自貢市觀音壩水庫(kù)存在的主要問(wèn)題及除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)

靳 偉

(自貢市水利電力建筑勘測(cè)設(shè)計(jì)院,四川 自貢 643000)

1 工程概況

觀音壩水庫(kù)位于自貢市沿灘區(qū)永安鎮(zhèn)境內(nèi),壩址座落在沱江水系釜溪河一級(jí)支流望子河上游。該水庫(kù)為年調(diào)節(jié)水庫(kù),集雨面積12.08k m2,水庫(kù)總庫(kù)容618.7萬(wàn)m3,調(diào)節(jié)庫(kù)容379.2萬(wàn) m3,死庫(kù)容22.5萬(wàn)m3,壩軸線長(zhǎng)116 m。水庫(kù)是以灌溉為主,兼顧防洪、鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水等綜合利用的小(1)型水庫(kù),水庫(kù)樞紐位置特別重要,大壩下游50m處為內(nèi)宜高速公路,一旦失事將直接威脅下游劉山鄉(xiāng) 0.6萬(wàn)人的生命財(cái)產(chǎn)安全和840h m2農(nóng)田以及高速公路。

2 觀音壩水庫(kù)樞紐工程存在的主要問(wèn)題

①水庫(kù)防洪標(biāo)準(zhǔn)低:上游壩面只在正常蓄水位以上采用混凝土預(yù)制塊護(hù)坡,護(hù)坡不完善,且局部預(yù)制塊滑塌,下游壩面無(wú)護(hù)坡。②壩體內(nèi)存在滲水通道,壩基和兩壩肩均存在滲漏;下游壩腳未設(shè)置排水棱體,導(dǎo)致浸潤(rùn)線從下游壩坡出逸;下游沿魚(yú)池邊界壩坡腳有局部明顯的沉陷和坍塌現(xiàn)象。③溢洪道消力池底板嚴(yán)重水毀;尾端尾水渠兩側(cè)未襯砌,且淤積嚴(yán)重,疊板閘門和2個(gè)D N400控制閘閥均嚴(yán)重銹蝕,2個(gè)閘閥均已無(wú)法開(kāi)啟;下涵洞雖已封堵廢棄,但仍有較大滲漏,約6 L/s。④水庫(kù)無(wú)任何觀測(cè)設(shè)施和設(shè)備,管理用房基本喪失使用功能;水庫(kù)約1.2 k m的防洪專用公路路況極差。

3 除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)

3.1 水庫(kù)防洪能力整治

觀音壩水庫(kù)屬無(wú)資料地區(qū),設(shè)計(jì)洪水由暴雨推求,采用《四川省中小流域暴雨洪水計(jì)算手冊(cè)》推薦的推理公式法進(jìn)行分析計(jì)算。經(jīng)計(jì)算,觀音壩水庫(kù)30 a一遇的設(shè)計(jì)洪水為75.53 m3/s,300 a一遇的校核洪水為131.34m3/s。

調(diào)洪計(jì)算和壩頂高程復(fù)核,30 a一遇設(shè)計(jì)洪水,經(jīng)調(diào)洪下泄流量23.13 m3/s,相應(yīng)設(shè)計(jì)洪水位為361.66 m,要求壩頂高程為363.37m;300 a一遇校核洪水,經(jīng)調(diào)洪下泄流量為39.96 m3/s,相應(yīng)校核洪水位為362.22 m,要求壩頂高程為363.20 m;考慮地震壅高情況下,要求壩高為361.89m。

根據(jù)水文復(fù)核成果,觀音壩水庫(kù)在正常運(yùn)行情況下要求壩頂高程為363.23 m,在非常運(yùn)行情況下要求壩頂高程為363.12 m,而現(xiàn)有壩頂高程為362.90 m,對(duì)此,可考慮的整治方案包括:①適當(dāng)加高大壩,增加調(diào)蓄能力;②加大泄洪設(shè)施,增加泄量。

本次除險(xiǎn)加固工作從簡(jiǎn)單、節(jié)儉、實(shí)用等方面考慮防洪能力不足的整治問(wèn)題。由于加高大壩方案中,壩高僅增加0.33 m就能滿足防洪要求,但還需在上部增設(shè)防護(hù)欄桿,故采取增設(shè)1.0 m的防浪墻,且施工工序簡(jiǎn)單,投資小;而加寬加深溢洪道、加壩高和擴(kuò)大泄量相結(jié)合兩種方案中必須對(duì)溢洪道進(jìn)行拓寬或加深等措施,需對(duì)現(xiàn)有溢洪道進(jìn)行全面整改,且開(kāi)挖量較大,工序復(fù)雜,投資大。經(jīng)比較分析,本次采取增設(shè)防浪墻作為整治方案。

3.2 壩體滲流復(fù)核及處理措施

3.2.1 整治前滲流計(jì)算

根據(jù)地質(zhì)勘察及其建議值,壩體滲透系數(shù) K=5×10-5m3/s,允許滲透坡降 J=0.6。壩體整治前的滲流計(jì)算如表 1。

表1 大壩穩(wěn)定滲流期計(jì)算坡降值及滲流量(整治前)

由表 1可知,大壩整治前在工況 4、5情況下的最大滲流比降均大于允許比降 J=0.6,有具備形成滲透破壞的條件,需要進(jìn)行整治。

3.2.2 增設(shè)排水棱體和下游壩腳整治

根據(jù)大壩滲流的復(fù)核結(jié)論,浸潤(rùn)線偏高,且工況 4(校核洪水位362.22m形成滲流的情況)和工況 5(校核洪水位362.22 m降至溢洪道底板360.40 m高程情況)的滲透坡降均大于允許滲透坡降,故本次整治在大壩下游壩坡腳增設(shè)排水棱體。排水棱體外坡為 1∶1.5,內(nèi)坡為1∶1,底寬14.7 m,頂寬1.5 m,頂部高程353.70m,采用塊石堆砌并鋪設(shè)反濾層,反濾層主要由 0.2厚碎石層和 0.2粗砂層組成。

下游壩腳坍塌部位整治:由于增設(shè)排水棱體的同時(shí)已經(jīng)完善了下游坡腳,故不存在坍塌部位的整治,但需回填其壩腳魚(yú)池。

3.2.3 整治后滲流復(fù)核計(jì)算

大壩整治后在其上述工況下的最大滲流比降均小于允許比降J=0.6,滲流計(jì)算成果見(jiàn)表2。

3.3 壩體穩(wěn)定復(fù)核及處理措施

根據(jù)觀音壩水庫(kù)大壩的結(jié)構(gòu)布置情況,壩坡整體抗滑穩(wěn)定計(jì)算斷面選擇大壩壩體最大壩高斷面,并與滲流分析采用斷面相同。

大壩為四級(jí)建筑物,根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》(S L 274-2001)要求,采用計(jì)及條塊間作用力的簡(jiǎn)化畢肖甫法時(shí),相應(yīng)壩坡抗滑穩(wěn)定最小允許安全系數(shù)以及整治前后計(jì)算成果如表 4。

表2 大壩穩(wěn)定滲流期計(jì)算坡降值及滲流量(整治后)

表3 筑壩材料物理力學(xué)指標(biāo)

表4 規(guī)范允許的壩坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)表

表5 壩坡穩(wěn)定計(jì)算成果表(整治前)

表6 壩坡穩(wěn)定計(jì)算成果表(整治后)

從表 6可以看出,整治前后大壩上游坡和下游坡所有工況的抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求,不存在抗滑穩(wěn)定安全問(wèn)題。

穩(wěn)定復(fù)核計(jì)算,大壩上、下游壩坡各工況下的抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求,故大壩壩坡是穩(wěn)定的;但從現(xiàn)場(chǎng)檢查情況來(lái)看,上游壩面僅在正常蓄水位以上采用混凝土預(yù)制塊護(hù)坡,且風(fēng)浪淘刷嚴(yán)重,現(xiàn)局部護(hù)坡面混凝土預(yù)制塊出現(xiàn)滑塌;下游壩坡表層由為紫紅色、黃褐色黏土組成,雜草從生,易受雨水沖刷及鼠、蟻等的破壞,坡腳局部地段有小規(guī)模坍塌,未做護(hù)坡處理。

針對(duì)上述情況,本次整治對(duì)上游迎水面完善護(hù)坡,范圍從死水位以上1.5 m護(hù)至壩頂部,采用干砌條石襯砌,下鋪0.2 m厚碎石墊層;下游壩坡首先進(jìn)行壩面清理規(guī)整,清除表面的雜草、亂石、松土等,然后沿壩體縱、橫向澆筑0.2 m×0.5m×4m(寬×高×長(zhǎng))的混凝土框格梁,待混凝土框格澆筑完成并進(jìn)行回填(壓實(shí)度同原壩體)夯實(shí)后,在框格內(nèi)采用植草護(hù)坡,可先鋪一層 0.2～0.3 m厚的腐植土再撒上草籽。根據(jù)規(guī)范要求,為避免雨水漫流沖刷壩坡,除砌石或堆石壩坡外應(yīng)設(shè)壩面排水系統(tǒng),因此沿壩坡與岸坡的連接線、馬道內(nèi)測(cè)以及后壩腳均設(shè)置縱橫排水溝,排水溝結(jié)構(gòu)尺寸0.4 m×0.3m,采用M7.5漿砌石砌筑,過(guò)水?dāng)嗝娌捎?1∶2水泥砂漿抹面;為方便對(duì)下游壩坡日常巡查的需要,沿壩坡面增設(shè)人行梯步,采用漿砌條石從壩頂鋪設(shè)至高程353.70 m,路面寬1.5 m。

3.4 溢洪道整治措施

溢洪道主要存在的問(wèn)題是:溢洪道消力池底板嚴(yán)重水毀;尾端尾水渠兩側(cè)未襯砌,且淤積嚴(yán)重,水流直接沖刷下游兩側(cè)及農(nóng)田。溢洪道泄槽水力計(jì)算成果如表 7。

表7 溢洪道泄槽水力計(jì)算成果表

從表 7中結(jié)果可以看出,需對(duì)二級(jí)陡槽段(溢 0+ 042.350～0+065.950)部分兩側(cè)邊墻采用 M7.5水泥砂漿MU 20條石加高0.3 m以滿足要求。

3.5 放水建筑物

3.5.1 放水設(shè)施存在的主要問(wèn)題

根據(jù)《自貢市沿灘區(qū)觀音壩水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)報(bào)告》鑒定結(jié)論,放水設(shè)施主要存在以下問(wèn)題:上涵洞出口附近壩坡面存在散浸,其拱頂段(樁號(hào):上涵 0+030.00～上涵 0+ 040.00)存在一定滲漏,該滲漏是壩體滲漏水;下涵洞雖已封堵廢棄,但仍有較大滲漏,約6 L/s。

3.5.2 放水設(shè)施整治設(shè)計(jì)

本次整治工程中,擬定下列方案進(jìn)行整治:①上涵洞出口附近壩坡的散浸和拱頂段(樁號(hào):上涵 0+030.00～上涵0 +040.00)的滲漏,待壩體灌漿后可得以解決。②對(duì)下涵洞滲漏采取從上游壩面間隔2 m梅花形布孔,對(duì)原封堵段(樁號(hào):下涵0+000.00～下涵 0+015.00)擬用水泥漿進(jìn)行灌注封閉,灌漿孔深入涵洞底部不少于0.5 m。

[1] 劉彥琦,舒仲英,劉燕.丹棱縣大寨水庫(kù)除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)淺析[J].四川水利,2009(5):55-58.

[2] 薛家營(yíng)水庫(kù)大壩除險(xiǎn)加固方案設(shè)計(jì)[J].山西水利科技,2009 (2):13-15.

[3] 王鈺,黃桂芳.吉林省小(Ⅰ)型水庫(kù)土石壩存在的主要問(wèn)題及除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)的處理措施[J].吉林水利,2009(1):60-61.

[4] 秦愛(ài)香,殷進(jìn)賢,尹慶龍 .東平湖圍壩除險(xiǎn)加固工程建設(shè)管理經(jīng)驗(yàn)[J].人民黃河,2009,31(2):111-112.