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        黃牛蹄水庫除險加固工程簡述

        2017-01-20 03:20:32馮安太
        山西水利 2016年3期
        關鍵詞:水洞砌石壩坡

        馮安太

        (運城市夾馬口引黃管理局,山西 運城 044000)

        黃牛蹄水庫除險加固工程簡述

        馮安太

        (運城市夾馬口引黃管理局,山西 運城 044000)

        介紹了黃牛蹄水庫工程概況,闡述了水庫現(xiàn)狀及存在問題,經(jīng)安全鑒定,認定該水庫為病險水庫。通過對大壩加固、溢洪道改造和輸水洞維修,建議增設必要的大壩觀測設施,并對輸水洞明渠右側(cè)開挖邊坡不穩(wěn)定性進行處理,以保證水庫正常運行。

        病險水庫;除險加固;大壩;溢洪道;輸水洞;黃牛蹄水庫

        1 工程概況

        黃牛蹄水庫位于潞城市黃牛蹄鄉(xiāng)黃牛蹄村東,濁漳河二級支流南大河上,水庫壩址以上控制流域面積165 km2,是一座以防洪為主,兼顧灌溉的?。ㄒ唬┬退畮欤値烊?00萬m3。水庫由大壩、溢洪道、輸水洞組成。根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標準》,工程等別為Ⅳ等,大壩、溢洪道及輸水洞為4級建筑物,防洪標準為30年一遇洪水設計,300年一遇洪水校核。

        大壩為碾壓均質(zhì)土壩,最大壩高30m。溢洪道位于大壩右端,建于土基上,漿砌石結(jié)構(gòu),長130m。堰頂總寬11.5m,2孔,每孔凈寬5m。堰后接42m的泄槽段,泄槽段后是68m長的陡坡段,未建消能設施。輸水洞位于左岸,進口臥管距左壩肩70m,泄水涵洞從左岸臺地中穿過。洞身進口高程753.60 m,洞長120m,洞身段為城門洞型,斷面尺寸為1.0m×1.5m(寬×高),漿砌塊石結(jié)構(gòu)。進口形式為涵臥管,臺階式32級(已淤積14級),級差0.75m。臥管進水口為正方形,邊長0.5m。

        2 存在問題及加固設計

        2.1 大壩存在問題及加固設計

        2010年10月,長治市水利局組織專家對黃牛蹄水庫進行了安全鑒定,認定該水庫為病險水庫。

        2.1.1 大壩壩頂

        大壩壩頂不規(guī)則,寬窄不一,平均寬度3.5m,無防浪墻,壩頂未硬化。此次加固需對壩頂設置防浪墻,防浪墻長215m,壩頂以上高度1m,采用M7.5漿砌石結(jié)構(gòu),墻身寬0.5m,底寬1.0m。防浪墻每隔15m設置沉降縫一道,縫寬2 cm,采用密封膏封堵。壩頂加寬至5m,壩頂路面采用C20混凝土硬化,下游側(cè)設C20混凝土路緣石?;炷谅访婧?.1m,下設0.3m厚的3∶7灰土墊層。

        2.1.2 大壩上游壩坡改造

        目前大壩上游護坡較少,在高程767.60~772.00m之間有干砌石護坡,且局部損壞缺失。此次大壩上游壩坡仍采用干砌石護坡,整個壩段護坡厚均為0.3m(護坡下護至高程764.70m,上護至壩頂,與防浪墻基座緊密相連),下面鋪設反濾料,粗砂、碎石層厚各0.15m。為減少水的滲透對壩體的穩(wěn)定安全產(chǎn)生影響,大壩上游護坡反濾層下鋪設一層500 g/m2的土工布(兩布一膜)。

        2.1.3 大壩下游壩坡改造

        目前大壩下游壩坡不穩(wěn)定,下游無排水溝和排水體。此次從下游749.00m(下游現(xiàn)狀淤積高程)處開始培厚壩體,至壩頂止,壩頂寬度維持現(xiàn)狀,仍為3.5m。培厚后的壩坡從上到下依次為1∶2,1∶2.5,1∶3。大壩填筑土體的壓實度不低于0.96。

        在新培厚的壩體上設橫向排水溝3條,縱向排水溝1條,岸坡排水溝2條,坡腳設貼坡排水體。排水溝采用M7.5漿砌石砌筑。排水體采用砌塊石,下設反濾層。塊石層厚0.4m,碎石層厚0.2m,砂墊層厚0.15m。排水體頂高程757.30m(高于正常蓄水位771.50m情況下的壩體浸潤線出逸高程756.52m)。

        2.1.4 大壩加固后壩體穩(wěn)定計算

        根據(jù)《碾壓式土石壩設計規(guī)范》要求,壩坡穩(wěn)定計算工況分正常運用條件和非常運用條件兩種。壩坡抗滑穩(wěn)定計算采用瑞典圓弧法中的有效應力法,用畢肖普法復核。計算斷面選擇大壩最大斷面作為代表斷面,即樁號0+090處。穩(wěn)定安全系數(shù)按《碾壓式土石壩設計規(guī)范》執(zhí)行。具體計算參數(shù)見表1,計算結(jié)果見表2和表3。

        表1 計算用土料指標

        表2 下游壩坡穩(wěn)定計算結(jié)果

        表3 上游壩坡穩(wěn)定計算結(jié)果

        正常運用條件如下:正常蓄水位771.50m時上下游壩坡穩(wěn)定;設計洪水位773.64m驟降至正常蓄水位771.50m時上游壩坡穩(wěn)定。

        非常運用條件如下:正常運用條件遇地震時的壩坡穩(wěn)定。

        從大壩穩(wěn)定計算結(jié)果來看,除險加固后,無論是正常運用情況還是非常運用情況,大壩上下游壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均符合規(guī)范要求值,說明大壩上下游壩坡是穩(wěn)定的。

        2.2 溢洪道存在問題及加固設計

        2.2.1 存在問題及加固設計

        經(jīng)安全鑒定,溢洪道底板被破壞;交通橋中墩、邊墩及泄槽邊墻等的基礎出露;溢洪道陡坡段右邊墻坍塌,塌積物堆于溢洪道內(nèi);溢洪道右邊墻頂部以上黃土高邊坡較陡;溢洪道末端未建消能設施。

        此次對溢洪道進行了下挖、拓寬、襯砌等改造。改造后的溢洪道總長195m,其中引渠段長35m,控制段7m,泄槽段108m,消能段15m,尾水段30m。

        引渠段邊墻采用貼坡式M7.5漿砌石結(jié)構(gòu),鄰水側(cè)坡度1∶0.5。左岸邊墻和大壩壩坡相連,墻后人工填土至高程777.60m。底板采用0.5m厚的M7.5漿砌石襯砌。

        控制段采用C25鋼筋混凝土整體現(xiàn)澆,下設0.1m厚的C15混凝土墊層??刂贫畏?孔,單孔凈寬5.5m,總凈寬16.5m。控制段側(cè)墻頂寬1m,墻頂高程777.60m,內(nèi)側(cè)直立,墻高6.1m;底板厚1.5m,底板上游側(cè)設一道齒墻,厚1m??刂贫紊嫌蝺蓚?cè)設翼墻,翼墻厚度1m??刂贫雾敳吭O置交通橋,橋?qū)?m,橋長20m,分三跨。橋墩寬1m,與控制段整體現(xiàn)澆在一起。

        泄槽段樁號0+007—0+115,長108m,其中0+ 007—0+045為緩坡收縮段,0+045—0+115為陡坡段。0+007—0+045段底板寬度由18.5m漸變?yōu)?2m,底坡0.5%。0+045—0+115段為陡坡段,底坡40%。

        消能段樁號0+115—0+130,消力池長15m,深1.5m,池邊墻采用M7.5漿砌石擋土墻,底板和消力尾坎采用C25鋼筋混凝土整體現(xiàn)澆。

        尾渠段樁號0+130—0+160,長30m,不襯砌,底板設干砌石海漫防沖,厚0.5m。

        2.2.2 溢洪道水力計算

        溢洪道控制段抗滑穩(wěn)定計算參照《水工設計手冊》中公式進行計算:

        式中:Kc——閘室結(jié)構(gòu)的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù);

        f——閘室基底面的摩擦系數(shù);

        ΣG——作用于閘室結(jié)構(gòu)上部全部豎向荷載,kN;

        ΣH——作用于閘室結(jié)構(gòu)上部全部水平向荷載,kN。

        控制段基礎為低液限黏土,本工程取f=0.30。

        計算結(jié)果分別為:無水情況下,Kc=1.43;設計洪水位下,Kc=1.65;校核洪水位下,Kc=3.26。

        抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)在基本荷載組合情況下應大于1.20,特殊荷載組合情況下應大于1.05,穩(wěn)定計算滿足要求。

        溢洪道邊墻穩(wěn)定及應力選擇0+045處斷面作為典型斷面計算,計算工況選擇最不利的無水情況。經(jīng)計算,Kc=1.21;邊墻最大應力為115 kPa。

        根據(jù)計算結(jié)果可知,最小抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)大于允許的最小系數(shù)1.05,滿足要求。最小抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)大于允許的最小系數(shù)1.50,滿足要求。基底最大應力為115 kPa,小于基礎(低液限黏土)最小承載力190 kPa,滿足要求。

        2.3 輸水洞存在問題及加固設計

        輸水洞出口無消能設施及尾水渠。此次設計在輸水洞出口做消能池,尺寸2m×2m,采用M7.5漿砌石砌筑,靠近輸水洞出口側(cè)擋墻高3.2m,其余三面擋墻高均為1.5m。消能池出口接尾水渠,M7.5漿砌石砌筑。尾水渠長30m,斷面寬1.5m,高1.5m。

        3 建議

        第一,建議成立水庫管理機構(gòu),對水庫管理人員重新配置,制定切合實際的規(guī)章管理制度,完善大壩安全各級責任人、管理單位和管護人員,并明確其職責(包括汛期和非汛期),特別是要將值班、巡查、監(jiān)測、記錄及特殊情況下的報告制度落實到每個部位和具體人員,編制并報批體制改革方案、水庫調(diào)度規(guī)程及應急預案。

        第二,補充完善壩頂路緣石及排水溝、下游壩坡面草皮護坡、下游坡兩側(cè)排水溝延伸等工程,增加必要的大壩觀測設施。

        第三,結(jié)合輸水洞最大輸水流量時的出口流速,復核跌水建筑物尺寸,以確保水流能夠全部入池,并對輸水洞明渠右側(cè)開挖邊坡不穩(wěn)定性進行處理。

        TV698.2+3

        C

        1004-7042(2016)03-0040-02

        馮安太(1974-),男,2008年畢業(yè)于河海大學工程管理專業(yè),工程師。

        2016-01-08;

        2016-02-20

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