安丘市大桃園水庫(kù)除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)

韓世亮，宋美芝，王曉東

（1.安丘市下株梧水庫(kù)運(yùn)營(yíng)維護(hù)中心，山東 安丘 262100；2.安丘市水利局，山東 安丘 262100）

2018年8月18日，受臺(tái)風(fēng)“溫比亞”的影響，安丘市降特大暴雨，平均降雨190.5mm，其中降水最大點(diǎn)位于輝渠鎮(zhèn)，降雨量達(dá)到324.1mm，安丘市部分水庫(kù)、河堤等水利設(shè)施受此影響，出現(xiàn)不同程度的損毀，其中大桃園水庫(kù)處于強(qiáng)降雨中心，損毀嚴(yán)重。

1 工程概況

大桃園水庫(kù)地處安丘市輝渠鎮(zhèn)大桃園村東南，屬汶河支流上游的一座以防洪為主，兼顧農(nóng)業(yè)灌溉等綜合利用的?。?）型水庫(kù)，水庫(kù)下游緊鄰大桃園村，是一座頭頂庫(kù)?？刂屏饔蛎娣e3.0km2，總庫(kù)容33.38萬(wàn)m3，興利庫(kù)容18.6萬(wàn)m3，最大壩高17m，壩長(zhǎng)102m，壩頂寬4.5m，水庫(kù)周?chē)际侨荷?，是一座?biāo)準(zhǔn)山區(qū)水庫(kù)。大桃園水庫(kù)于1960年4月建成蓄水，水庫(kù)保護(hù)下游2000余人及266.67hm2耕地的安全，地理位置非常重要。

2018年“溫比亞”臺(tái)風(fēng)過(guò)后，水庫(kù)實(shí)測(cè)壩頂高程199.58～200.27m，低于本次核算壩頂高程200.39m，壩頂高程達(dá)不到設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)；現(xiàn)狀迎水壩坡無(wú)防護(hù)，現(xiàn)狀坡比不滿足設(shè)計(jì)要求。大壩背水坡現(xiàn)狀無(wú)排水溝、排水體，壩后坡沖刷嚴(yán)重，且存在滲水明流。

水庫(kù)原放水洞已經(jīng)廢棄。洞身封堵不嚴(yán)，壩后出口出現(xiàn)滲漏水。經(jīng)對(duì)水庫(kù)進(jìn)行安全鑒定，確定為三類(lèi)壩。為確保水庫(kù)安全運(yùn)行，必須對(duì)水庫(kù)進(jìn)行除險(xiǎn)加固。

2 設(shè)計(jì)洪水計(jì)算及大壩安全復(fù)核

2.1 設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)（SL252-2017）》及《防洪標(biāo)準(zhǔn)（GB50201-2014）》規(guī)定，確定大桃園水庫(kù)為小（2）型水庫(kù)，工程等別為Ⅴ等，考慮水庫(kù)原設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)，確定水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)200年一遇；溢洪道消能防沖設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)10年一遇。根據(jù)《山東省小型水庫(kù)洪水核算辦法》，采用經(jīng)驗(yàn)公式圖表查算法推算設(shè)計(jì)洪水。經(jīng)計(jì)算，大桃園水庫(kù)各設(shè)計(jì)頻率下設(shè)計(jì)洪水和調(diào)洪演算特征值成果見(jiàn)表1。

2.2 防洪安全復(fù)核

按照《小型水利水電工程碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL189-2013）（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《設(shè)計(jì)規(guī)范》），分別按：1）正常蓄水位或設(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）正常蓄水位加非常運(yùn)用條件的壩頂超高加地震涌浪高（地震涌浪高取1.0m）3種運(yùn)用條件計(jì)算，取其最大值分別計(jì)算壩頂高程，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

由表2可知，大桃園水庫(kù)現(xiàn)狀壩頂高程，設(shè)計(jì)洪水位及校核洪水位運(yùn)行情況下不滿足各種工況下的設(shè)計(jì)高程。

表1 大桃園水庫(kù)各設(shè)計(jì)頻率設(shè)計(jì)洪水及調(diào)洪演算特征值成果表

表2 水庫(kù)大壩防洪安全復(fù)核成果表

3 大壩工程設(shè)計(jì)

3.1 壩體尺寸設(shè)計(jì)

根據(jù)《設(shè)計(jì)規(guī)范》及《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL274-2001），并結(jié)合工程構(gòu)造、施工、運(yùn)行管理、防汛搶險(xiǎn)、生產(chǎn)交通等因素，本次水毀修復(fù)，壩頂高程按199.80m設(shè)計(jì)，壩頂寬度4.5m，壩頂長(zhǎng)度102m，壩頂采用泥結(jié)碎石路面厚100mm，下游側(cè)設(shè)預(yù)制混凝土路沿石，壩頂向外側(cè)按2%的坡度傾斜。根據(jù)防洪安全復(fù)核成果，大壩左端加高至高程200.40m處閉合，路寬4.5m，兩側(cè)設(shè)土路肩，兩側(cè)按1∶2.5補(bǔ)土放坡。大壩背水坡不設(shè)戧臺(tái)，背水坡坡比為 1∶2.5，迎水坡坡比為 1∶2.5。

3.2 迎水坡及背水坡設(shè)計(jì)

大壩迎水坡0+000~0+102段按設(shè)計(jì)坡比填筑、整坡；迎水坡新建M10漿砌塊石護(hù)坡，下設(shè)碎石墊層。

背水坡設(shè)計(jì)：一是壩坡整修。根據(jù)實(shí)測(cè)資料，大壩背水坡0+000~0+102段需進(jìn)行補(bǔ)土局部壩坡裸露。施工中，應(yīng)徹底清除現(xiàn)有坡面植被、腐殖質(zhì)等，采用礫砂土或砂壤土進(jìn)行壩坡補(bǔ)土整平，分層鋪設(shè)夯實(shí)，表面回填0.3～0.5m厚壤土，進(jìn)行植草護(hù)坡。二是壩坡防護(hù)排水。沿壩軸線設(shè)置橫向排水溝1道位于大壩0+030處，樁號(hào)0+065處建臺(tái)階式排水溝一處；背水坡壩腳排水溝1道；大壩左、右端各設(shè)斜向排水溝一道，通至下游河道。排水溝均按10年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，并結(jié)合管理、維護(hù)等因素合理確定斷面尺寸。排水溝采用C25預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)，排水溝寬0.3m、深為0.2m。三是壩體排水。根據(jù)規(guī)范要求，大壩背水坡坡腳設(shè)貼坡式排水結(jié)構(gòu)，貼坡式排水體位于大壩樁號(hào)0+025～0+091段，總長(zhǎng)度66.00m，頂高程193.30m，外邊坡1∶2.5。排水體采用方塊石干砌。

3.3 壩坡穩(wěn)定計(jì)算

1）典型斷面選取。大桃園水庫(kù)滲流穩(wěn)定驗(yàn)算典型斷面選取最大壩高處代表斷面作為典型斷面，相應(yīng)大壩樁號(hào)為0+050。通過(guò)計(jì)算，修復(fù)后大桃園水庫(kù)大壩滲透系數(shù)壤土為6.1×10-5cm/s。

2）計(jì)算工況。根據(jù)《設(shè)計(jì)規(guī)范》采用如下4種工況計(jì)算。工況Ⅰ：上游興利水位，下游無(wú)水；工況Ⅱ：上游設(shè)計(jì)水位，下游相應(yīng)頻率洪水位；工況Ⅲ：上游校核水位，下游相應(yīng)頻率洪水位；工況Ⅳ：上游1/3壩高水位，下游無(wú)水。

3）滲流穩(wěn)定驗(yàn)算：滲流計(jì)算采用二維流有限元法，利用河海大學(xué)工程力學(xué)研究所提供的水工結(jié)構(gòu)有限元分析系統(tǒng)（AutoBank）軟件計(jì)算。滲流量及大壩滲流安全驗(yàn)算成果見(jiàn)表3。

表3 大壩滲流安全驗(yàn)算成果表

由表3可知，各種工況下的滲透流量均較小，滿足設(shè)計(jì)要求。

4 放水洞設(shè)計(jì)

4.1 放水洞泄流計(jì)算

在通常情況下，放水洞涵管的水流流態(tài)屬有壓自由出流，其過(guò)流能力按《水工設(shè)計(jì)手冊(cè)》中的公式計(jì)算。當(dāng)水庫(kù)水位降至洞頂附近時(shí)，涵管水流變?yōu)榘胗袎毫骱蜔o(wú)壓流，此時(shí)涵管的過(guò)流能力應(yīng)按半有壓流和堰流的有關(guān)公式計(jì)算。通過(guò)計(jì)算放水洞最大泄流量為0.72m3/s。

4.2 出口建筑物設(shè)計(jì)

現(xiàn)有放水洞出口無(wú)控制，本次設(shè)計(jì)新建閘閥室，閘閥為DN300蝶閥，閘閥室1間，為磚混結(jié)構(gòu)，門(mén)窗采用防盜門(mén)窗，根據(jù)設(shè)計(jì)要求做好必要的防水設(shè)施。壩后地基條件為巖基出口不再考慮消能防沖設(shè)施，閘閥室后可接灌溉管道。

5 大壩壩后坡滲漏處理

通過(guò)對(duì)大壩進(jìn)行鉆探得知：壩基存在滲漏問(wèn)題，主要的滲漏水層為（2-1）層碎石土及頁(yè)巖裂隙帶，滲漏形式為雙層滲漏結(jié)構(gòu)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)查勘量測(cè)，壩后腳0+030~0+102段，庫(kù)水位196.35m條件下，出現(xiàn)滲漏水，且為清水，出水點(diǎn)高程為189.46~189.80m，匯成明流，經(jīng)量測(cè)滲漏量約為10.0~11.0m3/h，屬于嚴(yán)重滲漏，影響水庫(kù)蓄水。為此，建議對(duì)壩基采取截滲處理，根據(jù)場(chǎng)地條件和巖土特征，（2-1）層碎石土滲透變形類(lèi)型為管涌，可采取高壓擺噴形成連續(xù)帷幕墻截滲處理，頁(yè)巖可采取基巖灌漿帷幕處理。

6 結(jié)語(yǔ)

大桃園水庫(kù)設(shè)計(jì)完成后，安丘市水利局嚴(yán)格按照規(guī)定對(duì)水庫(kù)工程進(jìn)行了招投標(biāo)，擇優(yōu)選擇施工、監(jiān)理、檢測(cè)隊(duì)伍，施工過(guò)程中嚴(yán)抓工程質(zhì)量，加快工程建設(shè)進(jìn)度，強(qiáng)化審計(jì)監(jiān)督，加大行政監(jiān)察力度，確保了工程順利完工。2019年5月，大桃園水庫(kù)水毀修復(fù)和除險(xiǎn)加固工程順利通過(guò)主體工程（蓄水）驗(yàn)收。在2019年8月10~11日，安丘市再次受到了強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“利奇馬”的影響，大桃園水庫(kù)流域普降暴雨，累計(jì)降雨280mm，水庫(kù)再次受“利奇馬”臺(tái)風(fēng)影響后,安丘市水利局組織專(zhuān)家進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)勘察，未發(fā)現(xiàn)該水庫(kù)水毀現(xiàn)象，水庫(kù)除險(xiǎn)加固經(jīng)受住了洪水考驗(yàn)。