溢洪道除險(xiǎn)加固工程處理分析

陳忠潤 李英 梅德波

關(guān)鍵詞： 溢洪道 大壩 除險(xiǎn)加固 泄洪量

1 東洱河水庫溢洪道的基本情況及存在的主要問題

東洱河水庫溢洪道位于大壩東南向1 km 處，首部橫穿213國道，建有首部閘門室，設(shè)有2 m×2 m平面鋼閘門3套。溢洪道進(jìn)口底板為1 337.575 m，為有閘控制寬頂堰。閘后為深1.2 m，長15.2 m 的消力池，池后130 m為一跌坎，向南延伸900 m 后，交匯于金雞河。斷面呈梯形，由于該工程在除險(xiǎn)加固時(shí)僅對閘室和消力池段做了處理，以下部分僅開挖出斷面而未做襯砌處理，影響了溢洪道的泄洪。溢洪道最大泄流量為60 m3/s。低位輸水涵洞為加固配套工程，位于壩左肩52.5 m 的壩下，埋管為鋼管，內(nèi)徑為0.6 m，長度為120.4 m，進(jìn)口底板高程1 328.00 m，進(jìn)口設(shè)事故檢修閘門，閘井啟閉塔操作平臺高程1 350.50 m，用交通橋與壩頂連接。閘孔尺寸為0.6 m×0.6 m（寬×高），原設(shè)計(jì)最大出流量3 m3/s。

溢洪道閘門已經(jīng)運(yùn)行了多年，因受當(dāng)時(shí)技術(shù)限制導(dǎo)致閘門維護(hù)困難，該閘門銹蝕和漏水嚴(yán)重，給工程使用帶來了隱患，其啟閉機(jī)設(shè)備也銹蝕嚴(yán)重，電氣控制元件老化缺損嚴(yán)重，零部件缺損變形嚴(yán)重，因此，對原進(jìn)口3 道閘門進(jìn)行改建。閘門門槽結(jié)構(gòu)不變，只是拆除原二期混凝土后重新澆筑二期混凝土，閘門更換后仍為2 m×2 m 的平板鋼門 。啟閉機(jī)設(shè)備也由原來的螺桿機(jī)更換為卷揚(yáng)機(jī)。

垮塌的邊墻及水庫下游行洪渠道4+040 m 處右岸路基向渠內(nèi)滑塌已列入應(yīng)急處理設(shè)計(jì)方案中。由于原溢洪道控制段結(jié)構(gòu)僅閘墩墩頭及墩尾為漿砌石結(jié)構(gòu)，其余結(jié)構(gòu)均為鋼筋混凝土。地震后經(jīng)過現(xiàn)場檢查，閘墩墩頭及墩尾未見明顯裂縫，結(jié)構(gòu)基本完好，因此此次除險(xiǎn)加固未對其進(jìn)行處理[1-2]。

2 溢洪道泄流能力復(fù)核及加固處理

東洱河水庫溢洪道仍采用開敞式，根據(jù)實(shí)際情況，溢洪道可分為進(jìn)口段、控制段、泄槽段、消能段、陡槽段等部分。

2. 1 溢洪道泄流能力復(fù)核

溢洪道為有閘控制寬頂堰，首部閘室為3 孔2 m×2 m 平面鋼閘門，堰頂高程1 337.575 m。

當(dāng)水位低于1 339.575 m 時(shí)，屬于堰流，采用堰流流量計(jì)算公式計(jì)算[3]：

溢洪道設(shè)計(jì)最大泄量為60 m3/s 時(shí)，校核洪水位是1 343.59 m，此次復(fù)核結(jié)果在校核洪水位時(shí)泄量為58.06 m3/s，溢洪道泄流能力不能滿足設(shè)計(jì)要求，需要進(jìn)行加固處理[5-8]。

2. 2 溢洪道加固改造施工

土方開挖：由2.0 m3挖掘機(jī)開挖，扣除回填所需的土方外，其余由10 t 自卸汽車運(yùn)至棄碴場棄碴?；炷凌徝扇斯みM(jìn)行；混凝土的拆除基本上由人工進(jìn)行，部分可采用Y30 型手風(fēng)鉆鉆孔密集淺孔爆破拆除，人工集碴，開挖碴料由2.0 m3挖掘機(jī)挖裝，10 t 自卸汽車運(yùn)至下游公路邊碴場棄碴[9]。

混凝土澆筑由JZC350 型混凝土攪拌機(jī)拌制，由1T 機(jī)動(dòng)翻斗車運(yùn)至工作面，人工入倉，防浪墻由2.2 kW插入式振搗器振搗密實(shí)，鋼模施工。

漿砌石施工：所用塊石由寧洱縣附近已有砂石加工廠購買，人工裝5 t 自卸汽車運(yùn)至工作面附近，砂漿由JZC350 型混凝土攪拌機(jī)拌制，1 t 機(jī)動(dòng)翻斗車運(yùn)至工作面附近，人工砌筑。

2.2.1 進(jìn)口段

進(jìn)口段樁號0+130.00 m～0+152.00m段，平距30 m，上游寬40 m，順?biāo)鞣较驖u收縮至25 m，渠底坡為反坡，右岸山體幵挖，邊坡穩(wěn)定達(dá)到規(guī)范要求，左岸新建漿砌石擋土墻，底坡為i=0.131 5，起始底板高程1 337.394 m，末端高程1 334.500 m。斷面形式為矩形，邊墻高2.5 m，底寬6 m，用M8.0漿砌石砌筑。

2.2.2 控制段

控制段樁號0+152.00 m～0+748.30 m段，溢流堰拆除重建，底坡為i=0.010 4，起始底板高程1 334.500 m，末端高程1 328.300 m。斷面形式為矩形，邊墻高2.5 m，底寬6 m，用M8.0 漿砌石砌筑，溢流堰堰體內(nèi)部采用M10 水泥砂漿砌筑，表面采用C25 現(xiàn)澆砼，厚30 cm。堰前、堰頂及堰后均用M10 水泥砂漿勾凸縫。溢流堰中段設(shè)伸縮縫1 道，內(nèi)設(shè)橡膠止水，止水前后用橡塑板填縫。

2.2.3 泄槽段

泄槽段樁號0+393.5 m～0+508.5 m段，底寬25 m，總長90 m，底坡為i=0.0104，起始底板高程1 331.983 m，末端高程1 330.793 m。斷面形式為梯形，面坡為1∶1，底寬6 m，用M8.0 漿砌石砌筑。左岸導(dǎo)流墻拆除重建，采用M10 重力式漿砌石擋土墻結(jié)構(gòu)，根據(jù)溢洪道水力計(jì)算，確定邊墻高度為2.5 m。右岸山體進(jìn)行拓寬開挖，邊坡坡比達(dá)到1∶1，確保山體穩(wěn)定。

2. 3 消力池復(fù)核

閘后消力池寬為8.0 m，深度為1.2 m，邊墻高度為2.5 m，長度為15.2 m。消力池按照最大下泄流量為60 m3/s 時(shí)，校核洪水位在1 343.59 m，對其進(jìn)行復(fù)核計(jì)算，溢洪道進(jìn)口高程為1 337.575 m，消力池底高程為1 336.375 m[10-12]。

2.3.1 收縮水深計(jì)算

2.3.2 躍后水深計(jì)算

計(jì)算公式如下：

2.3.3 消力池深度計(jì)算

計(jì)算公式如下：

2.3.5 消能段的改造施工

根據(jù)地形條件，東洱河水庫溢洪道消能采用挑流形式，消能段樁號0+628.300 m～0+703.300 m 段，底坡為i=0.010 4，起始底板高程1 329.548 m，末端高程1 328.768 m。斷面形式為梯形，面坡為1∶1，邊墻高2.5 m，底寬6 m，用M8.0 漿砌石砌筑。

（1）挑坎高程確定。

洪水經(jīng)挑流鼻坎消能后，進(jìn)入下游出水渠。根據(jù)《溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 253-2018）規(guī)定，在保證能形成自由挑流的情況下，挑坎高程齊平或略低于下游最高水位，經(jīng)比較確定坎頂高程。

（2）挑坎參數(shù)確定。

設(shè)計(jì)挑坎為連續(xù)等寬式，根據(jù)《溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 253-2018）規(guī)定：挑流鼻坎反弧半徑R 為反弧最低點(diǎn)最大水深的6～12 倍。經(jīng)比較確定挑坎反弧半徑為4.95 m，挑射角37.69°，反弧最低點(diǎn)高程1 327.56 m，反弧段上游與泄槽底板切線連接。

根據(jù)工程地質(zhì)報(bào)告，溢洪道下游基巖出露，巖石完整且較堅(jiān)硬，抗沖刷能力強(qiáng)，據(jù)此，下游河床內(nèi)不再采取工程措施。為防止溢洪道內(nèi)洪水回流沖刷壩后，在大壩主河槽段壩后新建漿砌石擋土墻，墻體釆用重力式擋土墻結(jié)構(gòu)，高2.5 m[13]。

2. 4 陡槽段水力計(jì)算

式（8）中：q 為計(jì)算斷面單寬流量；θ 為陡坡底板與水平面的夾角；? 為流速系數(shù)，取? = 0.95；H0 為以起始計(jì)算斷面渠底為基礎(chǔ)的上游來流總水頭。

計(jì)算結(jié)果如表2 所示。根據(jù)表中計(jì)算結(jié)果，最大水深為2.07 m，選擇邊墻高度為2.5 m[14]。

3 設(shè)計(jì)處理措施

對原進(jìn)口3 道閘門進(jìn)行改建。閘門門槽結(jié)構(gòu)不變，只是拆除原二期混凝土后重新澆筑二期混凝土，閘門更換后仍為2 m×2 m 的平板鋼門。啟閉機(jī)設(shè)備也由原來的螺桿機(jī)更換為卷揚(yáng)機(jī)。

原溢洪道里程0+000.00 m～0+130.00 m 與0+748.30 m～0+951.00 m（交金雞河）段已進(jìn)行漿砌塊石襯砌，其余地段均為土渠。此次除險(xiǎn)加固對土渠段進(jìn)行漿砌石襯砌。

在應(yīng)急處理項(xiàng)目中已安排，此次除險(xiǎn)加固未考慮。應(yīng)急處理方案分別為將垮塌的邊墻拆除重新用漿砌石支砌、在未垮塌的邊墻外支砌漿砌石擋墻以保護(hù)原來的邊墻。下游河道4+040 m 處滑塌的擋墻急處理設(shè)計(jì)方案是將滑塌的擋墻及已經(jīng)變形的渠道底板漿砌石拆除，用漿砌石支砌擋墻及渠道底板，處理長度60 m。