陳忠潤 李英 梅德波
關(guān)鍵詞: 溢洪道 大壩 除險加固 泄洪量
1 東洱河水庫溢洪道的基本情況及存在的主要問題
東洱河水庫溢洪道位于大壩東南向1 km 處,首部橫穿213國道,建有首部閘門室,設(shè)有2 m×2 m平面鋼閘門3套。溢洪道進口底板為1 337.575 m,為有閘控制寬頂堰。閘后為深1.2 m,長15.2 m 的消力池,池后130 m為一跌坎,向南延伸900 m 后,交匯于金雞河。斷面呈梯形,由于該工程在除險加固時僅對閘室和消力池段做了處理,以下部分僅開挖出斷面而未做襯砌處理,影響了溢洪道的泄洪。溢洪道最大泄流量為60 m3/s。低位輸水涵洞為加固配套工程,位于壩左肩52.5 m 的壩下,埋管為鋼管,內(nèi)徑為0.6 m,長度為120.4 m,進口底板高程1 328.00 m,進口設(shè)事故檢修閘門,閘井啟閉塔操作平臺高程1 350.50 m,用交通橋與壩頂連接。閘孔尺寸為0.6 m×0.6 m(寬×高),原設(shè)計最大出流量3 m3/s。
溢洪道閘門已經(jīng)運行了多年,因受當(dāng)時技術(shù)限制導(dǎo)致閘門維護困難,該閘門銹蝕和漏水嚴(yán)重,給工程使用帶來了隱患,其啟閉機設(shè)備也銹蝕嚴(yán)重,電氣控制元件老化缺損嚴(yán)重,零部件缺損變形嚴(yán)重,因此,對原進口3 道閘門進行改建。閘門門槽結(jié)構(gòu)不變,只是拆除原二期混凝土后重新澆筑二期混凝土,閘門更換后仍為2 m×2 m 的平板鋼門 。啟閉機設(shè)備也由原來的螺桿機更換為卷揚機。
垮塌的邊墻及水庫下游行洪渠道4+040 m 處右岸路基向渠內(nèi)滑塌已列入應(yīng)急處理設(shè)計方案中。由于原溢洪道控制段結(jié)構(gòu)僅閘墩墩頭及墩尾為漿砌石結(jié)構(gòu),其余結(jié)構(gòu)均為鋼筋混凝土。地震后經(jīng)過現(xiàn)場檢查,閘墩墩頭及墩尾未見明顯裂縫,結(jié)構(gòu)基本完好,因此此次除險加固未對其進行處理[1-2]。
2 溢洪道泄流能力復(fù)核及加固處理
東洱河水庫溢洪道仍采用開敞式,根據(jù)實際情況,溢洪道可分為進口段、控制段、泄槽段、消能段、陡槽段等部分。
2. 1 溢洪道泄流能力復(fù)核
溢洪道為有閘控制寬頂堰,首部閘室為3 孔2 m×2 m 平面鋼閘門,堰頂高程1 337.575 m。
當(dāng)水位低于1 339.575 m 時,屬于堰流,采用堰流流量計算公式計算[3]:
溢洪道設(shè)計最大泄量為60 m3/s 時,校核洪水位是1 343.59 m,此次復(fù)核結(jié)果在校核洪水位時泄量為58.06 m3/s,溢洪道泄流能力不能滿足設(shè)計要求,需要進行加固處理[5-8]。
2. 2 溢洪道加固改造施工
土方開挖:由2.0 m3挖掘機開挖,扣除回填所需的土方外,其余由10 t 自卸汽車運至棄碴場棄碴。混凝土鑿毛由人工進行;混凝土的拆除基本上由人工進行,部分可采用Y30 型手風(fēng)鉆鉆孔密集淺孔爆破拆除,人工集碴,開挖碴料由2.0 m3挖掘機挖裝,10 t 自卸汽車運至下游公路邊碴場棄碴[9]。
混凝土澆筑由JZC350 型混凝土攪拌機拌制,由1T 機動翻斗車運至工作面,人工入倉,防浪墻由2.2 kW插入式振搗器振搗密實,鋼模施工。
漿砌石施工:所用塊石由寧洱縣附近已有砂石加工廠購買,人工裝5 t 自卸汽車運至工作面附近,砂漿由JZC350 型混凝土攪拌機拌制,1 t 機動翻斗車運至工作面附近,人工砌筑。
2.2.1 進口段
進口段樁號0+130.00 m~0+152.00m段,平距30 m,上游寬40 m,順?biāo)鞣较驖u收縮至25 m,渠底坡為反坡,右岸山體幵挖,邊坡穩(wěn)定達到規(guī)范要求,左岸新建漿砌石擋土墻,底坡為i=0.131 5,起始底板高程1 337.394 m,末端高程1 334.500 m。斷面形式為矩形,邊墻高2.5 m,底寬6 m,用M8.0漿砌石砌筑。
2.2.2 控制段
控制段樁號0+152.00 m~0+748.30 m段,溢流堰拆除重建,底坡為i=0.010 4,起始底板高程1 334.500 m,末端高程1 328.300 m。斷面形式為矩形,邊墻高2.5 m,底寬6 m,用M8.0 漿砌石砌筑,溢流堰堰體內(nèi)部采用M10 水泥砂漿砌筑,表面采用C25 現(xiàn)澆砼,厚30 cm。堰前、堰頂及堰后均用M10 水泥砂漿勾凸縫。溢流堰中段設(shè)伸縮縫1 道,內(nèi)設(shè)橡膠止水,止水前后用橡塑板填縫。
2.2.3 泄槽段
泄槽段樁號0+393.5 m~0+508.5 m段,底寬25 m,總長90 m,底坡為i=0.0104,起始底板高程1 331.983 m,末端高程1 330.793 m。斷面形式為梯形,面坡為1∶1,底寬6 m,用M8.0 漿砌石砌筑。左岸導(dǎo)流墻拆除重建,采用M10 重力式漿砌石擋土墻結(jié)構(gòu),根據(jù)溢洪道水力計算,確定邊墻高度為2.5 m。右岸山體進行拓寬開挖,邊坡坡比達到1∶1,確保山體穩(wěn)定。
2. 3 消力池復(fù)核
閘后消力池寬為8.0 m,深度為1.2 m,邊墻高度為2.5 m,長度為15.2 m。消力池按照最大下泄流量為60 m3/s 時,校核洪水位在1 343.59 m,對其進行復(fù)核計算,溢洪道進口高程為1 337.575 m,消力池底高程為1 336.375 m[10-12]。
2.3.1 收縮水深計算
2.3.2 躍后水深計算
計算公式如下:
2.3.3 消力池深度計算
計算公式如下:
2.3.5 消能段的改造施工
根據(jù)地形條件,東洱河水庫溢洪道消能采用挑流形式,消能段樁號0+628.300 m~0+703.300 m 段,底坡為i=0.010 4,起始底板高程1 329.548 m,末端高程1 328.768 m。斷面形式為梯形,面坡為1∶1,邊墻高2.5 m,底寬6 m,用M8.0 漿砌石砌筑。
(1)挑坎高程確定。
洪水經(jīng)挑流鼻坎消能后,進入下游出水渠。根據(jù)《溢洪道設(shè)計規(guī)范》(SL 253-2018)規(guī)定,在保證能形成自由挑流的情況下,挑坎高程齊平或略低于下游最高水位,經(jīng)比較確定坎頂高程。
(2)挑坎參數(shù)確定。
設(shè)計挑坎為連續(xù)等寬式,根據(jù)《溢洪道設(shè)計規(guī)范》(SL 253-2018)規(guī)定:挑流鼻坎反弧半徑R 為反弧最低點最大水深的6~12 倍。經(jīng)比較確定挑坎反弧半徑為4.95 m,挑射角37.69°,反弧最低點高程1 327.56 m,反弧段上游與泄槽底板切線連接。
根據(jù)工程地質(zhì)報告,溢洪道下游基巖出露,巖石完整且較堅硬,抗沖刷能力強,據(jù)此,下游河床內(nèi)不再采取工程措施。為防止溢洪道內(nèi)洪水回流沖刷壩后,在大壩主河槽段壩后新建漿砌石擋土墻,墻體釆用重力式擋土墻結(jié)構(gòu),高2.5 m[13]。
2. 4 陡槽段水力計算
式(8)中:q 為計算斷面單寬流量;θ 為陡坡底板與水平面的夾角;? 為流速系數(shù),取? = 0.95;H0 為以起始計算斷面渠底為基礎(chǔ)的上游來流總水頭。
計算結(jié)果如表2 所示。根據(jù)表中計算結(jié)果,最大水深為2.07 m,選擇邊墻高度為2.5 m[14]。
3 設(shè)計處理措施
對原進口3 道閘門進行改建。閘門門槽結(jié)構(gòu)不變,只是拆除原二期混凝土后重新澆筑二期混凝土,閘門更換后仍為2 m×2 m 的平板鋼門。啟閉機設(shè)備也由原來的螺桿機更換為卷揚機。
原溢洪道里程0+000.00 m~0+130.00 m 與0+748.30 m~0+951.00 m(交金雞河)段已進行漿砌塊石襯砌,其余地段均為土渠。此次除險加固對土渠段進行漿砌石襯砌。
在應(yīng)急處理項目中已安排,此次除險加固未考慮。應(yīng)急處理方案分別為將垮塌的邊墻拆除重新用漿砌石支砌、在未垮塌的邊墻外支砌漿砌石擋墻以保護原來的邊墻。下游河道4+040 m 處滑塌的擋墻急處理設(shè)計方案是將滑塌的擋墻及已經(jīng)變形的渠道底板漿砌石拆除,用漿砌石支砌擋墻及渠道底板,處理長度60 m。