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        南喬水庫除險加固設計方案綜述

        2021-01-06 18:24:27
        黑龍江水利科技 2021年9期
        關鍵詞:設計

        李 霞

        (臨汾市水利勘測設計院,山西 臨汾 041000)

        1 工程概況

        南喬河發(fā)源于臨汾市堯都區(qū)臥虎山東側李子角東溝內,屬于黃河流域汾河水系。水庫位于臨汾市堯都區(qū)縣底鎮(zhèn)城隍村南約1.2km的南喬溝內,是一座以灌溉為主兼有防洪、養(yǎng)殖的小(2)型水庫,水庫壩址以上控制流域面積8km2。

        該水庫建成于1973年,水庫樞紐由大壩、溢洪道、泄洪洞組成。大壩為均質土壩,最大壩高16m,壩頂高程為573.5m,壩頂長109m,壩頂寬3m。溢洪道位于大壩左岸,寬淺式矩形斷面,進口底高程571m,進口寬度約6m,縱坡0.23,全部為土基且未按原設計開挖,無襯砌及消能設施。泄洪洞位于大壩左岸,進口損壞嚴重,進口底高程563.5m,洞身為寬1.2m,高1.5m的城門洞型,洞身長56m,縱坡1/47,最大泄量4.5m3/s。

        2 工程現狀存在的主要問題

        水庫運行30多年來,為水庫附近農村農業(yè)增產、農民增收作出了巨大貢獻,但因水庫先天條件不足,加之年久失修,水庫現狀主要存在以下問題:①大壩防洪不滿足200a一遇洪水校核標準;②壩頂寬約3m,壩頂及上下游壩坡有多處損壞;③溢洪道現狀尺寸不規(guī)則,為土基,無襯砌及消能設施;④泄洪洞進口損壞。

        3 除險加固工程建設內容

        2009年山西省水利廳對南喬水庫進行了大壩安全鑒定,安全鑒定結論為三類壩,并提出水庫除險加固意見和建議。主要內容有:①大壩整治工程;②溢洪道改建工程;③泄洪洞改造工程。

        4 除險加固措施

        4.1 大壩整治

        4.1.1 現狀大壩概況

        南喬水庫大壩為均質土壩,壩頂高程573.5m,壩頂長109m,壩頂寬約3m,最大壩高16m。上游壩坡坡比1∶2,上游壩坡干砌石護坡損壞嚴重。下游壩坡分為二級,一級壩坡坡比1∶2,設4m寬馬道,二級壩坡坡比為1∶2.5,下游壩坡無護坡,雜草叢生。壩頂無防浪墻,路面為原填土面。經計算壩坡穩(wěn)定安全系數不滿足規(guī)范要求,故需對大壩進行整治。

        根據《小型水利水電工程碾壓土石壩設計導則》(SL189-96)6.2.1條規(guī)定,壩頂寬度可采用3-6m,壩頂寬度滿足導則要求,故只需對大壩上下游邊坡進行整治。

        4.1.2 壩坡整治措施

        1)上游壩坡整治

        針對上游壩坡存在的問題,先清除壩坡損壞的護坡,然后按設計斷面整治,壩坡坡比仍為1∶2。護坡采用0.3m干砌塊石,下設反濾層,反濾層自上而下采用20cm厚碎石及10cm厚中粗砂。

        2)下游壩坡整治

        因現狀壩坡凌亂不堪、雜草叢生,故將下游壩坡坡面清除0.5m ,然后整治至設計斷面。下游壩坡整治后坡比1∶2,為防止雨水對下游壩坡的沖刷,并在左右岸坡設300×300mm的預制混凝土U型排水溝。為保護壩坡不被沖刷,防止壩坡凍脹并有效降低浸潤線,本次設計在下游坡腳增設排水棱體。排水棱體頂寬1m,高1.5m,內坡1∶1,外坡1∶1.5。棱體反濾層自內而外依次為10cm厚中粗砂及20cm厚碎石。

        3)壩頂整治

        壩頂設20cm厚泥結石路面,壩頂上游側設1m高M10漿砌石防浪墻。為便于雨天排水,壩頂路面向下游傾斜2%的坡度,壩頂下游側120×300×500mm路沿石,路沿石在與下游壩坡的橫向排水溝及岸坡排水溝相接處留排水缺口。

        4.2 溢洪道改建工程

        改建溢洪道位于大壩左岸,溢洪道中心線與壩軸線夾角為 90°??刂蒲邽闊o坎寬頂堰,進口凈寬6m,校核泄量85.24m3/s,設計泄量48.71m3/s。改建溢洪道總長126m,由引渠段、控制段、泄槽段、挑流坎及護底組成。關于溢洪道尾部消能防沖工程方案,設計時進行了分析比較,由于溢洪道單寬流量較大,如采用底流消能方式時,盡管防洪標準采用20a一遇時,消力池挖深達3m,墻高6.3m,池長21m,海漫長度需50m,不但投資較大,且施工難度較大。如采用挑流消能方式時,經計算,不需要設灌注樁支撐的挑流板即可滿足沖坑后坡要求,與底流消能方式相比,投資及施工難度均較小。故本次設計消能防沖方案采用挑流型式[1]。

        1)溢洪道引水渠設計

        引渠段長30.5m,整個引渠段為不規(guī)則喇叭型,向上游呈擴散布置。

        引渠段左邊墻為護坡轉彎段,轉彎半徑40m,采用10水泥砂漿砌石扭面結構,墻頂寬0.5m,墻前趾寬為0.5m,底板厚0.8m。

        引渠段右邊墻為C25F150鋼筋混凝土懸臂擋土墻結構,沿溢洪道軸線長8m,懸臂擋土墻頂寬0.3m,迎水面直立,背水面傾斜,底板厚0.5m。

        引渠段底板采用300mm厚M10水泥砂漿砌石底板上襯100mm厚C15混凝土結構。

        2)溢洪道控制段設計

        控制段上接引渠段下接泄槽段,全長10m,進口為無控制矩形寬頂堰,底坡i=0,凈寬6m,閘墩與底板為整體式C25F150鋼筋混凝土結構。

        控制段底板寬7.2m,厚0.6m,在其上下游各設一道齒墻,齒墻底寬0.5m,齒墻深0.5m,齒墻外側直立,內側坡比1∶1。邊墩厚度為0.6m。

        交通橋采用C25鋼筋混凝土板式結構,凈跨6m,橋面凈寬3.0m。交通橋橋板厚0.3m,橋板兩側設1.0m高防撞欄,并與橋板整體現澆,橋面現澆C30細石混凝土鋪裝層。

        控制段修建土質擋水堰,其位置位于該段首部,與其軸線垂直。根據水庫正常高水位比控制段堰頂高程高出1.0m的實際情況,設計土堰長6m,高1.50m,頂寬1.5m,兩面邊坡均為1∶1.5。

        3)溢洪道泄槽段設計

        泄槽段布置于控制段后,全長67m(水平距離),設計縱坡i=1/4,底寬6m,矩形斷面。泄槽側墻與底板采用整體式結構。

        泄槽底板采用0.4m厚C25F150鋼筋混凝土結構,泄槽底板橫縫間距10-7m,縫間均設651橡膠止水帶一道,聚乙烯閉孔泡沫板填縫。為了避免底板承受滲透水壓力,在底板外側及橫縫下部設縱橫排水溝,為防止挑流坎水流影響泄槽整體穩(wěn)定,故在泄槽末端設深1.2m的齒墻。

        泄槽側墻采用C25F150鋼筋混凝土整體式擋土墻,左右側墻對稱布置,墻高由3.5-1.8m,側墻頂寬0.3m,迎水面直立,背水面稍傾。為減小泄槽側墻后的滲透水壓,在側墻背水面設粒徑0.5-2cm碎石反濾體,碎石反濾體外包土工布,反濾體沿側墻通長布置,墻身設Φ50PVC@3000的排水管,管內口包土工布且伸入墻后反濾體。左右側墻墻背填土面低于墻頂0.5m。

        4)溢洪道挑流坎設計

        挑流坎為整體式鋼筋混凝土結構,全長8.5m,反弧半徑R為5.911m,鼻坎挑射角30°。

        側墻與底板為C30F150鋼筋混凝土整體結構,側墻高1.8-2.58m,側墻為直立式,墻厚0.5m。為了滿足沖坑后坡要求,在挑流坎下游側設一道齒墻,墻深4.32m。在挑流坎上游側也設一道齒墻,墻深1m,以加強挑流坎抗滑穩(wěn)定。

        5)護底設計

        挑流坎后接10m長鉛絲籠塊石護底,凈寬10m,鉛絲籠塊石護底厚0.5m,下設0.2m厚砂礫料墊層。

        4.3 泄洪洞改造工程

        南喬水庫泄洪洞進口損壞嚴重,控制閘門失靈且漏水嚴重,整個泄洪洞已無法正常運行。泄洪洞洞身為城門洞型式,底寬為1.5m,直墻高1m,拱高0.75m,底板為50cm厚漿砌石,拱圈為37cm砌磚,洞長56m,縱坡1/47。

        本次設計維修泄洪洞進口,由于泄洪洞洞身段最大過流能力為4.5 m3/s,故本次泄洪洞改造過流能力按4.5 m3/s控制,在現狀洞內設φ800鋼管,控制閥門設在泄洪洞出口,并設閘閥房,出口翼墻及底板維持現狀,僅在其末端設1m厚鉛絲籠塊石防沖,寬度5m,總長10m[2]。

        5 結 語

        水庫除險加固工程完工后,可使水庫灌溉面積達到6.33hm2,灌溉保證率為50%的興利用水量,防洪標準達到20a一遇洪水設計,200年一遇洪水校核的部頒標準??杀Wo下游村莊3座,人口7000人,耕地1.2萬畝,使水庫進一步發(fā)揮效益、服務于地方經濟起到應有的作用。

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