穆棱市清河水庫除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)技術(shù)要點(diǎn)

周 龍

(牡丹江市水務(wù)科學(xué)研究院，黑龍江 牡丹江 157000)

穆棱市清河水庫除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)技術(shù)要點(diǎn)

周 龍

(牡丹江市水務(wù)科學(xué)研究院，黑龍江 牡丹江 157000)

清河水庫位于黑龍江省穆棱市八面通鎮(zhèn)清河村南1km處的清河流域中上游，是一座以防洪、灌溉為主，兼顧養(yǎng)魚、旅游等綜合利用的小(1)型水庫。1982年8月，《清河水庫復(fù)審設(shè)計(jì)書》在參考原設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上重新進(jìn)行了水文分析和調(diào)洪演算，對(duì)原設(shè)計(jì)進(jìn)行了復(fù)核，確定了目前的工程規(guī)模及各項(xiàng)特性指標(biāo)。1983年開工進(jìn)行施工至1985年結(jié)束，但由于資金受限，未能按設(shè)計(jì)實(shí)施。文章對(duì)水庫存在的主要問題進(jìn)行剖析，提出了對(duì)土壩放緩邊坡并重新護(hù)砌、壩體高壓擺噴灌漿，溢洪道和輸水洞進(jìn)行加固。

清河水庫；特征水位；壩體防滲；溢洪道加固；輸水洞加固

1 工程原概況

清河水庫位于黑龍江省穆棱市八面通鎮(zhèn)清河村南1km處的清河流域中上游，距穆棱市政府所在地——八面通鎮(zhèn)6km。集水面積32km2，總庫容296萬m3，是一座以防洪、灌溉為主，兼顧養(yǎng)魚、旅游等綜合利用的小(1)型水庫。

清河水庫是1958年大躍進(jìn)時(shí)期開始動(dòng)工興建的，1960年國民經(jīng)濟(jì)困難時(shí)期中斷，后經(jīng)1967年、1973年、1981年幾次會(huì)戰(zhàn)，水庫已具有一定規(guī)模。1982年8月，《清河水庫復(fù)審設(shè)計(jì)書》在參考原設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上重新進(jìn)行了水文分析和調(diào)洪演算，對(duì)原設(shè)計(jì)進(jìn)行了復(fù)核，確定了目前的工程規(guī)模及各項(xiàng)特性指標(biāo)。1983年開工進(jìn)行施工至1985年結(jié)束，但由于資金受限，未能按設(shè)計(jì)實(shí)施。

清河水庫原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為20a一遇洪水設(shè)計(jì)，200a一遇洪水校核。1982年《清河水庫復(fù)審設(shè)計(jì)》時(shí)提高到50a一遇洪水設(shè)計(jì)，500a一遇洪水校核。

樞紐工程主要由大壩、放水洞、溢洪道等組成。壩頂高程316.60-316.76m，壩長310m，最大壩高13.5m，壩頂寬4.0m，迎水坡1∶2-1∶3，為干砌石護(hù)坡，背水坡1∶2-1∶2.5，為自然草皮護(hù)坡。

溢洪道位于大壩右岸，為開敞式無閘側(cè)槽溢洪道，堰頂寬37m，堰頂高程314.65m，溢洪道由進(jìn)口段、溢流段、側(cè)槽段、陡坡段、消力池段組成。

放水洞位于大壩左側(cè)0+043m處，進(jìn)口為鋼筋混凝土進(jìn)水塔。洞身為壩下埋管型式，凈孔尺寸為1.0m×1.0m，結(jié)構(gòu)型式為漿砌石蓋板涵，洞身長42m。

2 水庫存在的主要問題

2.1 大壩

筑壩土料不均勻。從壩頂鉆孔土樣看，有兩層透水帶，并夾有淤泥質(zhì)土，壩坡出現(xiàn)多處沉陷，最大沉陷深度40cm。

壩前干砌石護(hù)坡無反濾層，直接座落在風(fēng)化料上，且護(hù)坡石粒徑小，為立石互插。表面平整度極差，塊石間空隙大，沒有填充物，由于凍脹力及浮冰撞擊力影響，護(hù)坡發(fā)生變形，發(fā)生多處脫落、沉陷、下滑、錯(cuò)位等情況。壩后未建排水棱體和減壓設(shè)施，壩基濕化嚴(yán)重。

斜墻未按設(shè)計(jì)施工，鉆探過程中發(fā)現(xiàn)壩體浸潤線非常高，幾乎與水庫水位持平，壩體土料多為風(fēng)化料，透水性強(qiáng)，斜墻土料質(zhì)量不滿足斜墻要求。壩后大面積滲漏，已發(fā)生流土破壞，壩后已形成大片水坑。

防浪墻墻身為漿砌石結(jié)構(gòu)，墻帽為磚結(jié)構(gòu)，水泥砂漿抹面，墻身局部出現(xiàn)沉陷變形，墻帽剝蝕嚴(yán)重，多處出現(xiàn)開裂、脫落。

下游壩腳處有魚池3個(gè)，沿壩軸線長約150m，魚池深1.0-1.5m，增加了大壩上、下游水位差，給大壩增加隱患。

2.2 溢洪道

溢洪道進(jìn)口段、溢流段兩側(cè)漿砌石擋墻局部塊石松動(dòng)、脫落。溢洪道堰體為堆石結(jié)構(gòu)，溢流面采用混凝土護(hù)面型式，剝蝕嚴(yán)重，剝蝕厚度1.0-3.0cm，伸縮縫止水破壞，長年漏水。溢流堰段混凝土底板受凍脹作用，發(fā)生隆起變形，出現(xiàn)裂縫。陡槽段右側(cè)山體開挖未完成，山體巖石風(fēng)化脫落堆積在溢洪道內(nèi)，出口段山體開挖未完成，嚴(yán)重影響泄流能力。尾水渠未開挖，洪水溢流后自由跑灘，然后回到主河槽，如遇大洪水，溢流洪水直接影響大壩主體工程安全，極易造成主體工程大范圍破壞[1]。

2.3 放水洞

放水洞出口沖刷剝蝕嚴(yán)重，兩側(cè)擋墻均發(fā)生斷裂、沉陷，消力池已經(jīng)沖毀，尾水渠兩岸大面積坍塌。取水口自制鋼閘門銹蝕嚴(yán)重，軌道變形，止水不嚴(yán)，放水洞長年漏水。啟閉機(jī)為手搖螺桿式啟閉機(jī)，啟閉不靈活，原生產(chǎn)廠家停產(chǎn)，缺少零配件，啟閉機(jī)老化無法維修。

2.4 附屬設(shè)施

管理及通訊設(shè)施簡陋，無水文及大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

3 水庫規(guī)模及防洪標(biāo)準(zhǔn)的確定

清河水庫位于低山丘陵區(qū)，設(shè)計(jì)總庫容305.5萬m3，最大壩高13.1m。依據(jù)SL252—2000《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》，水庫工程等級(jí)為Ⅳ等，主要建筑物為4級(jí)，次要建筑物為5級(jí)。建筑物設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為50-30a，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為1000-300a?？紤]到水庫承擔(dān)下游穆棱市城區(qū)的防洪任務(wù)，經(jīng)過綜合分析，本次確定清河水庫大壩設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為50a一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為500a一遇。

4 主要特征水位的確定

4.1 死水位

灌溉用水為下游自流取水，對(duì)高程無特殊要求，因此只核算泥沙淤積對(duì)死庫容的影響。采用《黑龍江省水文圖集》查算該地區(qū)平均懸移質(zhì)輸沙侵蝕模數(shù)為32t/km2a，多年平均輸砂量(懸移質(zhì))=1.5×多年平均模數(shù)×集水面積=1.5×32×32=1536t。按水庫運(yùn)行壽命40年計(jì)算水庫淤沙庫容為3.4萬m3。死庫容遠(yuǎn)大于淤積庫容。死庫容及死水位仍采用原設(shè)計(jì)，即死水位308.50m，死庫容15萬m3。

4.2 正常蓄水位

興利規(guī)模原則保持正常蓄水位314.65m不變，采用多年調(diào)節(jié)，計(jì)算出興利庫容及灌溉面積。興利庫容152.5萬m3，可灌溉水田154hm2，菜田20hm2。

4.3 設(shè)計(jì)洪水位和校核洪水位

溢洪道為開敞式，以興利水位即溢洪道堰頂高程314.65m作為起調(diào)水位，采用輔助曲線法調(diào)洪。設(shè)計(jì)洪水位為315.80m，相應(yīng)庫容為241萬m3。校核洪水位為316.51m，相應(yīng)庫容為305.5萬m3。

5 水庫除險(xiǎn)加固的主要工程措施及技術(shù)要點(diǎn)

5.1 大壩工程處理措施

根據(jù)校核洪水，確定壩頂高程為317.21m，土壩現(xiàn)狀高程316.61-316.76m，均超過校核洪水位316.51m，且防洪墻頂高程為317.80m ,設(shè)計(jì)壩頂不再增高，整平至316.80m。

壩體型式為多種土石混合壩，由于原壩體、壩基滲流均不穩(wěn)定，采用高壓擺噴灌漿，孔間距1.5m，優(yōu)質(zhì)泥漿護(hù)壁，鉆孔深度深入巖面1.0m。下游壩腳處魚池填平，填土厚度在1.5-2.0m之間。由于原壩土質(zhì)質(zhì)量差，且多處凹陷隆起變形，結(jié)合修坡整形及增加壩頂寬度，迎、背水坡均填筑優(yōu)質(zhì)的風(fēng)化料，滲透系數(shù)在10-2-10-3之間，可以有效降低壩體浸潤線，同時(shí)滿足壩體抗滑穩(wěn)定要求。

放緩上下游壩坡，上游壩坡為1∶3，下游為1∶2.5。上游壩坡采用干砌石護(hù)坡，干砌石護(hù)坡厚30cm，下設(shè)反濾層，為20cm厚碎石，10cm中砂?？紤]減小護(hù)坡受冰推力及冰排撞擊力較大，為有效防止上游護(hù)坡變形、錯(cuò)位，冰凍區(qū)高程311.50-314.65m采用混凝土護(hù)坡型式，混凝土板塊尺寸為3.0m×3.0m×0.3m，能有效減小冰體與邊坡間的摩擦力，避免坡面冰推破壞。下游壩坡在現(xiàn)有基礎(chǔ)上進(jìn)行人工削坡，坡腳做貼坡排水，頂高程為307.50m[2]。

5.2 溢洪道工程處理措施

溢流堰、導(dǎo)流墻、堰體拆除，重新澆筑。對(duì)溢洪道右側(cè)山體進(jìn)行削坡處理，削坡后邊坡坡比為1∶0.5。導(dǎo)流墻采用重力式擋土墻型式，頂寬40cm，底寬212cm，墻高690cm，溢流面邊坡1∶0.5的混凝土基座，堰體為重力式擋土墻結(jié)構(gòu)型式，頂寬80cm，底寬380cm，堰高415-600cm，其下為寬480cm，高80cm的混凝土基座。堰頂寬10m，為50cm厚混凝土板，反坡段寬10m，為30cm厚的混凝土板，板下均設(shè)50cm厚換填基砂。

側(cè)槽段原漿砌石及混凝土側(cè)墻和底板拆除重新澆筑，底板為80cm厚混凝土板，上游底板寬3m，下游底寬6m，山體一側(cè)側(cè)墻采用現(xiàn)澆貼坡式擋土墻結(jié)構(gòu)型式。過渡段、陡槽段拆除重建，過渡段底板為長8m，底板與側(cè)墻結(jié)構(gòu)型式與側(cè)槽段相同。陡槽段長37m，底板坡降8%，上游接過渡段，高程308.65m，下游接挑流鼻坎，高程305.65m。

尾端仍采用挑流消能，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，挑流段長10m，挑流鼻坎園弧半徑20m，鼻坎頂高程307.40m，挑射角25°。

泄水渠渠堤為土料填筑，漿砌石結(jié)構(gòu)，渠底比降3%，長80m，渠頂高程按設(shè)計(jì)情況下渠內(nèi)水位加1.0m超高，溢洪道尾水直接進(jìn)入下游河道。

5.3 輸水洞工程處理措施

消險(xiǎn)設(shè)計(jì)由于大壩前坡變緩，擬將取水口向上移，洞身加長18.8m，采用鋼筋混凝土方涵型式，進(jìn)水塔仍采用豎井式，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，更換閘門、啟閉機(jī)，選擇1.0m×1.0m鑄鐵平板閘門，手電兩用螺桿式啟閉機(jī)。工作橋長21.4m，寬2.0m，橋身為鋼筋混凝土雙T型梁結(jié)構(gòu)。

出水段擋土墻拆除重建，采用重力式鋼筋混凝土擋墻，消力池長11m，深0.7m，尾水渠底寬1.4m，邊坡1∶2，采用干砌石護(hù)坡，護(hù)坡厚30cm，下為30cm厚反濾層。尾水渠護(hù)砌長度70cm。

更換放水洞閘門及啟閉機(jī)，閘門選擇1.0m×1.0m平板鑄鐵閘門，啟閉機(jī)選擇LQ—3T螺桿式啟閉機(jī)。

[1]水利部天津水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.SL253-2000溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國水利水電出版社，2000.

[2]黃河水利委員會(huì)勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)劃研究院.SL274-2001碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國水利水電出版社，2002.

1007-7596(2017)06-0123-02

2017-05-16

周龍(1975-)，男，黑龍江牡丹江人，高級(jí)工程師。

TV697.3

B