biāo)準(zhǔn)凍深曲線，工程區(qū)標(biāo)準(zhǔn)凍深為1.60 m；水庫不存在永久滲漏、坍岸及浸沒問題，但存在水庫淤積問題；壩體沉陷穩(wěn)定、滑動(dòng)穩(wěn)定及滲漏、滲穩(wěn)問題不大，壩體前坡塊石護(hù)坡質(zhì)量差，后坡無護(hù)坡，且兩壩坡局部較陡，設(shè)計(jì)應(yīng)采取處理措施。兩壩肩無繞壩滲漏問題；壩基不存在沉陷穩(wěn)定、滑動(dòng)穩(wěn)定及滲透穩(wěn)定問題；有閘溢洪道基礎(chǔ)建議坐落在低液限黏土上，承載力滿足要求，沉陷穩(wěn)定及滑動(dòng)穩(wěn)定問題不大，但需注意沖刷及凍脹對(duì)建筑物基礎(chǔ)的不利影響，同時(shí)注意采取措施，避免建筑物接觸滲漏問題的發(fā)生。

3 工程規(guī)模復(fù)核

根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》(SL 252—2000)的規(guī)定[3]，景興水庫為小(2)型水庫，工程等別為Ⅴ等；其主要建筑物為5級(jí)，次要建筑物等級(jí)為5級(jí)。水庫設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為10 a一遇(P=10%)，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為50 a一遇(P=2%)。本次除險(xiǎn)加固初步設(shè)計(jì)遵循不改變水庫原有規(guī)模的原則進(jìn)行，采用原有的死水位即390.50 m。景興水庫原設(shè)計(jì)水位為392.50 m，相應(yīng)正常庫容為25.33萬m3；景興水庫原校核水位為393.47 m，對(duì)應(yīng)總庫容為48.04萬m3。本次除險(xiǎn)加固初步設(shè)計(jì)維持原設(shè)計(jì)水位392.50 m、校核水位393.47 m不變。

景興水庫水位庫容關(guān)系曲線采用原設(shè)計(jì)水庫特性曲線，數(shù)據(jù)見表1。

表1 景興水庫水位-庫容關(guān)系曲線

4 泄洪方案確定

本設(shè)計(jì)泄洪建筑物的選擇采用有閘溢洪道方式，設(shè)閘門控制，進(jìn)口堰頂高程可考慮采用原輸水洞進(jìn)口洞底高程，泄流能力可大幅提高，這樣使得滿足泄洪要求的有閘溢洪道寬度較小，比較經(jīng)濟(jì)。該型式特別適用于類似景興水庫這樣的低壩，進(jìn)口采用開敞式，施工、檢修及維護(hù)都很方便。結(jié)合景興水庫大壩較低的具體情況，確定本水庫采用有閘溢洪道作為泄洪建筑物。

有閘溢洪道堰頂高程采用現(xiàn)有輸水洞進(jìn)口底板高程，為389.5 m，通過對(duì)比3孔寬2.5 m×高3.5 m，寬3.0 m×高3.5 mm，寬3.5 m×高3.5 m 三種不同過水寬度的泄流能力來確定合適的有閘溢洪道寬度。本次設(shè)計(jì)有閘溢洪道不同方案的泄流能力見表2。

表2 不同方案泄流能力對(duì)照表 m3·s-1

根據(jù)比選結(jié)果，選擇3孔寬3.0 m×高3.5 m的有閘溢洪道作為景興水庫泄洪建筑物，根據(jù)調(diào)洪計(jì)算結(jié)果：10 a一遇設(shè)計(jì)水位為392.50 m，相應(yīng)泄流量為61.20 m3/s；50 a一遇校核水位為393.47 m，相應(yīng)泄流量為102.70 m3/s。對(duì)于10 a一遇水位，若采用3孔同時(shí)泄洪，由于泄流能力比較大，因此建議小洪水期間可考慮使用雙孔泄洪，壩前最高水位達(dá)392.90 m。

5 工程布置及建筑物

5.1 土壩除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)

土壩為黏土均質(zhì)壩，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)，壩長(zhǎng)427 m(0+000～0+427 m)，最大壩高4.7 m，壩頂高程394.17～394.92 m，壩頂寬3.0～5.0 m。局部壩頂高程不能滿足50 a一遇防洪要求。上游壩坡1∶2.1～1∶3.0，為塊石護(hù)砌，表面凹凸不平，風(fēng)化嚴(yán)重，無墊層；水庫下游坡1∶1.8～1∶2.6，局部不足1∶1.0，無護(hù)砌，無排水體。

景興水庫土壩現(xiàn)有高程為394.17～394.92 m，本次計(jì)算壩頂高程為394.26 m，實(shí)際按394.26 m控制，現(xiàn)狀壩頂不需要加高培厚，只需在壩頂修筑砂石路面時(shí)對(duì)原壩頂進(jìn)行局部整平即可?，F(xiàn)有土壩為碾壓式均質(zhì)土壩，壩頂寬為4.0 m左右，本次設(shè)計(jì)根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》SL 274—2001[4]，結(jié)合實(shí)際壩高、構(gòu)造等要求，確定壩頂寬度為4.0 m。為方便交通，本次壩頂采用20 cm厚砂石路面，路面鋪設(shè)之前將壩坡頂部平整， 0+111 m附近為原輸水洞。本次設(shè)計(jì)統(tǒng)一按壩頂標(biāo)準(zhǔn)處理，頂高程為設(shè)計(jì)壩頂高程394.26 m，路面迎水側(cè)路緣石采用預(yù)制混凝土塊型式，規(guī)格為60 cm×15 cm×50 cm(長(zhǎng)×寬×高)。本次設(shè)計(jì)壩坡的確定綜合考慮了穩(wěn)定要求、土壩現(xiàn)狀及施工工程量等因素，仍然參照現(xiàn)有坡度,上游壩坡1∶2.5，下游壩坡不變。

護(hù)腳采用拋石護(hù)腳，腳槽底高程為承諾放空水位391.07 m，頂高程為391.50 m，頂寬1.53 m，腳槽深0.43 m，底寬1.10 m。原護(hù)坡拆除的舊石頭除利用到下游海漫段以外，均拋入上游坡腳作為拋石護(hù)腳。本次設(shè)計(jì)壩高不增加，下游壩坡良好，根據(jù)壩坡穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果，現(xiàn)狀壩體穩(wěn)定，本次設(shè)計(jì)原則上對(duì)下游壩坡維持原狀，遇到特殊斷面不足1∶2.0的按1∶2.0坡度補(bǔ)足，對(duì)處理部位應(yīng)進(jìn)行壩坡清皮，清除時(shí)應(yīng)按鋸齒狀清除，以便后期碾壓。

5.2 有閘溢洪道設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)在原輸水洞附近(0+111 m)處新建有閘溢洪道，有閘溢洪道過水凈寬9 m，寬頂堰結(jié)構(gòu)，有閘溢洪道由進(jìn)口段、閘室段、陡坡段、消力池段、海漫及防沖槽段組成。

在進(jìn)口段0-008 m～0+000 m，采用八字形進(jìn)口，矩型槽斷面型式，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)8.0 m，進(jìn)口寬度17.0 m，收縮后寬度為13.0 m。進(jìn)口底板高程389.20 m，底板厚0.4 m；邊墻頂寬0.3 m，底寬0.6 m，墻高1.8 m～5.0 m，邊墻頂高程391.00～394.20 m，邊墻底板寬1.55 m～2.6 m，底座厚0.4 m；翼墻寬0.3 m，墻高1.8 m，翼墻底板長(zhǎng)1.5 m，底座厚0.4 m。

在控制段0+000 m～0+008.6 m，控制段總長(zhǎng)8.6m，整體式矩型槽結(jié)構(gòu)。閘室段底板高程389.50 m，高出進(jìn)口段底板0.3 m。閘室段閘墩寬0.8 m，內(nèi)部為寬頂堰，內(nèi)部分別預(yù)留0.3 m和0.6 m寬閘門槽，分別為檢修閘門及工作閘門使用，邊墩對(duì)應(yīng)壩軸線處設(shè)0.3 m厚混凝土防滲刺墻，刺墻底板以下及邊墩兩側(cè)均插入壩體1.5 m。閘墩頂部高程394.20 m，頂部設(shè)8根0.4 m×0.4 m混凝土柱，柱頂為圈梁及啟閉平臺(tái)，啟閉平臺(tái)頂高程為398.70 m，一側(cè)設(shè)繞柱鋼結(jié)構(gòu)斜梯。啟閉平臺(tái)上部設(shè)啟閉房，啟閉房為磚混結(jié)構(gòu)，頂部設(shè)4.0 m寬交通橋，底高程394.26 m。為方便檢修，設(shè)置寬1.2 m，厚0.2 m的檢修橋。

在陡坡段0+008.6 m～0+027.1 m處，該段采用U型槽結(jié)構(gòu)，邊墻頂寬0.3 m，底寬0.6 m，底板厚度0.7 m。首端寬度10.6 m，高程389.50 m，末端寬度10.0 m，高程383.33 m，水平投影長(zhǎng)度18.5 m，邊墻頂高程由393.96 m過渡到386.83 m。陡坡段底板設(shè)置縱橫向排水管，管徑10 cm，外包無紡布。

在消力池段0+027.1 m～0+047.1 m處，該段總長(zhǎng)20 m，寬10 m，深3.5 m；底板高程383.34 m，厚0.9 m～0.7 m；末端設(shè)尾坎，尾坎寬60 cm；邊墻頂高程386.83 m，頂寬0.3 m，底寬0.6 m。消力池出口處兩側(cè)分別設(shè)4.0 m和4.5 m懸臂式擋土墻，墻高3.5 m，埋深0.5 m。消力池底板設(shè)置排水管，呈梅花形布置，管徑為5 cm，外包無紡布。

在海漫段0+047.1 m～0+094.1 m處，該段坡度為1∶1000，海漫段底寬10 m，邊坡1∶1.5，渠道高度2.0 m，護(hù)坡及護(hù)底均采用30 cm鍍鋅鐵絲石籠，底部鋪設(shè)15 cm碎石墊層，底鋪400 g/m2無紡布。海漫段長(zhǎng)39.6 m，海漫末端接7.4 m防沖槽，防沖槽為干砌石結(jié)構(gòu)，底部鋪設(shè)400 g/m2無紡布，前后側(cè)邊坡1∶2.0，頂高程394.79 m，深1.5 m，海漫總長(zhǎng)47 m。防沖槽末端接下游土渠。

5.3 機(jī)電設(shè)備金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本工程金屬結(jié)構(gòu)主要由有閘溢洪道、檢修閘、灌溉閥及啟閉設(shè)備部分組成。有閘溢洪道為三孔，配備寬3.0 m×高3.5 m平面鋼閘門3扇和寬3.0 m×高3.0 m疊梁閘門一扇(做檢修閘門)，配套LQ-2×150雙吊點(diǎn)螺桿式手電兩用啟閉機(jī)3臺(tái)和5 t電葫蘆一臺(tái)。

考慮到本工程閘門啟閉的實(shí)際運(yùn)行情況，同時(shí)運(yùn)行的啟閉機(jī)為有閘溢洪道的工作閘門及出口處節(jié)制閘門，需同時(shí)工作的啟閉機(jī)為3臺(tái)LQ-2×150啟閉機(jī)，配套電機(jī)功率為3×5.5 kW，為了保證啟閉電源，本設(shè)計(jì)配備30 kW柴油發(fā)電機(jī)1臺(tái)。本次設(shè)計(jì)主要機(jī)電及金屬設(shè)備清單見表3。

表3 主要設(shè)備匯總表

6 結(jié) 論

在分析景興水庫現(xiàn)狀、存在的問題及工程地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，為充分發(fā)揮景興水庫的防洪功能，滿足水庫下游灌溉需求，對(duì)景興水庫除險(xiǎn)加固進(jìn)行了設(shè)計(jì)與方案論證。根據(jù)相關(guān)規(guī)范規(guī)定要求，對(duì)工程規(guī)模及防洪標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了復(fù)核，比較了水庫的泄流形式，對(duì)比不同的泄流設(shè)計(jì)尺寸，最終確定了有閘溢洪道的泄洪方案。根據(jù)水庫的主體結(jié)構(gòu)與工程布置情況，確定了土壩壩體加固方案、溢洪道結(jié)構(gòu)、機(jī)電設(shè)備及金屬結(jié)構(gòu)選型。通過本次除險(xiǎn)加固優(yōu)化設(shè)計(jì)，施工過程中精心組織,景興水庫現(xiàn)狀恢復(fù)了原有設(shè)計(jì)功能，保障了當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展與社會(huì)穩(wěn)定。

[1] 梅河口市水利局.景興水庫安全鑒定報(bào)告[R]. 梅河口：梅河口市水利局, 2012.

[2] 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局,中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖:GB 18036—2015[S]. 北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2016.

[3] 中華人民共和國水利部. 水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn):SL 252—2000[S].北京：中國水利水電出版社，2000.

[4] 中華人民共和國水利部.碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范:SL 274—2001[S].北京：中國水利水電出版社，2002.

A brief analysis on danger control and reinforcement design of Jingxing reservoir

LI Yan1,WANG Hongmiao2

(1.JilinYinhewaterconservancyandhydropowerNewTechnologyDesignCo.,Ltd.,Changchun130000,China；2.JilinwaterconservancyandHydropowerSurveyandDesignInstitute,Changchun130000,China)

Taking danger control and reinforcement design of Jingxing reservoir as an example in this paper, By analyzing the existing problems of reservoir and engineering geology conditions, check the scale of existing projects and determine the proper discharge scheme for the reservoir. The engineering optimum design is presented in three aspects from earth dam design, fried spillway dam design, mechanical and electrical equipment and metal structure design, thus provides certain reference for danger control and reinforcement design of similar reservoir.

Jing xing reservoir; danger control and reinforcement design; spillway

李 艷(1988-)，女，助理工程師，主要從事水利設(shè)計(jì)和規(guī)劃方面研究。

TV697.3

A

2096-0506(2016)11-0053-04