彰武水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程溢洪道海漫段設(shè)計(jì)及水力安全分析

李朝陽(yáng)

（安陽(yáng)市彰武南海水庫(kù)工程管理局，河南安陽(yáng) 455133）

1 工程概況

彰武水庫(kù)位于河南省安陽(yáng)市西南25 km的海河流域衛(wèi)河支流安陽(yáng)河上，壩址在安陽(yáng)市龍安區(qū)原北彰武村處。與上游10 km的小南海水庫(kù)組成梯級(jí)水庫(kù)。小南海水庫(kù)控制流域面積850 km2，總庫(kù)容1.075億m3；彰武水庫(kù)控制小南海水庫(kù)以下區(qū)間流域面積120 km2，總庫(kù)容0.78 億m3。彰武、南海2 座水庫(kù)總控制流域面積970 km2，占安陽(yáng)河總流域面積1 920 km2的50.5%，為安陽(yáng)市以上流域面積1 520 km2的63.8%，對(duì)控制安陽(yáng)河洪水十分有效。

水庫(kù)開(kāi)發(fā)目標(biāo)主要是防洪、城市工業(yè)供水、灌溉，兼顧發(fā)電和生態(tài)旅游等。上游小南海水庫(kù)以滯、蓄洪水為主，彰武水庫(kù)以調(diào)節(jié)徑流、興利為主，兩庫(kù)互相配合，聯(lián)合運(yùn)用，充分發(fā)揮其多目標(biāo)的綜合經(jīng)濟(jì)效益，確保安陽(yáng)市區(qū)、京廣高鐵、京廣鐵路、京港澳高速公路、107 國(guó)道及世界歷史文化遺產(chǎn)殷墟和南水北調(diào)中線主干渠的安全。

2 溢洪道海漫段加固設(shè)計(jì)

2.1 溢洪道海漫段存在的病險(xiǎn)問(wèn)題

受溫度、沖刷等因素影響，溢洪道一級(jí)消力池下游至溢洪道出口陡坎之間海漫段出現(xiàn)大面積混凝土剝落。若遇大水泄洪，將產(chǎn)生嚴(yán)重的氣蝕現(xiàn)象，威脅溢洪道安全。

2.2 溢洪道海漫段加固措施及布置

本次加固對(duì)溢洪道海漫破壞段進(jìn)行全部修復(fù)，包括：鑿除凸凹不平的風(fēng)化混凝土表面，用清水沖洗干凈后在混凝土上植入梅花形布置的?18 錨筋，新澆筑鋼筋混凝土，厚度200 mm，使原混凝土面的基礎(chǔ)加高。修復(fù)采用混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C25，抗?jié)B標(biāo)號(hào)為W4，抗凍等級(jí)為F150。澆筑混凝土表面配置鋼筋網(wǎng)，為?8@300。

新澆筑混凝土施工時(shí)分塊布置以實(shí)際分塊為準(zhǔn)，使新舊縫上下對(duì)應(yīng)，原結(jié)構(gòu)縫內(nèi)雜物剔除干凈后與新縫做成一體?；炷翝仓r(shí)，注意整體的平整度和接縫處的處理。混凝土伸縮縫處理是在混凝土伸縮縫內(nèi)填充閉孔泡沫板，最后用雙組份聚硫密封膏勾縫。

3 加固后溢洪道水力安全分析

溢洪道閘后海漫段改造，會(huì)對(duì)溢洪道的消能及泄洪產(chǎn)生影響。加固后，采用河南省水利科學(xué)研究所1987年11月編制的《彰武水庫(kù)溢洪道水工模型試驗(yàn)報(bào)告》的成果進(jìn)行溢洪道水力安全分析。

根據(jù)水工模型試驗(yàn)報(bào)告，溢洪道主要典型水位與流量值見(jiàn)表1。

表1 溢洪道水工模型試驗(yàn)典型水位與流量值

溢洪道水流流態(tài)如下：水流出閘孔經(jīng)一級(jí)消力池進(jìn)入彎曲段，由于受彎道離心力的影響，水面右岸高于左岸，最高水位發(fā)生在彎道段樁號(hào)0+130 斷面。水流通過(guò)二級(jí)消力池，在池末左岸水面又高于右岸水面，這一方面是由于受彎道折沖作用影響，另一方面是水流出彎道段經(jīng)很短的直段即進(jìn)入二級(jí)消力池。該池未起到調(diào)整水流的作用，致使出池水流很不均勻。當(dāng)下泄100年一遇洪水1 990 m3/s時(shí)，一級(jí)消力池內(nèi)無(wú)水躍，呈波狀水流，二級(jí)消力池內(nèi)產(chǎn)生躍首不齊的遠(yuǎn)驅(qū)水躍；當(dāng)下泄1 000年一遇加10%洪水即Q=4 600 m3/s 時(shí)以及平壩水位洪水即Q=4 990 m3/s時(shí)，一級(jí)消力池內(nèi)為不完整水躍，二級(jí)消力池內(nèi)無(wú)水躍，水流入池斜沖向左岸，左岸水面明顯高于右岸，水流經(jīng)池直下。各種工況下泄槽段水面高程，見(jiàn)表2。

由表1－2 可以看出，當(dāng)庫(kù)水位為137.30 m 時(shí)，溢洪道最大泄流為4 990 m3/s，左岸最高水面為133.98 m，位于溢洪道樁號(hào)0+082附近，基本平泄槽段現(xiàn)狀墻頂高程134 m。根據(jù)調(diào)洪演算成果，水庫(kù)遭遇1 000年一遇洪水時(shí)，對(duì)應(yīng)庫(kù)水位為137.14 m，溢洪道最大泄量為4 989 m3/s，水位和泄量均小于溢洪道水工模型試驗(yàn)值。

表2 溢洪道水工模型泄槽段水面高程試驗(yàn)值m

溢洪道下游段改造后，海漫段高程平均提高0.2 m，根據(jù)水工模型泄流曲線推算，溢洪道設(shè)計(jì)最大泄量4 989 m3/s時(shí)，左岸最高水面線可能超出現(xiàn)狀墻頂高程134 m，為保守起見(jiàn)，設(shè)計(jì)對(duì)左岸邊墻進(jìn)行加高。加高范圍為溢洪道樁號(hào)0+046.5—0+100，采用C20鋼筋混凝土垂直加高至134.2 m。

根據(jù)水工模型試驗(yàn)成果推算，左岸邊墻局部加高后溢洪道泄流能力和消能均滿足要求。