團泊水庫除險加固工程設(shè)計

任　杰　苗　青

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團泊水庫除險加固工程設(shè)計

任杰苗青

摘要團泊水庫位于天津市靜海縣，水庫始建于1976年，原設(shè)計庫容0.98億m3。1993年，對水庫進行了加高加固，庫容增加至1.8億m3，使團泊水庫成為天津市唯一由區(qū)縣水務局管理，兼有蓄水、供水、水產(chǎn)養(yǎng)殖和環(huán)境生態(tài)等多功能的大（2）型平原水庫。2005年8月對水庫進行首次安全鑒定，鑒定結(jié)論為三類壩，需對水庫進行除險加固。

關(guān)鍵詞病險水庫安全鑒定除險加固處理方法團泊水庫

團泊水庫位于天津市靜海縣東15 km，獨流減河南，運東大三角地區(qū)。水庫總占地面積60 km2，蓄水面積51 km2。水庫四周圍堤總長33.36 km，其中水庫北堤為獨流減河右堤，長度7.33 km，東堤長9.88 km，南堤長3.54 km，西堤長12.61 km，水庫圍堤為碾壓式均質(zhì)土堤。

水庫始建于1976年，屬 “三邊工程”，原設(shè)計庫容0.98億m3。1993年水庫進行了增容，在原堤基礎(chǔ)上增加填土高度，根據(jù)設(shè)計堤頂高程和寬度，將堤中心向庫區(qū)內(nèi)偏移6 m，圍堤沿迎水面邊坡向內(nèi)填筑。相應圍堤長度發(fā)生變化：北堤長度7.296 km，東堤長9.828 km，南堤長3.512 km，西堤長12.585 km，圍堤總長33.221 km，增容后水庫庫容為1.8億m3，其中興利庫容為1.42億m3，東、南、西三主堤頂寬10 m，頂高程8.50 m，內(nèi)外邊坡均為1∶4，北堤頂寬8 m，坡比為1∶4。庫內(nèi)防浪平臺頂高程6.5～7.5 m，北堤寬30～50 m，其余三堤寬10 m。水庫圍堤設(shè)有5座穿堤涵閘，分別為小團泊揚水站1#涵閘、大邱莊揚水站機蓄閘、管鋪頭機蓄閘、管鋪頭低水引水閘及胡連莊引水閘。

1　工程存在的問題和首次安全鑒定結(jié)論

1.1工程存在的問題

水庫建成運行30年來，出現(xiàn)了諸多問題，影響著水庫的安全運行。2005年11月對團泊水庫進行了安全鑒定工作，其主要有如下問題：

（1）圍堤裂縫、暗溝、塌坑較多。自水庫建成以來，1994年至1996年連續(xù)高水位蓄水，1997年至2002年又連續(xù)空庫，使圍堤干裂內(nèi)部形成裂隙，甚至形成縱橫裂縫，縫寬1～5 cm，降雨后雨水流入裂縫形成暗溝，甚至形成天漏或塌坑，深度達40～50 cm。本次檢查共發(fā)現(xiàn)浪窩38處，積水坑95處，縱向裂縫1條，橫向裂縫3條。橫向裂縫最大縫寬5 cm，縱向裂縫最大縫寬2 cm。

（2）圍堤滲漏問題。圍堤存在著大小不一的滲漏通道，水庫外側(cè)尤其是西堤、南堤和部分東堤均是養(yǎng)魚池塘，在池塘無水季節(jié)堤外有滲漏現(xiàn)象，滲漏溢出點位置一般在池塘底以上30～50 cm，局部堤段在背水面坡堤腳存在嚴重積水。

（3）圍堤斷面削弱。團泊水庫二期增容以來，經(jīng)連續(xù)幾年高水位運行，圍堤迎水面坡受風浪淘刷，斷面削弱。南堤及東堤坡面被風浪沖刷出高達1.5 m左右的立坎，還曾發(fā)生堤坡柳樹被連根沖走的現(xiàn)象。西堤最嚴重處防浪平臺被風浪吞噬4～6 m。

（4）圍堤受冰凌破壞較為嚴重，冬季冰凌爬坡、切穿防浪平臺的現(xiàn)象較普遍，加劇了無冰期風浪對堤身的淘刷。迎水面已做現(xiàn)澆混凝土板護砌的13.80 km堤段抗冰凌及風浪淘刷的效果較好，未護砌的19.421 km堤段圍堤迎水面破壞嚴重、土壤流失嚴重。

（5）堤頂交通困難。除11+000—13+000段2 km堤頂為柏油路面外，其它堤段無硬化路面，堤頂有很多馬槽、狼窩、塌坑等，雨天泥濘不堪，車輛無法通行，防汛只能走水路。

（6）5座穿堤涵閘結(jié)構(gòu)破損，閘堤間存在不均勻沉降。閘門及機電設(shè)備陳舊老化。

（7）水庫觀測設(shè)備不完善，不滿足規(guī)范要求。

1.2首次安全鑒定結(jié)論

按照 “水庫圍堤安全評價導則”和 “水閘安全鑒定規(guī)定”，同意綜合分析確定該水庫為三類壩。針對該水庫存在的實際安全問題，進一步查明堤身質(zhì)量，查明堤基液化和滲流不穩(wěn)定地段的范圍，并結(jié)合當?shù)亟?jīng)濟社會發(fā)展對水庫提出的新要求，制定安全加固方案，提高水庫的經(jīng)濟效益，確保水庫蓄水安全。在水庫實施除險加固前，建議水庫安全運行水位不超過5.0 m。

1.3水利部核查意見

2007年10月30日，水利部水利建設(shè)管理總站對團泊水庫三類壩安全鑒定結(jié)果進行核查，核查意見如下：

圍堤超高嚴重不足，現(xiàn)有堤頂高程不滿足工程安全要求。圍堤迎水面坡未做護坡堤段，受冰凌、風浪沖擊，破壞嚴重，致使堤防斷面嚴重削弱，影響圍堤安全。圍堤填筑質(zhì)量差，清基不徹底，堤身裂縫、暗溝、塌坑較多，部分堤段有松散土層。地基低液限粉土，滲透系數(shù)偏大，滲水嚴重。堤身、堤基存在滲流破壞安全隱患，近堤腳的魚塘對堤基和堤背水面坡滲流穩(wěn)定不利?，F(xiàn)運行的4座水閘，抗震性能差，閘、堤間有不均勻沉降，接合部位存在滲流破壞安全隱患。閘身混凝土質(zhì)量差，標號低，碳化、凍融破壞嚴重，鋼筋銹蝕裸露，強度降低。閘門啟閉設(shè)備陳舊老化，運行困難，不能安全運行。對圍堤和穿堤涵閘地震液化的危害性，在初步設(shè)計中需充分論證，研究相應加固措施。同意三類壩鑒定結(jié)論。

2　除險加固設(shè)計

2.1設(shè)計原則

根據(jù)水庫安全鑒定結(jié)論及本地區(qū)發(fā)展總體規(guī)劃要求，通過方案比較推薦切實可行的除險加固方案，保證水庫原功能不變。

2.2工程等別和建筑物級別

團泊水庫總庫容1.8億m3，按SL252—2000《水利水電工程等級劃分及洪水標準》為大（2）型水庫，工程等別為Ⅱ等，圍堤及穿堤建筑物級別均為2級。

2.3水文氣象

靜?？h地處半濕潤大陸性季風型氣候區(qū)，主要特點是四季分明，春季干旱多風，夏季炎熱多雨，秋季晴朗氣爽，冬季寒冷干燥少雪。

根據(jù)靜海氣象站1971—2003年資料統(tǒng)計氣象特征值，多年平均年降水量為552.1 mm，降水量年際變化較大，年內(nèi)分配不均。降水量主要集中在6～9月，最大年降水量發(fā)生在1977年，為1 188.2 mm；最小年降水量發(fā)生在 1999年，為307.3 mm；多年平均氣溫為12.5℃，極端最高氣溫41.6℃，極端最低氣溫-19.9℃；多年平均水面蒸發(fā)量（Φ20 mm）為1 848.6 mm，蒸發(fā)以5～6月份為大，造成春旱頻繁發(fā)生；多年平均風速為2.7 m/s，最大風速為22.0 m/s，年最多風向NNW。

工程區(qū)最大凍土深度70 cm。

2.4工程地質(zhì)

團泊水庫位于天津市南側(cè)，地貌屬于沖積海積平原的濱海洼地，隸屬華北平原一部分，地勢自西南向東北微傾，地面坡度一般1/6 000左右。

本區(qū)位于沖積海積平原上，地勢平緩。含水層多為低液限粉土、低液限黏土、粉砂層，淺層地下水類型為孔隙潛水。接受大氣降水補給，徑流微弱，蒸發(fā)或向低洼處排泄。淺層地下水位隨季節(jié)上下波動。水位埋深一般為0.50～2.40 m，據(jù)區(qū)域資料水質(zhì)多為半咸水—咸水，對混凝土沒有腐蝕作用。

2.5地震動參數(shù)及地震烈度

根據(jù)GB 18306—2001《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》，本工程區(qū)地震動峰值加速度值為0.15g，相當于地震基本烈度為7度；根據(jù)GB 50011—2001《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》，本工程區(qū)場地抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計基本地震加速度值為0.15g。

2.6除險加固設(shè)計方案

2.6.1圍堤

（1）圍堤現(xiàn)狀堤頂高程在7.1～7.80 m，經(jīng)計算圍堤堤頂高程確定為6.50 m，圍堤降低高程后，堤頂寬度不一，范圍在8～26 m。圍堤削堤至設(shè)計高程6.50 m，削堤最大高度1.30 m，削堤同時可消除圍堤的表層裂縫及塌坑。降低圍堤堤頂高程，滿足城市生態(tài)水環(huán)境的要求。

（2）加固圍堤斷面：由于降低水庫正常蓄水位，圍堤頂高程相應降低，與周邊地面高差減小，且滲徑延長，圍堤滲流穩(wěn)定安全系數(shù)提高，滿足規(guī)范要求。

（3）原有破損護坡拆除重建，原護坡未護砌段增設(shè)圍堤迎水坡護坡。

（4）增設(shè)圍堤觀測設(shè)施。

（5）堤頂增設(shè)6 m寬瀝青混凝土路面。

2.6.2穿堤建筑物

小團泊揚水站1#涵閘、大邱莊揚水站機蓄閘、管鋪頭機蓄閘、管鋪頭低水引水閘原址拆除重建；胡連莊引水閘拆除復堤。增建小團泊低水引水閘。

2.6.3水庫浚深

根據(jù)水庫除險加固設(shè)計原則，通過比較，綜合考慮各方面原因，確定本次除險加固設(shè)計水庫最高水位4.30 m，水庫浚深2.2 m，最低庫底高程-0.50 m，內(nèi)邊線寬度為100 m，相應最大庫容為1.8億m3。

2.6.4水庫管理機構(gòu)

團泊水庫管理機構(gòu)為團泊水庫管理處，隸屬靜?？h水務局，全面負責水庫圍堤工程、揚水站、引水閘、機蓄閘及截排水工程設(shè)施的運用、維修，以及水庫養(yǎng)殖、旅游等工作。

團泊水庫的調(diào)度運用歸靜?？h水務局。根據(jù)《水利工程管理單位定崗標準》（水辦［2004］307號），經(jīng)核定，管理人員組成基本合理，本次除險加固工程設(shè)計編制維持現(xiàn)有人員編制不變。

2.6.5工程管理設(shè)施

團泊水庫管理處管理用房已經(jīng)滿足現(xiàn)狀辦公要求，本次設(shè)計不增加管理用房面積和辦公設(shè)施。

2.6.6施工組織設(shè)計

2.6.6.1施工導流

本工程為平原水庫，水庫通過5座穿堤涵閘與周圍河渠聯(lián)系。水庫在放空后施工，庫內(nèi)建筑物具備干地施工條件。小團泊揚水站1#涵閘、大邱莊揚水站機蓄閘及管鋪頭低水引水閘下閘后庫堤外側(cè)渠道內(nèi)積水可自流或抽排，形成干地；胡連莊引水閘及管鋪頭揚水站機蓄閘需待水庫放空后在庫堤外側(cè)渠道內(nèi)靜水填筑圍堰擋水。

2.6.6.2施工總布置

根據(jù)庫區(qū)范圍較大和工程作業(yè)內(nèi)容，劃分為4個相對獨立施工工區(qū)進行布置，分別位于西堤北部（Ⅰ工區(qū)）、西堤中部（Ⅱ工區(qū)）、南堤中部（Ⅲ工區(qū)）和東堤北部（Ⅳ工區(qū)），主要施工布置有：值班室、鋼木加工廠、綜合修配廠、機械設(shè)備停放場、管理及生活用房等，棄渣場布置在圍堤外側(cè)。

2.6.6.3施工進度

本工程總工期安排14個月，包括施工準備期、主體工程施工期和工程完建期。第1年10月初開始進行進場準備工作并放空水庫，第2年11月底主體工程完工。

2.7工程施工

2010年3月工程正式開工，2010年11月工程完工。至今運行良好。

2.8設(shè)計特點

團泊水庫建于20世紀70年代，當時設(shè)計為地上水庫，水庫水位均較地區(qū)地面高，水庫蓄水位與當?shù)氐叵滤恍纬奢^大水頭差，由于當時施工碾壓不到位，在常年水頭差作用下，圍堤下游側(cè)不同部位出現(xiàn)滲漏點，隨時間延長逐漸形成滲透破壞。

本次除險加固設(shè)計結(jié)合當?shù)匕l(fā)展要求，將地上庫改造為半地下庫。降低蓄水水位，水庫庫底浚深，保證原水庫庫容不變。由于蓄水水位降低，減少了與周邊地下水的水頭差；由于大堤堤頂高程降低，大堤堤頂寬度增加（最大寬度26 m），延長了滲徑，大大增加圍堤滲透穩(wěn)定系數(shù)，保證圍堤滲流穩(wěn)定安全。由于圍堤高程降低，與周邊景觀更易結(jié)合，有利于周邊地區(qū)的發(fā)展。

3　結(jié)語

靜?？h發(fā)展的定位是現(xiàn)代化中等工業(yè)城市，實施 “引資興縣”方針，載體建設(shè)初見規(guī)模。目前正規(guī)劃建設(shè)水體旅游區(qū)、新興工業(yè)區(qū)、現(xiàn)代物流區(qū)、中心商住區(qū)、綠色生態(tài)區(qū)以及高效養(yǎng)殖區(qū)六大城市板塊，規(guī)劃建設(shè)了靜海經(jīng)濟開發(fā)區(qū)、團泊風景區(qū)、天宇科技園、恒泰科技園、子牙環(huán)保產(chǎn)業(yè)園、縣城商貿(mào)住宅區(qū)以及天馬方舟都市生態(tài)農(nóng)業(yè)觀光園等7個縣級重點區(qū)域和12個鄉(xiāng)鎮(zhèn)工業(yè)小區(qū)。本工程的實施保證了水庫運行安全，滿足了當?shù)厣鐣?jīng)濟建設(shè)的需要。同時有效地涵養(yǎng)水源，改善庫區(qū)的周邊環(huán)境，這為天津市靜?？h的發(fā)展注入新的活力。

天津地區(qū)平原水庫大多為地上水庫，均存在圍堤背水側(cè)滲流穩(wěn)定破壞問題，團泊水庫除險加固設(shè)計方案為其他水庫改造提供成功的改造思路。

中圖分類號TV54

文獻標識碼B

文章編號1007-6980（2016）01-0024-03

作者簡介

任杰女高級工程師中水北方勘測設(shè)計研究有限責任公司天津300222

苗青女高級工程師中水北方勘測設(shè)計研究有限責任公司天津300222

收稿日期（2015-11-13）