尖山子水庫樞紐及主要建筑物設(shè)計(jì)綜述

賈 峰

(遼寧省營口水文局，遼寧 營口 115003)

?

尖山子水庫樞紐及主要建筑物設(shè)計(jì)綜述

賈 峰

(遼寧省營口水文局，遼寧 營口 115003)

尖山子水庫是一座以防洪為主，兼顧灌溉和養(yǎng)魚等綜合利用的中型水庫。在保證自身建筑物安全的前提下，對(duì)主要建筑物進(jìn)行設(shè)計(jì)，使得水庫起到滯洪的作用，減少下游洪水災(zāi)害。尖山子水庫樞紐工程由主壩、副壩、溢洪道、輸水洞組成。主壩、副壩皆為均質(zhì)土壩，主壩長(zhǎng)730m，副壩長(zhǎng)587.7m。設(shè)計(jì)壩頂高程78.45m，文章對(duì)主要建筑物進(jìn)行了初步分析。

水庫樞紐；主要建筑物；安全監(jiān)測(cè)；尖山子水庫

1 概 述

尖山子水庫位于法庫縣西部臥牛石鄉(xiāng)尖山子村，坐落在遼河水系秀水河支流尖山子河上，是一座以防洪為主，兼顧農(nóng)業(yè)灌溉及養(yǎng)魚的中型水庫。尖山子水庫總庫容為2290×104m3，工程等別為Ⅲ等，尖山子水庫是一座以防洪為主，兼顧灌溉和養(yǎng)魚等綜合利用的中型水庫。在保證自身建筑物安全的前提下，水庫起到滯洪的作用，減少下游洪水災(zāi)害。水庫擔(dān)負(fù)著保護(hù)下游耕地1200hm2，9000人的防洪任務(wù)。

2 樞紐及主要建筑物設(shè)計(jì)

2.1 主要水工建筑物設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)

除險(xiǎn)加固后尖山子水庫正常蓄水位75.50m，相應(yīng)庫容為1280萬m3，死水位73.50m，相應(yīng)庫容為239萬m3。該水庫工程等別為Ⅲ等，工程規(guī)模為中型，水庫永久性水工建筑物級(jí)別為：主壩、副壩、溢洪道、輸水洞為3級(jí)；次要建筑物為4級(jí)；臨時(shí)性建筑物為5級(jí)。

2.2 工程總體布置

尖山子水庫樞紐工程由主壩、副壩、溢洪道、輸水洞組成。主壩、副壩皆為均質(zhì)土壩，主壩長(zhǎng)730m，副壩長(zhǎng)587.7m。設(shè)計(jì)壩頂高程78.45m。

溢洪道是水庫唯一的泄洪建筑物。位于副壩中間部位，樁號(hào)為F0+294.44為無閘門控制的開敞式溢洪道。本次設(shè)計(jì)溢洪道總寬為30.0m，堰頂高程75.50m，溢流堰面為寬頂堰，控制段長(zhǎng)6.95m，陡槽段長(zhǎng)50.0m，消力池長(zhǎng)8.0m。

輸水洞為壩下方形涵洞，樁號(hào)為0+050.00m，斷面尺寸為1.20m×1.20m，進(jìn)口高程72.29m，最大泄量5.04m3/s。

2.3 主要建筑物加固設(shè)計(jì)

2.3.1 擋水土壩

主壩壩頂高程由現(xiàn)狀高程78.25m提高到設(shè)計(jì)高程78.45m，壩頂寬度由現(xiàn)狀寬度3.5m加寬到設(shè)計(jì)寬度5.0m，主壩路面改為瀝青路面。將上游護(hù)坡塊石及墊層全部拆除，重新鋪筑。新建下游壩坡采用草皮護(hù)坡，壩下設(shè)棱體排水[1]。

2.3.1.1 壩體土料填筑

施工期筑壩材料指標(biāo)采用值見表1。

表1 筑壩材料指標(biāo)設(shè)計(jì)值

1)新壩體與原壩體接觸表面，應(yīng)在臨填筑前清洗干凈，并涂刷一層厚3-5mm的濃黏土漿，以利壩體之間的結(jié)合。

2)土層碾壓機(jī)具的行駛方向以及輔料方向應(yīng)平行壩軸。與原壩體接觸部位不便機(jī)械施工處，需進(jìn)行人工碾壓達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

2.3.1.2 土工布鋪設(shè)

土工布規(guī)格為400g/m2。

1)鋪設(shè)前應(yīng)進(jìn)行復(fù)驗(yàn)，不得使用扯裂、蠕變、老化的土工織物。

2)鋪設(shè)應(yīng)自下而上，自下游側(cè)依次向上游側(cè)進(jìn)行。相鄰?fù)凉た椢飰K連接可用搭接或縫接。搭接寬度：平地應(yīng)≥30cm，坡面應(yīng)≥50cm，水下鋪設(shè)適當(dāng)加寬。土工織物上鋪砂時(shí)，宜用縫接[2]。

2.3.1.3 碎石墊層填筑

砂礫石墊層厚度為0.8m。

1)要求材料質(zhì)地堅(jiān)硬新鮮，含泥量<1%，滲透系數(shù)>2×10-2cm/s，層間系數(shù)<10，不均勻系數(shù)<8，相對(duì)密度Dr>0.70。

2)墊層與相鄰層次之間的材料界線應(yīng)分明。分段鋪筑時(shí)，必須做好接縫處各層之間的連接，防止產(chǎn)生層間錯(cuò)動(dòng)或折斷現(xiàn)象。在斜面上的橫向接縫應(yīng)收成緩于1∶2的斜坡。

2.3.1.4 干砌石鋪設(shè)

1)由于當(dāng)?shù)責(zé)o大塊石料，本工程上游護(hù)坡采用鋼筋混凝土菱形框格內(nèi)砌塊石護(hù)坡。鋼筋混凝土菱形框格順坡對(duì)角線長(zhǎng)為5.0m，另一對(duì)角線長(zhǎng)為3.0m，框格厚0.4m，其中嵌入墊層0.1m。框格混凝土強(qiáng)度和抗凍等級(jí)不低于C25F200。

2)上游壩坡塊石護(hù)層應(yīng)隨著壩體上升逐層填筑。

2.3.1.5 上游庫底水平鋪蓋

為保證防滲效果，對(duì)庫區(qū)內(nèi)老河道、溢洪道進(jìn)口和輸水洞引水渠及其他發(fā)現(xiàn)有“天窗”的部位進(jìn)行黏土回填壓實(shí)，要求壓實(shí)度達(dá)到0.96，鋪蓋厚0.5m。

2.3.1.6 壩頂瀝青路面及上壩公路

壩頂公路結(jié)構(gòu)為瀝青混凝土結(jié)構(gòu)，兩側(cè)路緣石尺寸為0.3m×0.6m。壩頂路面寬4.4m，先砂礫石墊層20cm，再鋪筑20cm水泥砂礫石穩(wěn)定層(水泥含量5%)，再鋪筑6cm厚粗粒瀝青混凝土，最后鋪筑4cm厚細(xì)粒瀝青混凝土。

2.3.2 基礎(chǔ)處理

2.3.2.1 壩基

主壩壩基坐落在粉質(zhì)黏土和全風(fēng)化的混合花崗片麻巖上。全風(fēng)化混合花崗片麻巖滲透系數(shù)為2.45×10-4-3.57×10-3cm/s，中等透水巖層，是庫水滲漏的主要通道。粉質(zhì)黏土厚度最大為9.27m，同時(shí)因壩基全風(fēng)化巖上部約2m深巖石破碎嚴(yán)重，呈砂土狀[3]。

副壩壩基坐落在全風(fēng)化的混合花崗片麻巖上和全風(fēng)化的粉砂巖。全風(fēng)化混合花崗片麻巖、全風(fēng)化的粉砂巖滲透系數(shù)為2.95×10-4-7.13×10-4cm/s，為中等透水巖層。

2.3.2.2 繞壩滲漏處理

將主壩右端與壩體連接部位及右端壩體(樁號(hào)0+600-0+780)開挖到強(qiáng)風(fēng)化層，在開挖的基礎(chǔ)上做厚1.0m的混凝土蓋板，再對(duì)基巖進(jìn)行帷幕灌漿等處理。帷幕深入強(qiáng)風(fēng)化巖下1.0m，灌漿標(biāo)準(zhǔn)為10Lu(滲透系數(shù)為1.5×10-4cm/s)。帷幕灌漿為單排，孔距2.0m，孔軸線布置在主壩右端(樁號(hào)0+600-0+780)上游壩腳外5.0m處，灌漿壓力由現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。

2.3.3 溢洪道工程

本次設(shè)計(jì)溢洪道堰頂高程75.50m，溢流堰面為寬頂堰，控制段長(zhǎng)6.95m，泄流凈寬29.0m，陡槽段長(zhǎng)50.0m，總寬為30.0m，消力池長(zhǎng)8.5m。底板厚度采用0.50m。溢洪道混凝土標(biāo)號(hào)為C25、F150、W4。海漫采用干砌石防護(hù)，長(zhǎng)18.0m，厚0.5m。

本次加固設(shè)計(jì)對(duì)原泄洪尾渠進(jìn)行疏竣，堤腳線間距取為30.0m，因其歸到原河道尖山子河的原河道的長(zhǎng)度大約為800m，此次設(shè)計(jì)整修河道長(zhǎng)度亦采用800m。根據(jù)地形及地質(zhì)條件，確定泄洪尾渠底坡為1/2000，左右兩岸防護(hù)堤內(nèi)外邊坡均采用1∶2.0。

2.3.4 公路、交通橋設(shè)計(jì)

交通橋位于溢洪道控制段，交通橋中線與溢洪道中心線正交。為了滿足防汛搶險(xiǎn)、對(duì)外交通等要求，2跨跨徑總長(zhǎng)為30m的交通橋，荷載標(biāo)準(zhǔn)：汽車-20級(jí)，掛車-100。交通橋上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土空心板結(jié)構(gòu)，板厚0.8m。交通橋共分2跨，單跨跨度為15.4m，全橋長(zhǎng)31.0m，橋面凈寬6.0m，橋面高程為79.15m。橋墩采用現(xiàn)澆混凝土兩柱式橋墩，橋墩高約3.18m(從基礎(chǔ)底面算起)?；A(chǔ)埋深為地面下1.5m，滿足抗沖刷要求。兩側(cè)橋臺(tái)為混凝土重力式橋臺(tái)[4]。

水庫公路設(shè)計(jì)：本次改造整修公路主要包括主、副壩壩頂以及上壩公路、對(duì)外交通公路均按三級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)修建公路，計(jì)算行車速度按30km/h考慮。

2.3.5 輸水洞

輸水洞改造方案：拆除原有建筑物，對(duì)進(jìn)、出口、進(jìn)水塔、洞身、工作橋進(jìn)行重建。首先對(duì)輸水洞位置處的壩體進(jìn)行開挖，將原結(jié)構(gòu)拆除，然后重新修建輸水洞進(jìn)出口及輸水洞洞身，洞體采用混凝土方涵形式。

3 安全監(jiān)測(cè)

3.1 主壩滲流觀測(cè)

共設(shè)3個(gè)斷面，其中壩體每個(gè)斷面布置4個(gè)滲流監(jiān)測(cè)點(diǎn)，共計(jì)12個(gè)觀測(cè)點(diǎn)。每個(gè)斷面各布設(shè)一套監(jiān)測(cè)終端(MCU)，共監(jiān)測(cè)12只滲壓計(jì)。每套MCU采用獨(dú)立的太陽能供電系統(tǒng)，以減小因市電線纜容易引雷遭到雷擊的危險(xiǎn)。每只測(cè)壓管要求監(jiān)測(cè)滲壓和溫度兩項(xiàng)參數(shù)，每臺(tái)MCU分別配置1臺(tái)8通道的振弦式傳感器采集模塊。

3.2 輸水洞流量監(jiān)測(cè)

在輸水洞進(jìn)口段的邊墻上用紅色防水涂料印刷水尺，利用水位的測(cè)值推求輸水洞流量[5]。

3.3 溢洪道水位及流量監(jiān)測(cè)

水位：在進(jìn)口段、控制段、陡槽段、消力池段兩側(cè)邊墻上用紅色防水涂料印刷水尺，觀測(cè)各斷面水位。

流量：在控制段斷面設(shè)置流速儀，利用水位、流速的測(cè)值反推溢洪道流量。流速儀在使用時(shí)安裝，平時(shí)不安裝在測(cè)試點(diǎn)，以免丟失。

3.4 房屋建筑工程

新建磚混結(jié)構(gòu)辦公用房、物質(zhì)儲(chǔ)備庫及車庫共734.24m2，輸水洞啟閉機(jī)19.38m2。

4 結(jié) 語

尖山子水庫是一座以防洪為主，兼顧灌溉和養(yǎng)魚等綜合利用的中型水庫。在保證自身建筑物安全的前提下，對(duì)主要建筑物進(jìn)行設(shè)計(jì)，使得水庫起到滯洪的作用，減少下游洪水災(zāi)害。水庫擔(dān)負(fù)著保護(hù)下游耕地1 200hm2，9000人的防洪任務(wù)。同時(shí)水庫還擔(dān)負(fù)下游93.3hm2水田和40hm2旱田的農(nóng)業(yè)供水任務(wù)。

[1]王九大,虞邦義,王久晟,西汝澤.淮河臨淮崗洪水控制工程樞紐布置研究[J].水利水電技術(shù)，2008(09)：89-90.

[2]彭公明,呂凱林.燕山水庫樞紐工程通過蓄水安全鑒定[J].河南水利與南水北調(diào)，2008(05)：65-66.

[3]顏傳炳.東溪水庫樞紐工程的施工介紹[J].水利科技，1990(02)：22-23.

[4]李陸明,馬福恒,吳東福.燕山水庫混凝土防滲墻適應(yīng)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系研究[J].水電能源科學(xué)，2009(06)：102-104.

[5]王志軍,王長(zhǎng)生,張建強(qiáng).燕山水庫壩體設(shè)計(jì)與施工強(qiáng)度研究[J].水電能源科學(xué)，2009(06)：67-70.

1007-7596(2017)03-0055-02

2017-02-18

賈峰(1980-)，男，遼寧阜新人，工程師，從事水文水資源工作。

TV

B