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        崮山水庫(kù)除險(xiǎn)加固后溢洪閘泄洪能力分析

        2020-12-22 07:45:08韓保國(guó)劉春曉
        山東水利 2020年11期
        關(guān)鍵詞:凈寬溢洪道閘門

        韓保國(guó),劉春曉

        (威海市崮山水庫(kù)管理處,山東 威海 264300)

        崮山水庫(kù)位于威海市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)崮山鎮(zhèn)西村西南1 km 處,控制流域面積90.3 km2,總庫(kù)容 2 505 萬(wàn) m3,興利庫(kù)容 1 500 萬(wàn) m3,死庫(kù)容100 萬(wàn)m3。正常蓄水位24.60 m,死水位14.20 m。崮山水庫(kù)工程等別為Ⅲ等,主要建筑物級(jí)別為3級(jí),是威海市重要的水源地。2018 年10 月崮山水庫(kù)開始進(jìn)行除險(xiǎn)加固工程建設(shè),2019 年7 月26 日大壩、放水洞、溢洪(閘)道三大主體工程竣工,完成蓄水驗(yàn)收,溢洪閘正式下閘蓄水。

        1 存在的主要問(wèn)題

        1.1 大壩壩體

        大壩壩體填筑壓實(shí)度,現(xiàn)場(chǎng)勘查心墻干密度小于1.7 g/cm3,不滿足現(xiàn)行規(guī)范要求;上、下游壩坡高程17.0 m 以上壩殼填土為粉土質(zhì)中細(xì)沙,其密度、內(nèi)摩擦角、滲透系數(shù)均不滿足沙礫石填筑料質(zhì)量技術(shù)要求;壩基砂層厚6~10 m 存在液化可能;上游干砌石護(hù)坡不滿足規(guī)范要求,干砌石護(hù)坡塊石底面較小且形狀不規(guī)則,側(cè)面接觸面積小,容易產(chǎn)生塊石松動(dòng),外觀檢查發(fā)現(xiàn)水位變動(dòng)帶存在明顯的砌石松動(dòng)、翹起、塌陷現(xiàn)象。

        1.2 溢洪閘啟閉設(shè)備

        水庫(kù)壩址原基本地震烈度設(shè)計(jì)為6°區(qū),新的地震圖譜顯示在7°區(qū),抗震標(biāo)準(zhǔn)提高,溢洪閘閘室、邊墩、上下游邊墻結(jié)構(gòu)抗震安全性不滿足規(guī)范要求;左邊墩下游邊坡變形和滲漏嚴(yán)重,底板局部存在剝蝕、凍融現(xiàn)象,機(jī)架橋板存在裂縫,機(jī)架橋梁為預(yù)制組裝結(jié)構(gòu),不利于抗震安全;啟閉機(jī)使用20 多年,啟閉設(shè)施及電氣設(shè)備老化,機(jī)殼漏油,閘門止水橡膠老化,有2 孔閘門漏水嚴(yán)重;溢洪閘未設(shè)置檢修閘門及閘門槽,無(wú)相應(yīng)啟閉設(shè)備,無(wú)檢修橋(臺(tái)),工作閘門故障時(shí)無(wú)法進(jìn)行檢修,不符合規(guī)范要求。

        1.3 放水洞

        放水洞為內(nèi)徑1.0 m 預(yù)制鋼筋混凝土圓管,工作閘門為1.0 m×1.0 m 平板鋼閘門、卷?yè)P(yáng)機(jī)啟閉,多年銹蝕、變形、配重不足,導(dǎo)致閘門無(wú)法正常啟閉;消力池長(zhǎng)度僅有8 m,不滿足規(guī)范要求,且高墻砌石結(jié)構(gòu)抗震安全性不足;洞身鋼筋混凝土強(qiáng)度和抗裂性能不滿足規(guī)范要求,洞內(nèi)混凝土局部剝蝕、滲水,有白色析出物;啟閉設(shè)備及電氣設(shè)備老化嚴(yán)重,無(wú)法正常工作。

        1.4 監(jiān)測(cè)與設(shè)施

        大壩監(jiān)測(cè)與管理設(shè)施不完善。壩坡人工水位觀測(cè)水尺破損、不完善,缺少自動(dòng)水位觀測(cè)設(shè)備;大壩在樁號(hào) 0+153、0+233、0+313 斷面設(shè)有壩體測(cè)壓管、無(wú)壩基測(cè)壓管,無(wú)自動(dòng)觀測(cè)設(shè)施,管口缺少保護(hù)裝置;溢洪道中墩無(wú)滲壓觀測(cè),邊墩無(wú)繞流測(cè)壓管,溢洪道、放水洞均無(wú)沉陷位移標(biāo)點(diǎn);無(wú)中控室,視頻監(jiān)控系統(tǒng)不完善。

        2 加固前后溢洪閘位置結(jié)構(gòu)型式

        2.1 加固前

        溢洪道為河岸開敞式,位于大壩右端東側(cè),通過(guò)裹頭、右岸南北墻與大壩連接,溢洪閘為直線布置得寬頂堰,溢洪道軸線與大壩軸線交角約為76°。溢洪道由進(jìn)水渠、溢洪閘、泄槽、消力池、出水渠組成。溢洪道進(jìn)口呈喇叭形,加固前溢洪閘位于喇叭開口端,為4 孔凈寬10 m 徑向弧形布置的WES 實(shí)用堰,堰頂高程19.2 m。

        2.2 加固后

        結(jié)合溢洪閘移址重建,對(duì)溢洪道及兩岸邊墻拆除重建,對(duì)右壩頭南北墻高墻段及漸變段進(jìn)行加固處理。改建后墻體由砌石結(jié)構(gòu)改為C35 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),墻后回填拋石混凝土和壤黏土并通過(guò)護(hù)坡和現(xiàn)狀地面連接。加固后的溢洪道由進(jìn)水渠、溢洪閘、泄槽、二級(jí)消能防沖設(shè)施、出水渠組成。

        加固后維持溢洪道縱軸線不變,在喇叭口末端新建鋼筋混凝土開敞式溢洪閘,順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)22 m(閘墩上分別布置檢修橋、機(jī)架橋、交通橋),橫向?yàn)橹本€布置3 孔凈寬8 m 的寬頂堰,(閘底)堰頂高程15.5 m,閘室設(shè)弧形工作閘門。泄槽寬度由25 m 調(diào)整為27 m。相比較加固前溢洪閘軸線向下游平移52 m。閘室上游設(shè)檢修橋?qū)?.5 m,增加檢修閘門,閘門為5 節(jié)8 m×1.5 m 疊梁式平面鋼閘門,設(shè)置1 臺(tái)起吊設(shè)備。

        2.3 溢洪閘室位置的確定

        1)溢洪閘閘基座于中風(fēng)化黑云斜長(zhǎng)片麻巖之上,巖體堅(jiān)硬,力學(xué)強(qiáng)度高,穩(wěn)定性好,抗沖刷能力強(qiáng),工程地質(zhì)條件優(yōu)越。2)溢洪道兩岸邊坡主要為巖質(zhì)邊坡,未發(fā)現(xiàn)不利于邊坡穩(wěn)定的構(gòu)造組合,邊坡穩(wěn)定性較好。3)場(chǎng)區(qū)地下水對(duì)混凝土無(wú)腐蝕性。

        2.4 溢洪閘特性比較

        崮山水庫(kù)溢洪閘除險(xiǎn)加固前后工程特性比較見表1。

        3 溢洪閘泄洪能力分析

        3.1 溢洪閘調(diào)度運(yùn)用方式

        根據(jù)《水利水電計(jì)算手冊(cè)》,閘底板為寬頂堰時(shí),0.1<e/H≤0.65,為孔流;e/H>0.65,為堰流。

        閘孔出流計(jì)算:

        式中:δs為淹沒系數(shù),自由出流時(shí)取 1.0;u0為流量系數(shù);e 為閘門開啟高度,m;n 為閘門孔數(shù);b 為單孔凈寬,m。

        表1 崮山水庫(kù)溢洪閘除險(xiǎn)加固前后工程特性表

        敞泄堰流計(jì)算:

        式中:m 為堰流流量系數(shù);ε 為閘墩側(cè)收縮系數(shù);B 為閘門總凈寬,m。

        3.2 溢洪閘加固前后敞泄能力分析

        崮山水庫(kù)溢洪閘敞泄堰流優(yōu)化后計(jì)算公式Q=mBH3/2,流量系數(shù)m=1.9,B 加固前后分別是40 m,24 m。選取水庫(kù)汛期控制運(yùn)用方案中三個(gè)特征值,汛中限制水位21.80 m,允許超蓄水位22.75 m,興利水位24.60 m 三種工況泄流能力進(jìn)行比較,結(jié)果見表2。

        表2 加固前后汛中限制水位、超蓄水位、興利水位計(jì)算結(jié)果

        4 結(jié) 語(yǔ)

        1)新建溢洪閘的泄洪能力在不同水位較加固之前增加30%~100%,可更好地應(yīng)對(duì)較大洪水。

        2)溢洪閘位置、型式更加優(yōu)化,實(shí)際工作中更方便操作;采用弧形鋼閘門,啟閉力減小50%,動(dòng)力保障率更加可靠。

        3)在汛期控制運(yùn)用實(shí)際工作中應(yīng)進(jìn)一步研究熟悉溢洪閘閘孔出流泄洪規(guī)律,在上級(jí)防汛指揮部門領(lǐng)導(dǎo)下,嚴(yán)格遵守水庫(kù)汛期控制運(yùn)用方案,適時(shí)適量開啟溢洪閘調(diào)洪,保護(hù)崮山水庫(kù)上下游人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全。

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