鞠 飛

(遼寧省盤錦水文局，遼寧 盤錦 124010)

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安家水庫(kù)除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)方案比選及加固措施探析

鞠 飛

(遼寧省盤錦水文局，遼寧 盤錦 124010)

病險(xiǎn)水庫(kù)的存在不僅嚴(yán)重影響區(qū)域防洪安全，同時(shí)也限制了水庫(kù)效益的正常發(fā)揮。為保障水庫(kù)及區(qū)域的防洪安全，充分發(fā)揮水庫(kù)興利效益，需對(duì)病險(xiǎn)水庫(kù)進(jìn)行除險(xiǎn)加固。本文以遼寧省昌圖縣安家水庫(kù)為例，對(duì)水庫(kù)除險(xiǎn)加固工作的若干關(guān)鍵問題進(jìn)行研究，著重對(duì)主壩、溢洪道、輸水洞存在的病險(xiǎn)問題進(jìn)行剖析，并進(jìn)行除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)。

安家水庫(kù)；除險(xiǎn)加固；工程設(shè)計(jì)

1 水庫(kù)概況

安家水庫(kù)始建于1998年，建于亮子河一級(jí)支流中游，距昌圖縣城區(qū)10 km。是一座以防洪、養(yǎng)魚為主的綜合利用小(Ⅰ)型水庫(kù)，水庫(kù)防洪標(biāo)準(zhǔn)為20 a設(shè)計(jì)，50 a校核。水庫(kù)樞紐由大壩、溢洪道、輸水洞三部分組成。

2 存在問題及加固方案比選

2.1 存在的問題

2.1.1 大壩壩體存在的問題

大壩建在一級(jí)階地和現(xiàn)代河床上，在主河槽一段，壩體直接和主河槽的砂層接觸，原工程施工中對(duì)主河槽段壩基未做有效的處理，致使壩基主河槽段存在著透水層，最深處達(dá)3.0 m。因此當(dāng)庫(kù)水位抬高產(chǎn)生壓力時(shí)，庫(kù)水通過砂層滲透而產(chǎn)生基礎(chǔ)漏水，主河槽段滲透量較大。

2.1.2 溢洪道存在的問題

由于溢洪道為24 m，過于狹窄，影響泄流。溢洪道底板混凝土局部脫落，尾水渠沖刷嚴(yán)重，進(jìn)口段和堰體段的側(cè)墻頂和大壩頂齊平處斷裂，有一定的安全隱患。

2.2 水庫(kù)除險(xiǎn)加固方案選擇

2.2.1 壩體加固方案

迎水坡均采用混凝土板護(hù)坡，其結(jié)構(gòu)為0.2 m混凝土板(穿筋每塊板2根Φ12鋼筋)、下設(shè)0.1 m碎石、土工布，0.1 m中細(xì)砂?；炷磷o(hù)坡板每2 m×2 m一塊，中間設(shè)瀝青木板伸縮縫。混凝土板護(hù)坡以下做干砌石護(hù)砌，底部齒墻重新澆筑。

平整下游壩坡，壩坡維持原來(lái)坡比(上1：3.0、下1：2.0)；對(duì)局部隆起或塌陷處進(jìn)行修整，背水坡均為草皮自然護(hù)坡，背水坡壩腳處做貼坡排水共100延長(zhǎng)米。

壩頂鋪砂石路面壓實(shí)厚度為30 cm，壩頂兩側(cè)安石質(zhì)路緣石。

2.2.2 溢洪道加固方案

拆除現(xiàn)有溢洪道，對(duì)引渠進(jìn)行混凝土襯砌，新建鋼筋混凝土溢流堰面，提高溢洪道抗沖能力。堰面凈寬為24 m，底板長(zhǎng)16 m，底板厚0.8 m，底板下設(shè)0.1 m素混凝土，為增加滲徑在堰體首末兩端底板下設(shè)2 m深齒墻。新建下游消力池及海漫段，修建溢洪道交通橋。

3 大壩加固設(shè)計(jì)

3.1 壩體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定分析

根據(jù)歷年最大風(fēng)速和風(fēng)向，選擇風(fēng)向與壩軸線成一定角度的多年風(fēng)速資料進(jìn)行分析，得出平均最大風(fēng)速為13.5 m/s。

水庫(kù)大壩為均質(zhì)土壩，大壩全長(zhǎng)110 m，最大壩高8.4 m，壩頂高程118.90 m，壩頂寬5.0 m，上、下游同在113.00處設(shè)戧臺(tái)，寬為2.0 m，上游坡坡比為1：3，下游坡比為1:2.0。

3.1.1 土壩變形分析及評(píng)價(jià)

從水庫(kù)大壩管理運(yùn)行資料看，壩體局部存在輕微沉陷，主要是由于壩體不均勻沉降引起的，由于觀測(cè)資料不全，無(wú)法進(jìn)行分析計(jì)算，只能對(duì)產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析。分析其原因主要以沉降為主，兼有其它成因，主要原因有以下幾個(gè)方面：

1)因?yàn)橥亮鲜┕r(shí)含水過高，干容重過低，水庫(kù)建成后，在其自身重量的壓縮下，壩的中心部位和下部其土料的干容重逐漸加大，而外殼較松，加之風(fēng)雨作用，使土變軟，以至促使松軟外殼的塑性蠕動(dòng)。

2)壩基河床軟弱的粘土覆蓋層薄厚不均，至使大壩受重力下沉不均勻，導(dǎo)至壩體不同部位產(chǎn)生沉降差。

3)上壩土料混雜，性質(zhì)不一，各部分土體自體沉陷、變形量不同所導(dǎo)。

壩體局部存在輕微沉陷是威脅水庫(kù)安全的主要問題，必須進(jìn)行處理。

3.1.2 土壩穩(wěn)定分析

1)計(jì)算參數(shù)的選取

由于安家水庫(kù)歷經(jīng)多年運(yùn)行，原始設(shè)計(jì)資料難以查找。

2)計(jì)算工況的確定

根據(jù)大壩現(xiàn)狀的實(shí)際運(yùn)行條件和水位參數(shù)，以及相關(guān)規(guī)定，計(jì)算工況如下：

正常運(yùn)用條件：

(1)正常高水位116.00 m，穩(wěn)定滲流期上、下游坡的穩(wěn)定計(jì)算。

(2)設(shè)計(jì)洪水位117.05 m，穩(wěn)定滲流期上、下游坡的穩(wěn)定計(jì)算。

(3)庫(kù)水位在壩高三分之一處，穩(wěn)定滲流期上、下游壩坡穩(wěn)定計(jì)算。

(4)庫(kù)水位由設(shè)計(jì)洪水位降至116.00 m時(shí)上游壩坡穩(wěn)定。

非常運(yùn)用條件：

(5)校核洪水位118.19 m，可能形成穩(wěn)定滲流時(shí)上、下游坡的穩(wěn)定計(jì)算。

3)邊坡穩(wěn)定計(jì)算

穩(wěn)定計(jì)算方法根據(jù)規(guī)定，采用計(jì)及條塊間作用力的簡(jiǎn)化畢肖普法計(jì)算壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。邊坡穩(wěn)定計(jì)算成果見表1。

表1 土壩穩(wěn)定計(jì)算成果表

由土壩穩(wěn)定計(jì)算成果表1可以看出，在各種工況下，土壩邊坡穩(wěn)定，計(jì)算安全系數(shù)均大于規(guī)范允許的安全系數(shù)，所以土壩的邊坡在上述工況下是穩(wěn)定的，大壩總體變形性狀及壩體沉降趨于穩(wěn)定，但仍有開裂的可能，土壩抗滑穩(wěn)定滿足規(guī)范要求。

3.2 護(hù)坡方式

迎水坡采取混凝土面板護(hù)坡,被水坡為碎石護(hù)坡。

3.3 排水體設(shè)計(jì)

大壩壩后設(shè)貼坡排水，要清除松土及富含有機(jī)物的壩后填土。根據(jù)規(guī)定排水體頂面應(yīng)高出壩后浸潤(rùn)線逸出點(diǎn)高程1.5～2.0 m。正常蓄水位時(shí)壩體浸潤(rùn)方程算出出逸點(diǎn)高程為116.11 m正常運(yùn)行時(shí)初步考慮貼坡排水頂高程為117.61 m。在排水體與壩體、壩基土接觸面上，鋪設(shè)一層350 g/m2的無(wú)紡布作為反濾保護(hù)層。在排水體后設(shè)置排水溝。

3.4 壩頂布置

壩頂采用砂石路面，厚度為0.30 m；壩頂設(shè)有路燈照明，其中：每隔30 m設(shè)一盞，共設(shè)10盞路燈。

4 溢洪道加固設(shè)計(jì)

進(jìn)水渠長(zhǎng)10 m，底板采用0.4 m厚干砌石襯砌，底寬24 m，邊坡1：2，比降2‰

4.2 導(dǎo)流段

導(dǎo)流段采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，由底板和兩側(cè)擋土墻組成。底板混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C20，墻混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C25，底板長(zhǎng)4 m，底板高程116.00 m底板厚0.3 m，下設(shè)0.2 m碎石墊層，0.1 m砂墊層，首末端設(shè)置2.5 m深齒墻，底板配筋Φ12@250雙層網(wǎng)格。擋土墻頂高程118.00 m，墻頂寬0.3 m，底寬0.5 m，外伸0.5 m。

導(dǎo)流段前進(jìn)行防滲處理，鋪設(shè)土工膜防止水從上游滲透到控制堰，從而導(dǎo)致下游滲透破壞。防滲處理長(zhǎng)度為10 m，深度為3 m。土工膜上鋪設(shè)0.1 m中細(xì)砂墊層、0.4 m干砌石，上部再用粘土回填。

4.3 控制堰

控制堰為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，由底板和兩側(cè)邊墻組成。底板混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C20，墻混凝土等級(jí)為C25，堰頂高程為116.00 m，堰凈寬24 m，底板厚1 m，底板下設(shè)0.2 m碎石墊層，0.1 m砂墊層，為增加滲徑在堰體首末兩端底板下設(shè)2.5 m深齒墻。

堰頂設(shè)交通橋，橋面凈寬5 m，長(zhǎng)24 m，共5跨。橋面配筋Φ16@100橋面高程與壩頂高程一致116.00 m。邊墩尺寸為梯形斷面，頂寬0.45 m，底寬為1.0 m，前腳0.5 m，后腳外伸1.0 m，底部板厚0.6 m，混凝土標(biāo)號(hào)C25，邊墩配筋Φ16@200，架立筋Φ12@200。中墩尺寸為墩寬0.45 m，底座寬1.0 m，高0.6 m，中墩為素混凝土C20，墩帽尺寸為0.45×0.25(寬×高)，墩帽配筋為縱向筋6Φ10，箍筋為Φ8@300，混凝土標(biāo)號(hào)為C20。

我國(guó)一些農(nóng)村地區(qū)在生活污水處理方面仍然不夠重視，而且當(dāng)?shù)卣矝]有給予必要的資金支持。例如，在一些地區(qū)一般使用好氧污水處理辦法，但這種辦法需要一定的資金支持，需要消耗大量人力、物力成本，但由于農(nóng)村地區(qū)經(jīng)濟(jì)落后，因此在資金方面就會(huì)受到限制。有關(guān)部門更傾向于低成本的處理措施，希望以此來(lái)降低能源損耗。

4.4 陡坡段

陡坡段為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，底板混凝土強(qiáng)度C20，墻混凝土等級(jí)為C25，矩形斷面，比降1/4，落差6.3 m，陡坡段長(zhǎng)14 m，底板厚0.3 m，下設(shè)0.2 m碎石墊層，0.1 m砂墊層。陡坡底板下設(shè)縱橫排水。擋土墻高程從118.00 m降至111.70 m，墻頂寬0.3 m，底寬0.5 m，外伸0.5 m。墻后設(shè)排水并下設(shè)排水管。

4.5 消力池

消力池為鋼筋混凝土綜合式消力池，池長(zhǎng)16 m，由底板、擋土墻、消力坎組成。底板混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C20，墻、消力坎強(qiáng)度等級(jí)為C25，底板高程109.70 m，底板厚0.8 m，下設(shè)0.2 m碎石墊層，0.1 m砂墊層，消力池池深1.15 m，末端設(shè)0.45 m高消力坎。為減少底板揚(yáng)壓力防止發(fā)生凍賬破壞，使陡坡底板下的排水順利導(dǎo)出故在消力池底板設(shè)排水孔，排水孔直徑為0.1 m。擋土墻頂寬0.3 m，底寬0.5 m，首末端齒墻深均為2 m，擋土墻底部設(shè)排水孔。消力池底板混凝土標(biāo)號(hào)C25，抗凍標(biāo)號(hào)為D100。

4.6 海漫段

海漫段為為干砌石結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)24 m，寬24 m，由底板、齒墻組成。底板高程111.00 m，底板厚0.3 m，下設(shè)0.2 m碎石墊層，0.1 m砂墊層，首末端齒墻深均為1.5 m。

5 輸水洞加固設(shè)計(jì)

輸水洞經(jīng)過多年運(yùn)行，機(jī)器嚴(yán)重老化，無(wú)法正常使用。整體需拆除重建。

5.1 進(jìn)口段

進(jìn)口段采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，由底板和兩側(cè)擋土墻組成。底板長(zhǎng)3.5 m，底板高程112.5 m，底板厚0.3 m，下設(shè)0.1 m砂墊層，首末兩端設(shè)2.0 m深的齒墻，底板配筋 Φ12@250雙層網(wǎng)格。底板混凝土標(biāo)號(hào)為C20，抗凍標(biāo)號(hào)F100，抗?jié)B標(biāo)號(hào)為W6。

5.2 洞體段

整個(gè)洞體均為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，洞截面尺寸為1.0 m×1.0 m，洞體長(zhǎng)37 m，洞進(jìn)口底板高程112.5 m。洞底板、頂板及側(cè)墻厚0.3 m，底板下設(shè)0.1 m砂墊層，為防止不均勻沉降設(shè)伸縮縫，并在分縫處設(shè)橡膠止水和截水墻，截水墻斷面為梯形斷面，上頂寬0.5 m，底寬1.3 m，墻高1 m。

5.3 豎井式控制段

為防止浸潤(rùn)線形成將豎井布置在靠近壩頂。豎井為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，矩形截面，豎井基礎(chǔ)平面尺寸為4.0 m×4.0 m，底板厚0.3 m。啟閉臺(tái)頂高程118.25 m，啟閉梁截面尺寸0.2 m×0.4 m(寬×高)，啟閉梁配筋為Φ16。由于原閘門和啟閉機(jī)己無(wú)法正常啟閉，故需更換。閘門為鑄鐵平板閘門，采用10t電動(dòng)卷?yè)P(yáng)啟閉機(jī)。同時(shí)對(duì)啟閉室進(jìn)行重建。

因閘門開啟時(shí)。閘下高速水流不斷帶走空氣，使閘后形成不穩(wěn)定的低壓區(qū)，從而引起流態(tài)不穩(wěn)定，閘門振動(dòng)或建筑物的氣蝕破壞和啟閉力的增加，為消除這種低壓區(qū)，在閘門后設(shè)置通氣管由洞內(nèi)直通到洞外大氣中，以便在閘門啟閉時(shí)起充氣和排氣的作用，通氣管直徑為Φ100。

啟閉室為磚混凝土結(jié)構(gòu)，平面尺寸為4.0 m×4.0 m墻后0.37 m，啟閉室地面配筋為Φ12單層網(wǎng)格。

5.4 消力池段

消力池為矩形過水?dāng)嗝鏀U(kuò)散式消力池，鋼筋混凝土整體結(jié)構(gòu)，寬度為3.0 m?？傞L(zhǎng)7.5 m，池深0.4 m，池底高程112.00 m。

5.5 海漫段

海漫段為為干砌石結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)13 m，寬3 m，由底板、齒墻組成。底板高程112.4 m，底板厚0.3 m，下設(shè)0.1 m砂墊層，首末端齒墻深均為1.5 m。

6 結(jié)語(yǔ)

安家水庫(kù)經(jīng)長(zhǎng)期運(yùn)行，攔河壩、溢洪道、輸水洞都出現(xiàn)病險(xiǎn)問題。尤其是壩體局部在高水位運(yùn)行時(shí)大壩背坡滲漏的可能性較大；溢洪道底板混凝土局部脫落，尾水渠沖刷嚴(yán)重；輸水洞機(jī)器嚴(yán)重老化，無(wú)法正常使用。針對(duì)上述主體工程的病險(xiǎn)問題，及早研究，做出經(jīng)濟(jì)、適用、可行的除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)。希望通過除險(xiǎn)加固，大榆水庫(kù)能在防洪安全上有所保障，并進(jìn)一步增加灌區(qū)灌溉的保證率，為當(dāng)?shù)厮Y源綜合開發(fā)利用和社會(huì)經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境等方面發(fā)揮重要作用。

2016-10-31

鞠飛(1982-)，男，遼寧寬甸人，高級(jí)工程師，主要從事水文情報(bào)、預(yù)報(bào)工作。

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