白鶴水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程優(yōu)化設(shè)計(jì)

李正瓊 朱文蘭 童遠(yuǎn)華

白鶴水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程優(yōu)化設(shè)計(jì)

李正瓊 朱文蘭 童遠(yuǎn)華

（重慶市水利規(guī)劃院 重慶 401147）

本文根據(jù)白鶴水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程施工設(shè)計(jì)工作實(shí)踐，分析了水庫(kù)大壩上下游壩坡、溢洪道、取水及放空設(shè)施等整治設(shè)計(jì)優(yōu)化的原因及優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，總結(jié)了工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，可為類(lèi)似病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)提供參考。

水庫(kù)工程 除險(xiǎn)加固 優(yōu)化設(shè)計(jì)

1 工程概況

白鶴水庫(kù)位于合川區(qū)三廟鎮(zhèn)白鶴村，距合川城區(qū)42km。是一座以灌溉為主，兼顧防洪、發(fā)電、養(yǎng)殖等綜合利用的中型水庫(kù)。水庫(kù)所在河流屬嘉陵江支流南溪河支流三廟河，壩址以上集雨面積42.9km2，流域多年平均降雨量1124mm。水庫(kù)總庫(kù)容2830萬(wàn)m3，有效庫(kù)容2180萬(wàn)m3，設(shè)計(jì)正常蓄水位276m，死水位263m。設(shè)計(jì)灌溉面積5.57萬(wàn)畝。水庫(kù)樞紐由大壩、溢洪道、取水設(shè)施、放空設(shè)施等組成。

大壩壩型為均質(zhì)土壩。壩頂長(zhǎng)208m，寬4m，最大壩高32.2m，壩頂高程280.17m。上游壩坡：從壩頂至下1:2.4～1:3.0～1: 3.5～1:7，下游壩坡：從壩頂至下1:2.0～1:1.7。壩下游沿軸線(xiàn)方向設(shè)有貼坡排水或堆石排水體，大壩建基面為粉質(zhì)粘土。

溢洪道位于距左壩端約50m處，為側(cè)槽隧洞式。側(cè)堰長(zhǎng)25m，堰頂高程276m，側(cè)槽首端寬3m，末端寬5m，后接隧洞。隧洞長(zhǎng)118m，比降0.0183，凈寬5m，凈高5.17m，直墻高3.5m，為圓拱直墻型斷面。隧洞出口接34m長(zhǎng)明渠陡槽，明渠末端通過(guò)挑流消能入河。側(cè)槽、隧洞中除拱圈為砼外，其余均為漿砌條石砌筑。

取水設(shè)施共2座，大壩壩前左右岸各1座，均為豎井涵洞式。左岸取水豎井后接北干渠，右岸后接南干渠。豎井內(nèi)徑均為2m，北干渠取水豎井高13.4m，南干渠取水豎井高17.9m。豎井及涵洞采用漿砌條石砌筑。取水設(shè)施均為單一底層取水，用平面鋼閘門(mén)手動(dòng)螺桿啟閉機(jī)控制，閘孔斷面0.8×0.8m。設(shè)計(jì)取水流量：南干渠1.8m3/ s，北干渠1.7m3/s。

放空設(shè)施位于水庫(kù)左岸，為豎井涵洞式。豎井內(nèi)徑3.4m，高30m，頂部高程279.33m。豎井及涵洞采用漿砌條石砌筑，涵洞內(nèi)埋入有管道，前段為鋼管，后段為砼管。豎井內(nèi)設(shè)有φ600mm閘閥控制放水，放水底高程253.7m。

2 存在問(wèn)題及整治內(nèi)容

2.1存在問(wèn)題

水庫(kù)大壩下游滑坡未根治處理。水庫(kù)大壩于1958年動(dòng)工修建，1960年大壩修至20m高時(shí)停工，1961年遇洪水造成潰壩，1970年9月復(fù)建，于1975年3月建成。大壩修建期間曾發(fā)生過(guò)三次下游滑坡，當(dāng)時(shí)曾采取在下游壩坡加寬加高堆石排水體的措施，但仍未根治下游滑坡。水庫(kù)于1976年開(kāi)始蓄水運(yùn)行，1978年7月，當(dāng)水位達(dá)到268m時(shí)，下游壩體出現(xiàn)9處較大面積滲漏，并出現(xiàn)3處壩基滲漏，當(dāng)水位達(dá)到274m時(shí)，壩體滲漏嚴(yán)重，被迫將蓄水位限制在271m。1979～1989年曾先后兩次對(duì)壩體進(jìn)行過(guò)灌漿處理，由于資金不足只完成了壩身設(shè)計(jì)灌漿進(jìn)尺的一半，將水庫(kù)蓄水位提高到了274m，但仍達(dá)不到設(shè)計(jì)蓄水位276m。

溢洪道側(cè)槽及隧洞段過(guò)流能力不足。溢洪道設(shè)計(jì)、校核洪水流量分別為216、297m3/s。過(guò)流能力復(fù)核結(jié)果，在設(shè)計(jì)和校核洪水情況下側(cè)槽槽首水位高于堰頂高度均大于相應(yīng)堰上水頭的1/2，此時(shí)溢流堰發(fā)生淹沒(méi)出流，導(dǎo)致側(cè)槽過(guò)流能力不足；當(dāng)通過(guò)校核流量297m3/s時(shí)，泄洪隧洞內(nèi)洪水水面線(xiàn)較高，滿(mǎn)足不了隧洞凈空要求，隧洞過(guò)流能力也不足。

取水設(shè)施存在不能分層取水及閘門(mén)老化等問(wèn)題。放空設(shè)施存在閘閥老化、豎井高度不夠等問(wèn)題。

2.2整治內(nèi)容

為了使水庫(kù)達(dá)到設(shè)計(jì)蓄水能力，消除蓄水、泄洪安全隱患，發(fā)揮水庫(kù)正常效益，2001年，啟動(dòng)了白鶴水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程。2001年9～10月，相繼完成了該工程地質(zhì)勘察工作和工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告。2002年10月，有關(guān)部門(mén)對(duì)該工程初步設(shè)計(jì)進(jìn)行了批復(fù)，批復(fù)整治的主要內(nèi)容為：

（1）壩頂寬度由原4m加寬為6m，采用漿砌條石加高壩頂防浪墻。上游壩坡采用干砌塊石培厚加固，并采用預(yù)制砼塊護(hù)坡；下游壩坡采用碾壓石渣加固壩體，排水棱體采用干砌塊石砌筑。

（2）對(duì)壩基、壩肩進(jìn)行帷幕灌漿；對(duì)壩體進(jìn)行劈裂灌漿。

（3）對(duì)溢洪道側(cè)槽及隧洞段進(jìn)行整治。

（4）對(duì)取水設(shè)施、放空設(shè)施進(jìn)行改造。

（5）新建管理房1940m2，改造進(jìn)庫(kù)防汛搶險(xiǎn)公路3.6km。

3 優(yōu)化調(diào)整設(shè)計(jì)

本工程施設(shè)階段優(yōu)化調(diào)整設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)在大壩上下游壩坡、溢洪道、取水及放空設(shè)施等方面的整治。

3.1大壩上下游壩坡

初設(shè)方案，上游壩坡采取拋石填筑壓腳和碾壓塊石回填，下游壩坡坡腳原排水體處采用干砌塊石和碾壓塊石加固加厚，其上采用碾壓石渣加厚壩體，設(shè)計(jì)上游壩坡1:2.0～1:3.6～1:6.6～1:2.5，下游壩坡：1:2.0～1:3.3～1:2.5。

施工優(yōu)化設(shè)計(jì)，考慮上游壩坡現(xiàn)狀已較緩，僅對(duì)其進(jìn)行擬化標(biāo)準(zhǔn)和護(hù)坡設(shè)計(jì)。擬化標(biāo)準(zhǔn)后的上游壩坡從壩頂至下1:2.4～1:3.4～1:3.4～1:1.6～1:7.0，壩坡上設(shè)3級(jí)馬道，馬道高程268m、262m、 259m，寬分別為6m、2m、6m。由于下游壩坡較陡，經(jīng)復(fù)核，在最不利工況荷載作用下，坡體的穩(wěn)定安全系數(shù)僅K=0.95，與原初設(shè)一樣采取放緩壩坡措施，不同的是，考慮到最大壩高僅30m，且原有塊石排水體已達(dá)壩體中部，因此，將原初設(shè)的2級(jí)馬道調(diào)整為1級(jí)8m寬的馬道，馬道高程265.5m，位于壩坡中部。放緩后的壩坡從壩頂至下為：1:2～1:2.5。馬道以上采用碾壓石渣料填筑，壩面采用C15砼框格草皮護(hù)坡，馬道以下采用干砌塊石培厚和碾壓堆石壓腳。

3.2溢洪道

初設(shè)方案，將側(cè)槽后的調(diào)整段（0-010～0+000）寬度由現(xiàn)狀8～5m統(tǒng)一擴(kuò)大為8m，保持底坡i=0不變；對(duì)前28m長(zhǎng)隧洞進(jìn)口段（0+000～0+028）底寬由8m收縮至5m，坡度由i=0變?yōu)閕=0.0925；對(duì)后段95m長(zhǎng)隧洞漿砌石側(cè)墻采取拆出風(fēng)化層10cm后再?lài)?0cm厚C20細(xì)石砼進(jìn)行保護(hù)。該方案不僅會(huì)拆除長(zhǎng)10m、高約13m的調(diào)整段邊墻后重建，并且對(duì)隧洞進(jìn)口段（0+000～0+028）需進(jìn)行徹底整治，溢洪道整治工程量及施工難度均較大。

施工優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)對(duì)溢洪道過(guò)流能力的復(fù)核結(jié)果，在保證溢洪道泄洪過(guò)流能力不變的前提條件下，僅采取對(duì)原側(cè)槽后的調(diào)整段（0-010～0+000）及隧洞進(jìn)口段（0+000～0+012.6）的底板拆除后下挖0～0.6m，再采用厚0.3m的C20鋼筋混凝土現(xiàn)澆底板，同時(shí)采用錨筋錨固側(cè)向底板；對(duì)樁號(hào)0+012.6以后約111m長(zhǎng)隧洞段原漿砌條石襯砌側(cè)墻過(guò)流面僅進(jìn)行扁光處理，以減小其糙率。優(yōu)化后的方案不僅易于施工，且投資較原方案減少約18萬(wàn)元。

3.3取水設(shè)施

初設(shè)方案，考慮在原內(nèi)徑2m的豎井一側(cè)增設(shè)取水閘門(mén)以便分層取水。此方案一是分層取水閘門(mén)孔口尺寸與原深層取水閘孔尺寸一樣，由于水頭減少，取水流量明顯下降；二是原豎井內(nèi)空間較小，在豎井外側(cè)加設(shè)閘門(mén)難于布置，螺桿啟閉機(jī)螺桿上加設(shè)中間軸承后對(duì)運(yùn)行管理、檢修維護(hù)帶來(lái)極大不便。

施工設(shè)計(jì)時(shí)采取拆除原南、北干渠取水豎井，在原地新建2座取水塔。取水塔內(nèi)徑均為4m，在塔內(nèi)靠邊設(shè)一管徑DN600的垂直鋼管連接壩下取水涵洞，為實(shí)現(xiàn)分層取水，分層采用管徑DN600的水平鋼管連接垂直鋼管，并在每層水平鋼管上設(shè)閥門(mén)控制。南干渠取水塔設(shè)3層水平鋼管，最低取水管高程264m，北干渠取水塔設(shè)2層水平鋼管，最低取水高程268.5m，取水層高均為4.1m。取水塔筒身采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，厚0.8m。該方案施工、運(yùn)行、管理、維護(hù)均很方便。

3.4放空設(shè)施

初設(shè)方案，僅考慮改造閥門(mén)，加高豎井。如按原方案實(shí)施，則豎井內(nèi)滲漏水排水困難，通氣不暢。

由于原放空閘閥老化整治施工時(shí)水庫(kù)不能完全放空，加之南北干渠最低取水高程為264m，比原放空高程高6.7m，因此，在不影響水庫(kù)灌溉效益發(fā)揮的同時(shí)，水庫(kù)放空高程有抬高的可能。施工設(shè)計(jì)調(diào)整后方案為，保留部分水下豎井不變，將原漿砌條石豎井拆至260m高程后采用C20鋼筋砼結(jié)構(gòu)重建，并將放水口高程由原253.7m抬高至261m，同時(shí)更換舊閘閥，在塔頂設(shè)管理房。

4 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

該項(xiàng)目于2002年12月動(dòng)工，2005年5月竣工，2005年10月通過(guò)了水利部專(zhuān)家組的檢查評(píng)估。工程除險(xiǎn)加固后已安全運(yùn)行8年，說(shuō)明施工優(yōu)化設(shè)計(jì)是成功的。

在設(shè)計(jì)過(guò)程中獲得了一些經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)總結(jié)供同行們參考。

（1）將大壩下游邊坡原3級(jí)變坡優(yōu)化為2級(jí)變坡，且在變坡處設(shè)計(jì)采用寬?cǎi)R道銜接，既增加了大壩的穩(wěn)定性，又便于施工。

（2）溢洪道整治方案優(yōu)化后僅對(duì)原調(diào)整段（0-010～0+000）及隧洞進(jìn)口段（0+000～0+012.63）的底板拆除重建，減少了施工難度和工程投資。

以上式中，t為=統(tǒng)計(jì)量；p為平均相對(duì)偏離值；sp為p的標(biāo)準(zhǔn)差； s為p的標(biāo)準(zhǔn)差；n為測(cè)點(diǎn)總數(shù)；pi為測(cè)點(diǎn)與關(guān)系曲線(xiàn)的相對(duì)偏離值，見(jiàn)式（23）、式（24）。

偏離數(shù)值檢驗(yàn)時(shí)，α值采用0.10～0.20，臨界值按表2確定。

4.4檢驗(yàn)結(jié)果分析

當(dāng)上述三種檢驗(yàn)結(jié)果均接受原假設(shè)時(shí)，應(yīng)認(rèn)為定線(xiàn)正確；若三種檢驗(yàn)（或其中一、二種檢驗(yàn)）結(jié)果拒絕原假設(shè)，則應(yīng)分析原因，對(duì)原定線(xiàn)適當(dāng)修改，重作檢驗(yàn)。

表2 臨界值t1?α/2

5 率定曲線(xiàn)及其公式的對(duì)比分析

根據(jù)《水工建筑物測(cè)流規(guī)范》，對(duì)三類(lèi)站要求：75%以上的測(cè)點(diǎn)與關(guān)系線(xiàn)的偏離相對(duì)誤差值不超過(guò)±10%（關(guān)系線(xiàn)中上部）和±15%（關(guān)系線(xiàn)下部）。可以通過(guò)以上水位（水頭）流量關(guān)系法和水力學(xué)法兩種方法的計(jì)算誤差進(jìn)行分析，找出符合以上條件精度較高的泄流計(jì)算公式，擇優(yōu)選用。

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1672-2469(2014)06-0069-03

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.06.022

李正瓊（1966年—），女，高級(jí)工程師。