水庫(kù)工程中溢洪道加固設(shè)計(jì)

陳永強(qiáng)

(廣東省博羅縣水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)室,廣東 博羅 516100)

光頭水庫(kù)位于博羅縣楊村鎮(zhèn)境內(nèi),距楊村鎮(zhèn)約9km,水庫(kù)控制集雨面積0.96km2,集雨區(qū)域位于東江中下游。光頭水庫(kù)總庫(kù)容48×104m3,為村管的小 (Ⅱ)型水庫(kù),是楊村鎮(zhèn)的主要水利工程之一。

水庫(kù)的任務(wù)以灌溉為主兼顧防洪,設(shè)計(jì)灌溉農(nóng)田面積700畝。

工程樞紐由大壩、溢洪道、灌溉涵管等組成。大壩為均質(zhì)土壩,其中大壩最大壩高10.1m,壩頂高程39.1m,壩頂寬度1.8m,壩頂長(zhǎng)112m。溢洪道位于大壩又壩頭,為開(kāi)敞式無(wú)閘控制自由泄流型式,堰頂高程為35.63m,寬4m。大壩設(shè)放水涵一座,是內(nèi)徑為 500mm的混凝土圓管,進(jìn)口高程29.8m,涵頭放水設(shè)施為斜臥管型式。

1 工程存在的主要問(wèn)題

光頭水庫(kù)始建于1957年,該水庫(kù)由于建設(shè)期較早,工程建設(shè)存在標(biāo)準(zhǔn)低,施工質(zhì)量差,存在較多問(wèn)題。水庫(kù)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)年運(yùn)行,主要建筑物均有不同程度的破壞,其中大壩壩體滲漏較為嚴(yán)重,斜臥管漏水嚴(yán)重,涵管接頭多處破壞,壩面雜草叢生,壩址沒(méi)有設(shè)置反濾體排水,溢洪道未完善,不能發(fā)揮泄洪功能,無(wú)上壩公路,不利于防洪搶險(xiǎn)。

1.1 大壩存在的主要問(wèn)題

經(jīng)檢查和復(fù)核計(jì)算,光頭水庫(kù)土壩主要存在如下問(wèn)題。

(1)壩頂。水庫(kù)大壩壩頂平均寬度僅為1.8m,為泥土路面,不能通行機(jī)械、車(chē)輛,不利于水庫(kù)的運(yùn)行管理,不利于水庫(kù)的防汛搶險(xiǎn)。

(2)壩坡。水庫(kù)大壩上游壩坡平均為1︰2.25,下游壩坡平均為1︰2.0,壩前坡坡面無(wú)護(hù)面,因?yàn)槟昃檬Ч?壩背水坡面雜草叢生,極易滋生白蟻危害,無(wú)反濾體,前坡部分地方直接受庫(kù)水的沖刷陶蝕嚴(yán)重,蜂窩狀沖刷坑隨處可見(jiàn)。

壩后坡管理維護(hù)不夠,覆面草種繁雜,壩坡裸露,局部受雨水侵蝕剝落嚴(yán)重。

(3)壩體。壩體由于當(dāng)時(shí)的施工工藝落后,填筑質(zhì)量差,滲流過(guò)大,背水坡無(wú)反濾體,對(duì)壩體的安全及發(fā)揮效益是極為不利的。

1.2 溢洪道

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查和復(fù)核計(jì)算,溢洪道主要存在如下問(wèn)題。

(1)溢洪道兩側(cè)無(wú)擋土墻及護(hù)底,無(wú)消能設(shè)施。

(2)溢洪道局部地方?jīng)_刷嚴(yán)重,在樁號(hào)0+070處有一較大沖坑。

1.3 輸水涵管

經(jīng)檢查,光頭水庫(kù)輸水涵管主要存在如下問(wèn)題。

(1)原輸水涵管為φ 500mm混凝土圓管,漏水嚴(yán)重。

(2)放水涵為斜硪管型式,為磚砌結(jié)構(gòu),漏水嚴(yán)重。

(3)接涵管出口無(wú)消力池,水流的常年沖刷使現(xiàn)狀土壩后坡涵管出口處出現(xiàn)局部坍塌,對(duì)大壩和輸水涵管的安全都極為不利。

1.4 其他配套設(shè)施

(1)防汛公路。光頭水庫(kù)防汛公路靠壩址附近2km長(zhǎng)路段,路寬約為4m,局部地方較窄,車(chē)輛不能通過(guò),路面為泥土路面,無(wú)維護(hù),坑坑洼洼、高低不平,水庫(kù)無(wú)上壩公路,不利于水庫(kù)的運(yùn)行管理通行要求,特別是不利于水庫(kù)的防汛搶險(xiǎn)交通要求。

(2)其他設(shè)施。水庫(kù)無(wú)管理房、無(wú)通訊設(shè)施、無(wú)管理電源,基本無(wú)水庫(kù)運(yùn)行資料,工程管理經(jīng)費(fèi)不足。水庫(kù)無(wú)水位觀(guān)測(cè)設(shè)施,無(wú)雨量觀(guān)測(cè)設(shè)施。因資金困難,多年未備防汛砂石料。

2 溢洪道加固設(shè)計(jì)

2.1 溢洪道存在問(wèn)題及加固措施

(1)溢洪道現(xiàn)狀。位于大壩右側(cè)的山凹上,為開(kāi)敞式無(wú)閘控制自由泄流型式,堰頂高程為35.63m,寬4m。原溢洪道凹凸不平,無(wú)圬工襯砌,局部地方?jīng)_刷嚴(yán)重,不利水庫(kù)的正常泄洪。

(2)溢洪道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。光頭水庫(kù)溢洪道的級(jí)別為5級(jí),根據(jù) 《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》(SL252—2000)的有關(guān)規(guī)定,確定溢洪道設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)與大壩相同,設(shè)計(jì)洪水為30年一遇,校核洪水為300年一遇。下游的消能防沖按10年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。

(3)溢洪道除險(xiǎn)加固措施。保持原溢洪道寬4m,全長(zhǎng)用M7.5漿砌石護(hù)底300mm厚,10mm厚C20混凝土護(hù)面,兩側(cè)設(shè)置M7.5漿砌石重力式擋土墻。新增消力池,消力池根據(jù)電算成果消力池底高程為30.63m,池深0.77m,池長(zhǎng)5.0m。

2.2 溢洪道陡坡水面線(xiàn)計(jì)算和側(cè)墻高度計(jì)算

陡坡水面線(xiàn)按30年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),300年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)校核,采用省廳推廣使用的微機(jī)程序 《陡坡水面線(xiàn)計(jì)算DP-3》,詳細(xì)計(jì)算見(jiàn)電算稿。滲氣水深計(jì)算:

式中:h,hb——泄槽計(jì)算斷面的水深及滲氣后的水深,m;

V——不滲氣情況下泄槽計(jì)算斷面的流速,m/s;

ξ——修整系數(shù),可取1.0到1.4,流速大的取大值計(jì)算。

從以上計(jì)算可知:在三十年一遇設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)下,起推水深為0.654m,安全超高為0.5m。在三百年一遇校核洪水標(biāo)準(zhǔn)下,起推水深為0.876m,安全超高為0.3m,取兩者中較大值。計(jì)算結(jié)果列于表1。

表1 陡坡水面線(xiàn)計(jì)算成果表

從陡坡水面線(xiàn)的計(jì)算成果可知,陡坡段始端及末端的水深相差不大,故溢洪道陡坡段邊墻的高度按陡坡段始端水深確定。設(shè)計(jì)工況下溢洪道水深0.654m,校核工況下水深0.876m,根據(jù)規(guī)范設(shè)計(jì)工況下安全加高0.8m,校核工況安全加高0.5m,取兩者中較大值,因此陡坡段兩側(cè)墻始端控制高度為1.454m,末端控制高度為1.046m,取溢洪道陡坡段兩側(cè)墻高度1.5m,控制段兩側(cè)邊墻的墻頂應(yīng)與壩頂同高,取邊墻頂高程為38.00m,即邊墻高為2.37m。

2.3 歸河渠水利計(jì)算

新開(kāi)挖的歸河渠在現(xiàn)有河槽基礎(chǔ)上擴(kuò)寬清淤,按土渠梯形斷面設(shè)計(jì)底坡按實(shí)際地形取用1︰200,內(nèi)邊坡1︰1.5,底寬 4m,糙率為 0.02,渠首高程擬定為31.4m。歸河渠水力計(jì)算成果列于表2。

表2 歸河渠水力計(jì)算成果表

2.4 陡坡消能計(jì)算

陡坡消能按10年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),采用省水利廳“XL-1斜坡消力池水利計(jì)算程序”。從以上計(jì)算可知:在十年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)下,下游歸河渠首端高程為31.4m,水深0.529m。詳細(xì)計(jì)算見(jiàn)電算稿,根據(jù)電算成果消力池底高程為 30.63m,池深0.77m,池長(zhǎng) 5.0m。

2.5 結(jié)構(gòu)計(jì)算

(1)溢洪道邊墻。溢洪道側(cè)墻結(jié)構(gòu)計(jì)算采用利部“水利水電工程PC-1500程序集(88版)”的微機(jī)程序《G-9擋土墻穩(wěn)定與應(yīng)力計(jì)算程序》詳細(xì)計(jì)算見(jiàn)計(jì)算書(shū)。由于溢洪道測(cè)墻為對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu),有漿砌石底板相連,故在計(jì)算中可忽略抗滑穩(wěn)定安全系數(shù),僅考慮抗傾穩(wěn)定安全系數(shù),大于規(guī)范規(guī)定的最小抗傾穩(wěn)定安全系數(shù)1.5即可。從以上計(jì)算成果可知:控制段側(cè)墻抗傾穩(wěn)定系數(shù)K2=2.6131,均滿(mǎn)足規(guī)范要。擋土墻計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖1。

圖1 擋土墻斷面圖

(2)消力池底板。溢洪道消力池底板厚度可根據(jù)抗沖要求,按下面公式計(jì)算。

△H′——閘孔泄水時(shí)的上、下游水位差(m);

k1——消力池底板計(jì)算系數(shù),可采用 0.15～0.20(m);本次計(jì)算取0.20;

經(jīng)過(guò)計(jì)算:抗沖力t=0.2×[1.275×(34.21-31.93)0.5]0.5=278mm;本工程取400mm厚底板。

3 結(jié) 語(yǔ)

水庫(kù)除險(xiǎn)加固后,能有效保證下游農(nóng)田灌溉,提高水庫(kù)的工程效益。并降低洪災(zāi)的發(fā)生機(jī)率,有效保障下游群眾生命財(cái)產(chǎn)安全,有效保護(hù)下游的生態(tài)環(huán)境和人群健康,減少水土流失,保護(hù)土地資源,工程的綠化及環(huán)境美化措施將進(jìn)一步改善區(qū)內(nèi)的環(huán)境面貌。綜上所述,工程具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益,水庫(kù)除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)工程的實(shí)施是可行的。

[1]SL180-96,小型水利水電碾壓土石壩設(shè)計(jì)導(dǎo)則[S]

[2]SDJ342.溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范[S]

[3]沈長(zhǎng)松.水工建筑物[M].北京:中國(guó)水利水電出版社,2008