楊秋菊

(營口市水利勘測建筑設(shè)計院，遼寧 營口 115000)

1 概 述

太平溝水庫位于陳屯鎮(zhèn)太平溝村，于1972年竣工投入運(yùn)行，水庫當(dāng)時的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)是20a一遇，校核標(biāo)準(zhǔn)為100a一遇，是一座以灌溉、防洪、養(yǎng)殖等綜合效益的小(2)型水庫。水庫樞紐工程主要由大壩、溢洪道、輸水洞組成。

2 工程現(xiàn)狀

2.1 大壩

水庫壩型為粘土心墻壩，壩殼為壤土，壩長216m，壩頂寬8 m-10m，最大壩高18.36m，壩頂高程17.2m，迎水坡1∶2.5，背水坡1∶2.25。迎水坡為干砌塊石護(hù)坡。

壩頂局部高低不平，上游干砌石護(hù)坡局部脫落，沉陷不平整。背水坡無護(hù)坡。大壩下游坡無排水體。

2.2 溢洪道

河岸式溢洪道位于大壩右側(cè)，進(jìn)口為棱柱體平底槽，凈寬16.0m，槽底高程14.5m。

2.3 輸水洞

輸水洞位于大壩左側(cè)，型式為壩下埋管，洞身為鑄鐵管，洞徑0.3m閘閥控制。

3 工程存在的主要問題

1)在非常運(yùn)用條件下，防滲體頂高程低于靜水位，不滿足防滲要求，壩頂高程均不滿足規(guī)范要求。

2)大壩迎水坡護(hù)坡石有的風(fēng)化嚴(yán)重，局部脫落、沉陷不平整。背水坡無護(hù)坡。

3)溢洪道右側(cè)無擋土墻，消力池漏水嚴(yán)重，尾水渠底板已破壞[1]。

4)輸水洞閘閥、輸水洞管理房已不能使用，輸水洞出水渠道在壩腳，嚴(yán)重威脅大壩安全。

5)缺少大壩觀測設(shè)施。

6)上壩公路在溢洪道進(jìn)水口處中斷，但是上壩公路作為庫區(qū)里青龍山旅游區(qū)交通公路的一部分，如遇汛期，交通會受一定影響[2]。

4 水庫病險情況復(fù)核

4.1 大壩工程復(fù)核

根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》確定計算公式：

Y=R+e+A

(1)

式中：Y為 壩頂超高，m；R為最大波浪在壩坡上的爬高，m；e為最大風(fēng)壅水面高度，m；A為安全加高，m。

1)本次壩頂超高復(fù)核風(fēng)浪要素的計算采用莆田試驗(yàn)站公式。

a)平均波高h(yuǎn)m計算：

(2)

式中：g為重力加速度，g=9.81m/s2；Hm為水域平均水深，m；D為由計算點(diǎn)逆風(fēng)向量到對岸的距離，m；W為設(shè)計洪水位取1.5倍的多年平均年最大風(fēng)速，27m/s，校核洪水位取多年平均年最大風(fēng)速，18m/s。

b)平均波長Lm按公式計算如下：

(3)

式中：Tm為 平均波周期，按公式Tm=4.438hm0.5計算；H為水域平均水深。

c)波浪爬高Rp計算

平均爬高：

(4)

式中：K△為斜坡的糙率滲透性系數(shù)，護(hù)面類型為砌石護(hù)坡，K△=0.78；KW為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)；m為坡坡率；hm為坡前波浪的平均波高；Kβ為斜向來波折減系數(shù)，其中：風(fēng)向與壩軸線法線夾角β=40°；Lm為壩前波浪的波長，m。

按照《碾壓土石壩設(shè)計規(guī)范》的規(guī)定進(jìn)行波浪爬高累積頻率換算，該工程為5級建筑物，確定Rp累積頻率P=5%。

2)風(fēng)壅水面高度e計算

(5)

式中：K為綜合摩阻系數(shù)，K=3.6×10-6；β為計算風(fēng)向與壩軸線法線的夾角，取β=40°；W為水面上10m處的風(fēng)速，本工程取為18m/s；D為從計算點(diǎn)作水域中線(或壩軸中線)的平行線與對岸的交點(diǎn)到計算點(diǎn)的距離，m；H為水域的平均水深，m。

3)安全加高A：

根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》，正常運(yùn)用條件時A=0.5m，非常運(yùn)用條件時，A=0.3m。

4)地震涌浪高：

地震區(qū)的安全高應(yīng)增加地震沉降和涌浪高度，按《水工建筑物抗震設(shè)計規(guī)范》的規(guī)定，根據(jù)設(shè)計烈度和壩前水深，取地震涌浪高度為0.5-1.5m。在設(shè)計烈度為8、9度時，安全超高應(yīng)計入壩和地基在地震作用下的附加沉陷[3]。

本工程設(shè)計烈度7度，地震涌浪高度取為1.0m，不計地震附加沉陷。

5)壩頂超高計算成果：

根據(jù)以上所列公式和計算參數(shù)，對大壩進(jìn)行計算，取其最大值控制壩頂超高。計算結(jié)果見表1。

表1 壩頂超高計算成果表

6)壩頂高程計算：

計算結(jié)果見表2。

表2 太平溝水庫壩頂高程計算成果表

由表中可以看出，在非常運(yùn)用條件下，防滲體頂高程低于校核洪水位，不滿足防滲要求，壩頂高程也不滿足規(guī)范要求。

4.2 溢洪道工程復(fù)核

4.2.1 陡槽計算

4.2.1.1 陡槽水力計算

1)計算方法：

根據(jù)《溢洪道設(shè)計規(guī)范》，陡槽水面線應(yīng)根據(jù)能量方程，用分段求和法計算，計算公式如下：

據(jù)能量方程，用分段求和法計算，計算公式如下：

(6)

(7)

2)起始計算斷面位置及其水深h1按陡槽上游段形式選?。?/p>

太平溝水庫陡槽上游與棱柱體平底槽銜接，起始計算斷面定在陡槽首部，水深h1取用陡槽首端斷面計算的臨界水深hk。

(8)

不同頻率陡槽起點(diǎn)臨界水深hk計算結(jié)果見表3。

表3 陡槽起點(diǎn)臨界水深hk計算結(jié)果表

3)摻氣后水深計算：

公式如下：

(9)

式中：h、hb為陡槽計算斷面的水深及摻氣后的水深，m；v為不摻氣情況下陡槽計算斷面的流速，m/s；ζ為修正系數(shù)，可取1.01.4，取大值1.4。

水面線推求及摻氣后水深計算成果見表4。

4.2.1.2 陡槽邊墻高度計算

陡槽段邊墻高度計算標(biāo)準(zhǔn)為200a一遇，為計入摻氣后的水面線，再加上0.5m的超高。陡槽段邊墻高度計算成果見表5。

利用腦卒中神經(jīng)功能缺損程度進(jìn)行效果分析,分為顯效、有效、無效三個等級,顯效是指患者治療后的功能缺損分值減少超過90%。有效是指患者治療后神經(jīng)功能缺損分值減少超過50%,未達(dá)到90%。無效是指患者治療后分值減少情況低于50%[3]。

表4 陡槽(0+066-0+129.5)水面線推求成果

表5 陡槽段邊墻墻頂高度計算成果表

由以上計算可知，溢洪道左側(cè)邊墻高度滿足擋水要求。

4.2.2 消能工計算

4.2.2.1 尾水渠設(shè)計及壩下水位-流量關(guān)系曲線

由于河道內(nèi)多年干旱，大壩下游河道部分被占用，為了保證大壩汛期泄水順暢，消力池下游接尾水渠[4]。尾水渠設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為10a一遇，按明渠均勻流公式推求，各設(shè)計參數(shù)見表6。

經(jīng)計算，尾水渠10a一遇設(shè)計水深為0.47m。

4.2.2.2 消力池計算

現(xiàn)狀水庫溢洪道下游設(shè)有消能措施，本次消力池計算采用10a一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)。

消力池計算采用《溢洪道設(shè)計規(guī)范》(SL253-2000)中等寬矩形斷面消力池相應(yīng)公式：

1)自由水躍共軛水深h2按下列公式計算：

(10)

式中：Fr1為收縮斷面弗勞德數(shù)；h1為收縮斷面水深，m；v1為收縮斷面流速，m/s。

2)水躍長度L 按下式計算：

L=6.9(h2-h1)

(11)

3)等寬矩形斷面下挖式消力池池深、池長按下列公式計算：

(12)

式中：d為池深，m；σ為水躍淹沒度，取σ=1.05；h2為池中發(fā)生臨界水躍時的躍后水深，m；h1為消力池出口下游水深，m；△Z為消力池尾部出口水面跌落，m；Q為流量，m3/s；b為消力池寬度，m；φ為消力池出口段流速系數(shù)，取0.95；L自由水躍的長度，m。

經(jīng)計算太平溝水庫下游消力池計算參數(shù)及成果見表7。

表6 下游標(biāo)準(zhǔn)尾水渠設(shè)計成果表

表7 消力池計算參數(shù)及成果表

結(jié)論：現(xiàn)狀消力池池長、池深均滿足規(guī)范要求。

4.2.3 溢洪道邊墻穩(wěn)定復(fù)核

太平溝水庫無施工資料，現(xiàn)狀左側(cè)邊墻經(jīng)現(xiàn)場檢查，沒有斷裂傾斜現(xiàn)象，故認(rèn)為邊墻是穩(wěn)定的。右側(cè)無邊墻，需要重新砌筑邊墻[5]。

4.3 輸水洞復(fù)核

1)輸水洞輸水能力計算：

(13)

輸水洞布置在大壩左側(cè)埋鑄鐵管，直徑300mm，管道長45m，管底進(jìn)口高程8.0m，管底出口高程7.7m。出口設(shè)管理房，內(nèi)設(shè)閘閥控制流量。

按有壓流隧洞泄流計算公式：

(14)

(15)

式中：μ為流量系數(shù)；ω為洞出口斷面面積；H為管路出口斷面中心與上游水面的高差；λ為沿程阻力系數(shù)；d為隧洞直徑；ζ為隧洞的局部能量損失系數(shù)；l為隧洞的長度，l=45m。

∑ζi=進(jìn)口0.5+出口0.81+閥門0.05=1.36

輸水洞水位-泄量關(guān)系曲線見表8。

表8 輸水洞水位—泄量關(guān)系曲線表

2)輸水洞結(jié)構(gòu)計算：輸水洞下游消力池完好，現(xiàn)狀沒有破壞現(xiàn)象，滿足正常輸水消能防沖要求，但輸水洞出口排水渠道緊靠壩腳，給大壩安全帶來隱患，需更改出水線路。閘閥有漏水現(xiàn)象，需更換。輸水洞管理房已不能正常運(yùn)用，需重建。

5 結(jié) 語

太平溝水庫總庫容37.94萬m3，本設(shè)計主要從大壩主體、溢洪道及輸水洞三方面著手,通過對大壩主體的滲流和壩體穩(wěn)定的復(fù)核完成了對水庫的除險加固的設(shè)計。該設(shè)計目標(biāo)明確、經(jīng)過計算, 滿足規(guī)范要求。

[1]秦立雁,楊革,孫維.芻議黑龍江省水庫病險成因分析與對策[J].黑龍江水利科技，2010(01)：67-68.

[2]劉金巖.慶豐水庫大壩除險加固研究[J].大連理工大學(xué)，2012 (S1)：101-102.

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[4]姚小豐,胡長江.黃泥田水庫洪水復(fù)核方法分析[J].黑龍江水利科技，2013(08)：16-18.

[4]黃立華,李鈞,清水河水庫大壩安全分析[J].趙燕.中國農(nóng)村水利水電，2011(08)：27-29.