周 龍
(牡丹江市水務科學研究院,黑龍江 牡丹江 157000)
穆棱市清河水庫除險加固設計技術要點
周 龍
(牡丹江市水務科學研究院,黑龍江 牡丹江 157000)
清河水庫位于黑龍江省穆棱市八面通鎮(zhèn)清河村南1km處的清河流域中上游,是一座以防洪、灌溉為主,兼顧養(yǎng)魚、旅游等綜合利用的小(1)型水庫。1982年8月,《清河水庫復審設計書》在參考原設計的基礎上重新進行了水文分析和調洪演算,對原設計進行了復核,確定了目前的工程規(guī)模及各項特性指標。1983年開工進行施工至1985年結束,但由于資金受限,未能按設計實施。文章對水庫存在的主要問題進行剖析,提出了對土壩放緩邊坡并重新護砌、壩體高壓擺噴灌漿,溢洪道和輸水洞進行加固。
清河水庫;特征水位;壩體防滲;溢洪道加固;輸水洞加固
清河水庫位于黑龍江省穆棱市八面通鎮(zhèn)清河村南1km處的清河流域中上游,距穆棱市政府所在地——八面通鎮(zhèn)6km。集水面積32km2,總庫容296萬m3,是一座以防洪、灌溉為主,兼顧養(yǎng)魚、旅游等綜合利用的小(1)型水庫。
清河水庫是1958年大躍進時期開始動工興建的,1960年國民經(jīng)濟困難時期中斷,后經(jīng)1967年、1973年、1981年幾次會戰(zhàn),水庫已具有一定規(guī)模。1982年8月,《清河水庫復審設計書》在參考原設計的基礎上重新進行了水文分析和調洪演算,對原設計進行了復核,確定了目前的工程規(guī)模及各項特性指標。1983年開工進行施工至1985年結束,但由于資金受限,未能按設計實施。
清河水庫原設計標準為20a一遇洪水設計,200a一遇洪水校核。1982年《清河水庫復審設計》時提高到50a一遇洪水設計,500a一遇洪水校核。
樞紐工程主要由大壩、放水洞、溢洪道等組成。壩頂高程316.60-316.76m,壩長310m,最大壩高13.5m,壩頂寬4.0m,迎水坡1∶2-1∶3,為干砌石護坡,背水坡1∶2-1∶2.5,為自然草皮護坡。
溢洪道位于大壩右岸,為開敞式無閘側槽溢洪道,堰頂寬37m,堰頂高程314.65m,溢洪道由進口段、溢流段、側槽段、陡坡段、消力池段組成。
放水洞位于大壩左側0+043m處,進口為鋼筋混凝土進水塔。洞身為壩下埋管型式,凈孔尺寸為1.0m×1.0m,結構型式為漿砌石蓋板涵,洞身長42m。
2.1 大壩
筑壩土料不均勻。從壩頂鉆孔土樣看,有兩層透水帶,并夾有淤泥質土,壩坡出現(xiàn)多處沉陷,最大沉陷深度40cm。
壩前干砌石護坡無反濾層,直接座落在風化料上,且護坡石粒徑小,為立石互插。表面平整度極差,塊石間空隙大,沒有填充物,由于凍脹力及浮冰撞擊力影響,護坡發(fā)生變形,發(fā)生多處脫落、沉陷、下滑、錯位等情況。壩后未建排水棱體和減壓設施,壩基濕化嚴重。
斜墻未按設計施工,鉆探過程中發(fā)現(xiàn)壩體浸潤線非常高,幾乎與水庫水位持平,壩體土料多為風化料,透水性強,斜墻土料質量不滿足斜墻要求。壩后大面積滲漏,已發(fā)生流土破壞,壩后已形成大片水坑。
防浪墻墻身為漿砌石結構,墻帽為磚結構,水泥砂漿抹面,墻身局部出現(xiàn)沉陷變形,墻帽剝蝕嚴重,多處出現(xiàn)開裂、脫落。
下游壩腳處有魚池3個,沿壩軸線長約150m,魚池深1.0-1.5m,增加了大壩上、下游水位差,給大壩增加隱患。
2.2 溢洪道
溢洪道進口段、溢流段兩側漿砌石擋墻局部塊石松動、脫落。溢洪道堰體為堆石結構,溢流面采用混凝土護面型式,剝蝕嚴重,剝蝕厚度1.0-3.0cm,伸縮縫止水破壞,長年漏水。溢流堰段混凝土底板受凍脹作用,發(fā)生隆起變形,出現(xiàn)裂縫。陡槽段右側山體開挖未完成,山體巖石風化脫落堆積在溢洪道內(nèi),出口段山體開挖未完成,嚴重影響泄流能力。尾水渠未開挖,洪水溢流后自由跑灘,然后回到主河槽,如遇大洪水,溢流洪水直接影響大壩主體工程安全,極易造成主體工程大范圍破壞[1]。
2.3 放水洞
放水洞出口沖刷剝蝕嚴重,兩側擋墻均發(fā)生斷裂、沉陷,消力池已經(jīng)沖毀,尾水渠兩岸大面積坍塌。取水口自制鋼閘門銹蝕嚴重,軌道變形,止水不嚴,放水洞長年漏水。啟閉機為手搖螺桿式啟閉機,啟閉不靈活,原生產(chǎn)廠家停產(chǎn),缺少零配件,啟閉機老化無法維修。
2.4 附屬設施
管理及通訊設施簡陋,無水文及大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)。
清河水庫位于低山丘陵區(qū),設計總庫容305.5萬m3,最大壩高13.1m。依據(jù)SL252—2000《水利水電工程等級劃分及洪水標準》,水庫工程等級為Ⅳ等,主要建筑物為4級,次要建筑物為5級。建筑物設計洪水標準為50-30a,校核洪水標準為1000-300a。考慮到水庫承擔下游穆棱市城區(qū)的防洪任務,經(jīng)過綜合分析,本次確定清河水庫大壩設計洪水標準為50a一遇,校核洪水標準為500a一遇。
4.1 死水位
灌溉用水為下游自流取水,對高程無特殊要求,因此只核算泥沙淤積對死庫容的影響。采用《黑龍江省水文圖集》查算該地區(qū)平均懸移質輸沙侵蝕模數(shù)為32t/km2a,多年平均輸砂量(懸移質)=1.5×多年平均模數(shù)×集水面積=1.5×32×32=1536t。按水庫運行壽命40年計算水庫淤沙庫容為3.4萬m3。死庫容遠大于淤積庫容。死庫容及死水位仍采用原設計,即死水位308.50m,死庫容15萬m3。
4.2 正常蓄水位
興利規(guī)模原則保持正常蓄水位314.65m不變,采用多年調節(jié),計算出興利庫容及灌溉面積。興利庫容152.5萬m3,可灌溉水田154hm2,菜田20hm2。
4.3 設計洪水位和校核洪水位
溢洪道為開敞式,以興利水位即溢洪道堰頂高程314.65m作為起調水位,采用輔助曲線法調洪。設計洪水位為315.80m,相應庫容為241萬m3。校核洪水位為316.51m,相應庫容為305.5萬m3。
5.1 大壩工程處理措施
根據(jù)校核洪水,確定壩頂高程為317.21m,土壩現(xiàn)狀高程316.61-316.76m,均超過校核洪水位316.51m,且防洪墻頂高程為317.80m ,設計壩頂不再增高,整平至316.80m。
壩體型式為多種土石混合壩,由于原壩體、壩基滲流均不穩(wěn)定,采用高壓擺噴灌漿,孔間距1.5m,優(yōu)質泥漿護壁,鉆孔深度深入巖面1.0m。下游壩腳處魚池填平,填土厚度在1.5-2.0m之間。由于原壩土質質量差,且多處凹陷隆起變形,結合修坡整形及增加壩頂寬度,迎、背水坡均填筑優(yōu)質的風化料,滲透系數(shù)在10-2-10-3之間,可以有效降低壩體浸潤線,同時滿足壩體抗滑穩(wěn)定要求。
放緩上下游壩坡,上游壩坡為1∶3,下游為1∶2.5。上游壩坡采用干砌石護坡,干砌石護坡厚30cm,下設反濾層,為20cm厚碎石,10cm中砂??紤]減小護坡受冰推力及冰排撞擊力較大,為有效防止上游護坡變形、錯位,冰凍區(qū)高程311.50-314.65m采用混凝土護坡型式,混凝土板塊尺寸為3.0m×3.0m×0.3m,能有效減小冰體與邊坡間的摩擦力,避免坡面冰推破壞。下游壩坡在現(xiàn)有基礎上進行人工削坡,坡腳做貼坡排水,頂高程為307.50m[2]。
5.2 溢洪道工程處理措施
溢流堰、導流墻、堰體拆除,重新澆筑。對溢洪道右側山體進行削坡處理,削坡后邊坡坡比為1∶0.5。導流墻采用重力式擋土墻型式,頂寬40cm,底寬212cm,墻高690cm,溢流面邊坡1∶0.5的混凝土基座,堰體為重力式擋土墻結構型式,頂寬80cm,底寬380cm,堰高415-600cm,其下為寬480cm,高80cm的混凝土基座。堰頂寬10m,為50cm厚混凝土板,反坡段寬10m,為30cm厚的混凝土板,板下均設50cm厚換填基砂。
側槽段原漿砌石及混凝土側墻和底板拆除重新澆筑,底板為80cm厚混凝土板,上游底板寬3m,下游底寬6m,山體一側側墻采用現(xiàn)澆貼坡式擋土墻結構型式。過渡段、陡槽段拆除重建,過渡段底板為長8m,底板與側墻結構型式與側槽段相同。陡槽段長37m,底板坡降8%,上游接過渡段,高程308.65m,下游接挑流鼻坎,高程305.65m。
尾端仍采用挑流消能,鋼筋混凝土結構,挑流段長10m,挑流鼻坎園弧半徑20m,鼻坎頂高程307.40m,挑射角25°。
泄水渠渠堤為土料填筑,漿砌石結構,渠底比降3%,長80m,渠頂高程按設計情況下渠內(nèi)水位加1.0m超高,溢洪道尾水直接進入下游河道。
5.3 輸水洞工程處理措施
消險設計由于大壩前坡變緩,擬將取水口向上移,洞身加長18.8m,采用鋼筋混凝土方涵型式,進水塔仍采用豎井式,鋼筋混凝土結構,更換閘門、啟閉機,選擇1.0m×1.0m鑄鐵平板閘門,手電兩用螺桿式啟閉機。工作橋長21.4m,寬2.0m,橋身為鋼筋混凝土雙T型梁結構。
出水段擋土墻拆除重建,采用重力式鋼筋混凝土擋墻,消力池長11m,深0.7m,尾水渠底寬1.4m,邊坡1∶2,采用干砌石護坡,護坡厚30cm,下為30cm厚反濾層。尾水渠護砌長度70cm。
更換放水洞閘門及啟閉機,閘門選擇1.0m×1.0m平板鑄鐵閘門,啟閉機選擇LQ—3T螺桿式啟閉機。
[1]水利部天津水利水電勘測設計研究院.SL253-2000溢洪道設計規(guī)范[S].北京:中國水利水電出版社,2000.
[2]黃河水利委員會勘測設計規(guī)劃研究院.SL274-2001碾壓式土石壩設計規(guī)范[S].北京:中國水利水電出版社,2002.
1007-7596(2017)06-0123-02
2017-05-16
周龍(1975-),男,黑龍江牡丹江人,高級工程師。
TV697.3
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