水磨溝水庫(kù)除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)方案及施工技術(shù)分析

董歡

（新疆阜康市水利局，新疆阜康831500）

水磨溝水庫(kù)除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)方案及施工技術(shù)分析

董歡

（新疆阜康市水利局，新疆阜康831500）

水庫(kù)除險(xiǎn)加固是改善水庫(kù)運(yùn)行狀態(tài)，提升水庫(kù)運(yùn)行質(zhì)量的重要舉措。文章以新疆阜康水磨溝水庫(kù)除險(xiǎn)加固為實(shí)例，在分析水庫(kù)運(yùn)行現(xiàn)狀不足的基礎(chǔ)上，從水庫(kù)壩體加固與放水涵洞新建兩方面開(kāi)展設(shè)計(jì)分析與施工方案制定。最終結(jié)果表明，此次除險(xiǎn)加固有效改善水庫(kù)運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了對(duì)下游灌區(qū)灌溉環(huán)境的改良，提升了灌區(qū)經(jīng)濟(jì)效益。

除險(xiǎn)加固；施工設(shè)計(jì)；施工技術(shù)；水磨溝水庫(kù)

0引言

水磨溝水庫(kù)位于阜康市水磨溝鄉(xiāng)西北約5 km，屬天山山脈，北緣沖洪積平原區(qū)，庫(kù)區(qū)及庫(kù)區(qū)外圍地形平坦開(kāi)闊，地形南高北低，庫(kù)區(qū)地層主要由第四紀(jì)全新統(tǒng)沖洪積低液限粘土（Q4al+pl）構(gòu)成。該水庫(kù)是一座以灌溉為主的平原注入式水庫(kù)，由大壩、放水涵洞、防洪堤等組成、大壩全長(zhǎng)1 678.3 m，最大壩高5.5 m，壩頂寬5.9～3.6 m；放水涵洞位于0+000處，為壩下整體式鋼筋混凝土箱涵結(jié)構(gòu)?？傞L(zhǎng)36.6 m，涵洞斷面為1.3 m×1.3 m。

1 水庫(kù)運(yùn)行現(xiàn)狀分析

1）水庫(kù)壩體普遍存在裂縫，部分地段壩體變形嚴(yán)重，壩體表層土體呈松散擾動(dòng)狀態(tài)，局部有塌陷凹坑及細(xì)流沖溝，下游壩坡存在較多鼠洞，經(jīng)檢測(cè)壩體土壓實(shí)度不符合要求。

2）水庫(kù)淤積嚴(yán)重，造成水庫(kù)有效庫(kù)容明顯減小，放水涵洞淤埋，水庫(kù)無(wú)法正常運(yùn)行，通過(guò)勘察確定庫(kù)盤(pán)淤積厚度為0.7~2.3 m，舊放水涵洞需拆除重建。

3）水庫(kù)所屬地區(qū)屬寒冷區(qū)，最大凍深1.4 m，庫(kù)盤(pán)出露地層巖性主要為低液限粘土，屬季節(jié)性凍土。進(jìn)行除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)對(duì)相應(yīng)的工程部分采取抗凍脹措施。

2 水庫(kù)除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)

2.1 壩體除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)

原壩體填筑質(zhì)量較差，此次除險(xiǎn)加固，經(jīng)復(fù)核，壩頂高程為505.65 m，壩體需培厚加高。按照上游防滲、下游疏導(dǎo)的原則，采用斜墻壩設(shè)計(jì)理念，壩體培厚區(qū)盡量位于上游壩坡，采用庫(kù)盤(pán)內(nèi)的防滲效果較好的低液限粘土土料培厚填筑。

除險(xiǎn)加固后，壩軸線長(zhǎng)2 050 m，設(shè)計(jì)壩頂高程505.65 m，壩頂寬4 m，上游壩坡1.0∶2.5，下游壩坡1∶2。X0+600～D1+000段壩體前壩坡采用15 cm厚現(xiàn)澆混凝土板護(hù)坡，板下設(shè)砂礫石料防凍墊層，厚1 m，以保護(hù)低液限粘土防滲體。壩后坡腳設(shè)貼坡排水體。X0+600～X0+800以及D1+000～D1+300段壩體前壩坡采用土緩坡形式，坡度1∶12。壩頂路面采用碎石路面。

2.2 新建放水涵洞設(shè)計(jì)

新建放水涵洞位于需拆除的老涵洞處，即壩軸線0+000處。涵洞主要用于下游灌區(qū)灌溉用水的供給，無(wú)沖砂排洪任務(wù)。最大泄流量10.1 m3/s，設(shè)計(jì)流量0.50 m3/s。放水涵洞為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，閘井上游為有壓段，矩形斷面，凈寬1.2 m，凈高1.8 m，閘井室后為無(wú)壓段，為城門(mén)洞型，凈寬1.2 m、凈高1.8 m，縱坡i＝0.02；放水涵洞后接消力池，消力池為矩形斷面，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，池寬5 m、長(zhǎng)15 m，邊墻采用整體式懸臂擋土墻，墻高4 m，頂寬0.3 m，底寬0.6 m，底板厚0.5 m，斜坡擴(kuò)散段長(zhǎng)20 m。閘井室設(shè)工作閘門(mén)及檢修（事故）閘門(mén)各1扇，閘孔寬1.2 m，高1.8 m。啟閉機(jī)室位于壩頂上游面閘井上方，為磚混結(jié)構(gòu)。

放水涵洞地基為低液限粉土，承載力較低，需進(jìn)行換基處理。涵洞基礎(chǔ)均采用水泥土換基，置換深度1.5 m。

3 水庫(kù)除險(xiǎn)加固方案分析

3.1 壩體穩(wěn)定分析

依據(jù)水庫(kù)壩體巖土力學(xué)特征，自壩體選取2個(gè)典型橫斷面進(jìn)行計(jì)算分析，一個(gè)為主壩段X0+ 100～D0+400段老壩體培厚加高段，該段壩體典型斷面為D0+100處，一個(gè)為副壩段壩體典型斷面為X0+600處。計(jì)算方法按照瑞典圓弧法，采用北京理正軟件設(shè)計(jì)研究所的邊坡穩(wěn)定設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算所用數(shù)據(jù)見(jiàn)表1，計(jì)算后成果統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2。

表1 水庫(kù)除險(xiǎn)加固后壩體抗滑穩(wěn)定計(jì)算采用數(shù)據(jù)

表2 壩體抗滑穩(wěn)定計(jì)算成果表

對(duì)比分析上述計(jì)算結(jié)果可知：大壩前壩坡及后壩坡的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求，此次加固設(shè)計(jì)方案可行。

3.2 放水涵洞流量合理性分析

根據(jù)灌區(qū)設(shè)計(jì)水平年的作物種植比例、灌溉制度進(jìn)行設(shè)計(jì)灌水率計(jì)算，并繪制圖1所示灌水率圖，并結(jié)合式（1）計(jì)算年設(shè)計(jì)灌水率。

式中：qik——第i種作物第k次灌水的灌水率，m3/（s·hm2）；mik——第i種作物第k次灌水的灌水定額，m3/hm2；αi——作物種植比例，%；Tik——第i種作物第k次灌水的灌水延續(xù)時(shí)間，d。

經(jīng)計(jì)算灌區(qū)年設(shè)計(jì)灌水率為3.9 m3/（s·hm2）。結(jié)合水磨溝水庫(kù)服務(wù)灌溉面積為0.047萬(wàn)hm2，灌溉水利用系數(shù)為0.48，則由式（2）可計(jì)算求得下游干渠設(shè)計(jì)流量：

式中：Qs——干渠設(shè)計(jì)流量，m3/s；As——控制灌溉面積，萬(wàn)hm2；ηs——灌溉水利用系數(shù)；qs——設(shè)計(jì)灌水率，m3/（s·hm2）。

經(jīng)計(jì)算下游干渠設(shè)計(jì)流量0.38 m3/s，依據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》相關(guān)規(guī)定，干渠實(shí)際設(shè)計(jì)流量應(yīng)為計(jì)算流量的1.30～1.35，即0.49～0.51 m3/s。新建放水涵洞設(shè)計(jì)最小流量為0.50 m3/s，符合計(jì)算結(jié)果，可滿足實(shí)際使用需要。

圖1 設(shè)計(jì)水平年灌水率圖

4 除險(xiǎn)加固施工

4.1 壩體施工

水庫(kù)前壩坡施工流程：前壩面清廢→壩體填筑→阻滑墻→防凍墊層混凝土面板→壩頂碎石路面→路肩石；后壩坡施工流程：后壩面清廢→壩體填筑→壩后坡腳排水體→排水溝。

施工時(shí)清除壩面50 cm浮土，并使用凸塊震動(dòng)碾依照進(jìn)退法對(duì)壩面進(jìn)行碾壓，確保壩面以下0.5 m內(nèi)土料壓實(shí)度不小于0.97；壩體填筑采用汽車(chē)后退法直接卸料，人工沿水平面分層整平并修整夯實(shí)壩面的方法進(jìn)行；阻滑墻為現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)，采用跳倉(cāng)法施工，澆筑前先于墻體基礎(chǔ)下墊50 cm厚砂礫石料，澆筑時(shí)采用插入式震動(dòng)棒震搗，澆筑完后應(yīng)進(jìn)行及時(shí)養(yǎng)護(hù)；壩面混凝土板采用跳倉(cāng)法，混凝土塌落度不宜過(guò)大，以防止未凝結(jié)的混凝土在斜面上滑動(dòng)?；炷敛捎?.4~0.8 m3混凝土拌和機(jī)拌制，平倉(cāng)后采用2.5 kW的平板震動(dòng)器震搗，混凝土終凝后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)；壩體施工完成后，采用粒徑小于20 mm的天然級(jí)配混合料砂礫料鋪設(shè)壩頂碎石路面，后退法卸料，人工分層整平，振動(dòng)碾碾壓；路肩石采用預(yù)制混凝土塊。壩頂碎石路面鋪設(shè)完成后人工挖槽，基礎(chǔ)夯實(shí)整平后人工砌制，沉降縫采用100號(hào)水泥砂漿勾縫。

后壩施工參照前壩施工進(jìn)行，排水溝斷面均為土渠梯形斷面，采取人工開(kāi)挖方式。在開(kāi)挖土方前，首先清除渠道范圍內(nèi)（包括渠堤部分）表層30 cm的浮土和雜草及植物根系，然后按設(shè)計(jì)斷面進(jìn)行開(kāi)挖。

4.2 放水涵洞施工

水庫(kù)放水涵洞施工流程：老涵洞拆除→基礎(chǔ)開(kāi)挖→基礎(chǔ)處理→混凝土澆筑→金屬結(jié)構(gòu)安裝。

老放水涵洞使用1.4 m3挖掘機(jī)拆除，局部機(jī)械無(wú)法拆除部分，采用人工拆除；依照設(shè)計(jì)尺寸利用挖掘機(jī)進(jìn)行放水涵洞基礎(chǔ)開(kāi)挖，基底不得有淤泥、流沙等透鏡體?；A(chǔ)開(kāi)挖完后，應(yīng)由地質(zhì)勘察人員驗(yàn)槽合格后方準(zhǔn)進(jìn)行下一工序；采用水泥土對(duì)涵洞基礎(chǔ)進(jìn)行換填。水泥土應(yīng)按照設(shè)計(jì)比例采用攪拌機(jī)配置，分層填筑，每層布設(shè)厚度不超過(guò)40 cm，振動(dòng)碾碾壓；涵洞施工放線后，支模綁扎鋼筋進(jìn)行混凝土澆筑，澆筑時(shí)人工平倉(cāng)，插入式震動(dòng)棒震搗；金屬結(jié)構(gòu)主要包括放水涵洞檢修（事故）閘門(mén)與工作閘門(mén)。安裝時(shí)閘門(mén)應(yīng)保持垂直，中心軸線與啟閉機(jī)中心軸線一致，二期混凝土澆筑后，達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度以后方準(zhǔn)啟閉閘門(mén)。

5 結(jié)語(yǔ)

水磨溝水庫(kù)除險(xiǎn)加固施工工期共計(jì)12個(gè)月，施工作業(yè)有效依照工程設(shè)計(jì)開(kāi)展，全過(guò)程無(wú)事故，施工達(dá)成后經(jīng)檢驗(yàn)，各項(xiàng)指標(biāo)均符合水利工程施工規(guī)范。后續(xù)運(yùn)行中水庫(kù)各設(shè)施運(yùn)行良好，有利保障下游灌區(qū)生產(chǎn)需求的同時(shí)對(duì)灌區(qū)灌溉環(huán)境實(shí)現(xiàn)了良性改善，提升了灌區(qū)經(jīng)濟(jì)效益。

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