樸家溝水庫(kù)除險(xiǎn)加固方案比選及病險(xiǎn)情況復(fù)核探析

(遼寧沈陽(yáng)利鑫土木工程有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽(yáng) 110179)

樸家溝水庫(kù)位于遼寧蓋州市陳屯鎮(zhèn)樸家溝村，是冷水河一個(gè)支流，是一座灌溉兼防洪、養(yǎng)魚(yú)綜合效益的小(2)型水庫(kù)。主要由大壩、溢洪道及輸水洞及組成。本次除險(xiǎn)加固內(nèi)容：大壩工程、溢洪道工程、輸水洞工程。

1 除險(xiǎn)加固方案選擇

1.1 大壩加固方案

1.1.1 壩體加固設(shè)計(jì)方案

現(xiàn)狀心墻頂高程125.0 m，低于校核洪水位125.34 m，本次設(shè)計(jì)在心墻上設(shè)防浪墻，防浪墻頂高程126.40 m。為了滿(mǎn)足心墻抗凍要求，壩頂由現(xiàn)狀壩頂高程125.39～125.90 m加高至126.10 m。

1.1.2 護(hù)坡加固及下游貼坡排水方案

大壩迎水坡護(hù)坡部分風(fēng)化嚴(yán)重，局部脫落、沉陷不平整。本次設(shè)計(jì)將108.0 m(死水位)至壩頂范圍內(nèi)的原護(hù)坡進(jìn)行拆除翻新，在迎水坡上鋪設(shè)100 mm厚的中粗砂墊層，碎石墊層200 mm厚，干砌石護(hù)坡300 mm厚。迎水坡坡比為1:2.3。由于部分護(hù)坡塊石風(fēng)化，本次工程原塊石利用率為1/3，其它全部外購(gòu)。

背水坡現(xiàn)狀為二級(jí)坡，坡比分別為1:1.5、1:2.0。對(duì)下游壩坡進(jìn)行除險(xiǎn)加固方案有兩種：

1)方案一：保持現(xiàn)狀壩頂寬度5.7～8.3 m不變，下游路上壩坡坡比1：1.5保持原壩坡不變，為減少背水坡的培厚土量，在一級(jí)坡腳處設(shè)置擋墻，二級(jí)壩坡統(tǒng)一為1：2.25，為此需對(duì)下游背水坡進(jìn)行培厚。

2)方案二：將壩頂5.7～8.3 m修整為4.0 m，一級(jí)壩坡削坡為1：2.0，二級(jí)壩坡為1：2.25，加固后，仍需對(duì)下游壩坡進(jìn)行培厚。

通過(guò)技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理及工期等多方面比選，采用方案二作為推薦方案，整治后壩頂寬度為4.0 m，下游壩坡路上、路下分別為1：2.0和1：2.25。下游坡采用播種草籽形成草皮護(hù)坡。

1.2 溢洪道加固方案

大壩溢洪道渠底板為裸露風(fēng)化巖石，沒(méi)有襯砌，如果長(zhǎng)期擱置不處理，風(fēng)化日趨嚴(yán)重，將會(huì)對(duì)大壩、溢洪道滲流及穩(wěn)定構(gòu)成威脅，需要襯砌。溢洪道渠底襯砌處理，先將風(fēng)化破碎巖進(jìn)行開(kāi)挖清理，溢洪道底板上澆筑250 mm厚鋼筋混凝土面層，每隔6m設(shè)置瀝青木板伸縮縫。溢洪道0+086至0+104處右側(cè)山體部分巖體風(fēng)化嚴(yán)重，溢洪道行洪時(shí)巖體易脫落，易造成溢洪道堵塞，影響行洪安全，危及大壩安全，為了行洪通暢，需對(duì)風(fēng)化巖石進(jìn)行整形，整形面積約為200 m2。在上壩路0+114處的擋墻已破損，為了防止溢洪道水流下泄時(shí)對(duì)上壩路產(chǎn)生沖刷，此次除險(xiǎn)加固對(duì)此處的擋墻進(jìn)行重建，長(zhǎng)度約40 m。

1.3 輸水洞處理方案

輸水洞閘閥超年限使用，漏水嚴(yán)重，無(wú)法正常開(kāi)啟，需要更換。更換閘閥，直徑為0.3 m。在更換閘閥時(shí)一般采用施工圍堰的方法，但是由于庫(kù)水位較高，如采用施工圍堰方法，圍堰需填筑較高，施工完畢后拆除也不方便，結(jié)合工程實(shí)際情況，采用水下封堵的方法進(jìn)行輸水洞更換閘閥工作。

2 水庫(kù)病險(xiǎn)情況復(fù)核

2.1 大壩工程復(fù)核

2.1.1 壩頂超高計(jì)算

根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL274-2001)及水庫(kù)運(yùn)用方式，分別按以下兩種運(yùn)用條件計(jì)算，取其最大值：

(1)設(shè)計(jì)洪水位加正常運(yùn)用條件的壩頂超高；

(2)校核洪水位加非常運(yùn)用條件的壩頂超高；

(3)正常蓄水位加正常運(yùn)用條件的壩頂超高；

(4)正常蓄水位加非常運(yùn)用條件的壩頂超高，再加地震安全加高。

計(jì)算公式：Y=R+e+A

式中：Y為壩頂超高，m；R為最大波浪在壩坡上的爬高，m；e為最大風(fēng)壅水面高度，m；A為安全加高，m；

2.1.2 波浪爬高R計(jì)算

本次壩頂超高復(fù)核風(fēng)浪要素的計(jì)算采用莆田試驗(yàn)站公式。

(1)平均波高h(yuǎn)計(jì)算：

式中：g為重力加速度，g=9.81，m/s2；H為水域平均水深，m；D為由計(jì)算點(diǎn)逆風(fēng)向量到對(duì)岸的距離，m；W為正常運(yùn)用條件下的3級(jí)、4級(jí)和5級(jí)壩，采用1.5倍的多年平均年最大風(fēng)速，非常運(yùn)用條件下，采用多年平均年最大風(fēng)速18 m/s；

(2)平均波長(zhǎng)Lm按公式計(jì)算如下：

式中：Tm為平均波周期，按公式Tm=4.438 h0.5計(jì)算；H為水域平均水深；

(3)波浪爬高Rp計(jì)算

平均爬高：

近年來(lái)，隨著黨和國(guó)家支農(nóng)惠農(nóng)政策的深入人心，農(nóng)民種糧的積極性空前高漲。特別是在購(gòu)機(jī)補(bǔ)貼政策的激勵(lì)下，廣大農(nóng)民加大了對(duì)購(gòu)置農(nóng)業(yè)機(jī)械的投入，農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平迅速提高。

設(shè)計(jì)波浪爬高Rp，按爬高分布進(jìn)行換算，該工程為5級(jí)建筑物，確定波高累積頻率P=5%，根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL274-2001)，查表A.1.13得出：校核、設(shè)計(jì)、正常高水位情況R/Rm=1.84

根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL274-2001)A.1.15條，當(dāng)來(lái)波波向線(xiàn)與壩軸線(xiàn)的法線(xiàn)成β夾角時(shí)，波浪爬高等于按正向來(lái)波計(jì)算爬高值乘以折減系數(shù)Kβ，樸家溝水庫(kù)β夾角為0°，查表A.1.15得Kβ=1。

所以樸家溝水庫(kù)設(shè)計(jì)波浪Rp=1.84Kβ×Rm=1.84×1×Rm=1.84Rm。

2.1.3 風(fēng)壅水面高度e計(jì)算

式中：K為綜合摩阻系數(shù)，K=3.6×10-6；β為風(fēng)向與水域中線(xiàn)的夾角，取β=0°；W為水面上10 m處的風(fēng)速，(m/s)；D為從計(jì)算點(diǎn)作水域中線(xiàn)(或壩軸中線(xiàn))的平行線(xiàn)與對(duì)岸的交點(diǎn)到計(jì)算點(diǎn)的距離，m；H為水域的最大水深，m。

樸家溝水庫(kù)波浪爬高計(jì)算參數(shù)及成果見(jiàn)表1。

表1 大壩波浪爬高計(jì)算參數(shù)及成果表

2.1.4 安全加高A

根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》(S274-2001)表5.3.1取用：

設(shè)計(jì)水位時(shí)A=0.5 m，校核水位時(shí)，A=0.3 m。

2.1.5 壩頂超高計(jì)算成果

根據(jù)以上所列公式和計(jì)算參數(shù)，樸家溝水庫(kù)土石壩壩頂超高計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 樸家溝水庫(kù)土石壩超高計(jì)算結(jié)果表 m

2.1.6 正常蓄水位加地震組合情況

根據(jù)《水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL203-97)5.2.3條規(guī)定，確定地震區(qū)土石壩的安全超高時(shí)應(yīng)包括地震涌浪高度，可根據(jù)設(shè)計(jì)烈度和壩前水深，取地震涌浪高度為0.5～1.5 m，樸家溝水庫(kù)地震設(shè)計(jì)烈度為7，壩前水深較小，取地震涌浪高度1 m。正常蓄水位加地震組合情況，設(shè)計(jì)壩頂超高Y=1.64+1=2.64 m。

2.1.7 壩頂高程復(fù)核

根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》(S274-2001)第5.3.3 條規(guī)定，土壩各種運(yùn)用情況的壩頂高程計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

根據(jù)表3計(jì)算成果，確定加固后壩頂高程為126.40 m。

2.2 防洪安全復(fù)核

水庫(kù)原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為20 a一遇，校核標(biāo)準(zhǔn)為300 a一遇，根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》(SL252-2000)，樸家溝水庫(kù)防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)確定為20 a一遇，校核標(biāo)準(zhǔn)為200 a一遇，按照水庫(kù)溢洪道現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)洪演算，經(jīng)計(jì)算設(shè)計(jì)洪水位為124.54 m，校核洪水位125.34 m，現(xiàn)狀壩頂高程為125.39～125.9 m，心墻頂高程為125.0 m，校核洪水位超出心墻頂0.34 m，不符合規(guī)范要求。

表3 樸家溝水庫(kù)加固后壩頂高程計(jì)算成果表 m

3 結(jié)語(yǔ)

樸家溝水庫(kù)原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為20 a一遇洪水設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)水位為123.7 m，相應(yīng)庫(kù)容為34萬(wàn) m3，300 a一遇洪水校核，校核水位為125.0 m，相應(yīng)庫(kù)容為39.4萬(wàn) m3。樸家溝水庫(kù)最大壩高26.0 m，上下游最大水頭差為25.1 m，根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》(SL252-2000)規(guī)定，樸家溝水庫(kù)按山區(qū)丘陵區(qū)水庫(kù)確定洪水標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)《遼寧省小(2)型水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告編制規(guī)程》，本次洪水復(fù)核按規(guī)范取下限，洪水復(fù)核按水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水20 a一遇，校核洪水200 a一遇。

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