蒲縣川南嶺淤地壩壩系工程除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)分析

□師永麗

1.壩系工程概況

蒲縣位于山西省南部，縣域內(nèi)淤地壩壩系建設(shè)完善。川南嶺骨干壩屬黃河流域昕水河水系，壩頂寬4m、長(zhǎng)137.5m，壩高22m，總庫(kù)容135.37 萬m3，淤積庫(kù)容81.73 萬m3，淤積年限20 年，可淤地面積14hm2。樞紐由大壩、放水建筑物兩大件組成。臥管布置在大壩右岸，總高度25.28m，采用箱式方形結(jié)構(gòu)，涵洞為漿砌石拱涵，全長(zhǎng)65.88m。

川南嶺骨干壩上游共有3 座骨干壩，分別為棗堡院骨干壩、辛莊溝骨干壩和牛家莊骨干壩，其中棗堡院骨干壩位于辛莊溝骨干壩上游，兩構(gòu)成串壩，辛莊溝骨干壩與牛家莊骨干壩并聯(lián)，川南嶺位于溝道最下游。壩系相對(duì)位置見圖1。

圖1 壩系工程

2.除險(xiǎn)加固方案

2.1 加固方案選擇

川南嶺壩系工程共有4 座淤地壩，放水建筑物均為臥管，且均存在不同程度堵塞和損壞，影響壩系正常排洪。壩系常規(guī)檢修方案一般為1—2 年檢修一次臥管，工作量和投入成本都較高，每年汛期壩系工程泄洪能力卻仍達(dá)不到要求。

為徹底解決川南嶺壩系工程泄洪問題，進(jìn)行了壩址處地質(zhì)勘查和無人機(jī)航測(cè)，經(jīng)勘查川南嶺壩系工程所在溝道兩岸地形比較完整，無地下水出流，溝底巖層埋藏較深，溝道呈“U”型，兩岸土質(zhì)為壤土，表土為第四紀(jì)馬蘭黃土，下部為紅黃色午城黃土和離石黃土，溝底局部有第三紀(jì)紅土出露。經(jīng)分析，壩系工程各壩址兩岸均具備布設(shè)溢洪道條件，溢洪道布置處黃土覆蓋較厚且較平整，下游段無軟弱帶、斷層破碎帶等構(gòu)造，適合布置溢洪道泄槽段和消力池段。最終確定川南嶺壩系工程除險(xiǎn)加固方案為各壩址處增設(shè)溢洪道工程。

2.2 壩系防洪標(biāo)準(zhǔn)

川南嶺壩系工程各壩體存在20 年/200 年和30 年/300 年兩個(gè)防洪標(biāo)準(zhǔn)，壩系工程防洪標(biāo)準(zhǔn)最終定為30 年一遇洪水設(shè)計(jì)，300 年一遇洪水校核。川南嶺骨干壩執(zhí)行壩系防洪標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 除險(xiǎn)加固方案

根據(jù)病險(xiǎn)鑒定，川南嶺骨干壩壩系內(nèi)4 座淤地壩都存在防洪能力不足的問題，均需增設(shè)溢洪道以增強(qiáng)泄洪能力。川南嶺骨干壩位于壩系工程最下游，建于2008 年，經(jīng)過多年運(yùn)行，已淤積庫(kù)容3.2 萬m3，原有放水設(shè)施行洪不暢，經(jīng)實(shí)地調(diào)查，確定除險(xiǎn)加固方案為在大壩左岸增設(shè)開敞式正槽溢洪道，需進(jìn)行串并聯(lián)壩系組合調(diào)洪。

3.水文計(jì)算

3.1 單壩水文計(jì)算

單壩水文計(jì)算成果見表1。

3.2 組合洪水計(jì)算

根據(jù)《淤地壩工程技術(shù)規(guī)范》并聯(lián)壩系組合洪水計(jì)算公式：

式中：

Qp區(qū)—區(qū)間設(shè)計(jì)洪峰流量，m3/s；

Qp＇—經(jīng)過上游調(diào)節(jié)后的設(shè)計(jì)洪峰流量，m3/s；

Qp—未經(jīng)上游調(diào)節(jié)后的設(shè)計(jì)洪峰流量，m3/s；

Q1p、Q2p—上游各壩設(shè)計(jì)洪峰流量，m3/s；

q1p、q2p—上游各壩下泄最大流量，m3/s；

f1、f2—上游各壩控制面積，km2；

∑f—上游各壩控制面積之和，km2；

q1p/Q1p—上游壩對(duì)洪峰的削減系數(shù)，m3/s；

Wp＇—經(jīng)上游調(diào)節(jié)后的洪量，萬m3；

Wp—未經(jīng)調(diào)節(jié)的洪量，萬m3；

F—計(jì)算壩的控制面積，km2；

f區(qū)—區(qū)間控制面積，km2；

W1、W2—上游各壩下泄洪量，萬m3；

經(jīng)計(jì)算，川南嶺骨干壩最終組合30 年一遇組合洪峰流量110.07m3/s，組合洪水總量67.92 萬m3，300 年一遇組合洪峰流量164.1m3/s，組合洪水總量126.33 萬m3。

名稱重現(xiàn)期（年）洪峰流量（m3/s）洪水總量（萬m3）最大下泄流量qmax（m3/s）18.77 39.19 16.37 33.6 0~qmax時(shí)段下泄洪水總量（萬m3）9.6 16.12 19.87 33.58最大滯洪水深hmax（m）牛家莊辛莊溝1.843 2.674 1.683 2.388川南嶺壩控區(qū)間30 300 30 300 30 300 30 300 58.2 83.06 73.44 109.73 178.31 254.48 97.97 139.83 17.56 34.99 29.45 55.49 94.41 188.13 38.45 76.63// / /// / /// / /表2 粗調(diào)計(jì)算結(jié)果洪水設(shè)計(jì)校核q溢（m3/s）38.65 80.57 V調(diào)(萬m3)44.08 64.30 V總(萬m3)108.65 135.37 H總(m)19.37 20.50 h溢(m)2.80 4.57 B(m)5.50 5.50

3.3 調(diào)洪驗(yàn)算

川南嶺骨干壩位于溝道下游，上游為牛家莊骨干壩和辛莊溝骨干壩，兩壩并聯(lián)入川南嶺骨干壩，故川南嶺骨干壩屬于壩系調(diào)洪。粗調(diào)計(jì)算結(jié)果見表2。

有了以上洪水粗調(diào)結(jié)果，再采用《山西省淤地壩規(guī)范》公式進(jìn)行詳調(diào)，可以得出：川南嶺骨干壩設(shè)計(jì)情況下溢洪道最大下泄流量為36.63m3/s，溢洪道滯洪水深為2.701m,總庫(kù)容為105.29 萬m3；校核情況下溢洪道最大下泄流量為68.33m3/s，溢洪道滯洪水深為3.714m，總庫(kù)容為135.37 萬m3。

4.工程設(shè)計(jì)

4.1 引水渠

引水渠段采用平坡式，長(zhǎng)度為35.8m，側(cè)墻高度為4.3m。

4.2 溢流段

溢流段長(zhǎng)12m，矩形斷面，M7.5漿砌石底寬5.5m，底板厚0.6m，側(cè)墻高4.3m，側(cè)墻內(nèi)側(cè)直立，外側(cè)坡比為1∶0.4，側(cè)墻頂寬0.6m、底寬2.4m，基礎(chǔ)外伸長(zhǎng)0.4m，基礎(chǔ)厚0.9m，溢流堰及其邊墻采用漿砌石修筑，堰底在進(jìn)口底板處布置深1.0m、寬0.5m 的齒墻。

4.3 泄槽段

泄槽段為M7.5漿砌石結(jié)構(gòu)，斜長(zhǎng)為42.22m，矩形斷面，底坡1∶4，底寬5.5m，底板厚0.6m，其中鋼筋混凝土厚0.2m，漿砌石厚0.4m。

泄槽進(jìn)口斷面?zhèn)葔Ω呷≌?.75m，側(cè)墻頂寬0.6m、底寬取1.7m，基礎(chǔ)厚0.9m，基礎(chǔ)外伸0.3m，底板厚0.6m，其中0.2m為鋼筋混凝土，0.4m 為漿砌石；泄槽10m 處斷面底寬5.5m，側(cè)墻高2m、頂寬0.6m、底寬1.4m，基礎(chǔ)外伸0.3m，底板厚0.6m，其中0.2m 為鋼筋混凝土，0.4m 為漿砌石；泄槽出口處側(cè)墻高1.7m、頂寬0.6m、底寬1.3m，基礎(chǔ)厚0.9m，基礎(chǔ)外伸0.2m，底板厚0.6m，其中0.2m 為鋼筋混凝土，0.4m 為漿砌石。

4.4 消力池

消力池?cái)嗝骈L(zhǎng)13m，寬5.5m，深2.7m，兩側(cè)墻高5.1m（消力池池深+下游水深+安全超高取整），內(nèi)側(cè)直立，外側(cè)坡比為1∶0.4，墻 頂 寬0.6m，底寬2.65m，基礎(chǔ)外伸長(zhǎng)0.4m,基礎(chǔ)厚0.9m，基礎(chǔ)底寬。消力池底板厚0.6m，其中鋼筋混凝土0.2m，下部漿砌石0.4m，設(shè)置梅花型排水孔，孔徑5cm，孔距1.5m，在出口處做成重力式漿砌石擋墻，墻高2m，擋墻頂寬0.5m，外側(cè)坡比為1∶0.4，基礎(chǔ)底寬1.3m，基礎(chǔ)高0.9m，消力池進(jìn)口底板處做一深1.5m、寬0.5m 的齒墻。

5.結(jié)語

綜上所述，川南嶺淤地壩壩系工程共有4 座淤地壩，經(jīng)病險(xiǎn)認(rèn)定，壩系工程存在排洪能力不足的問題，需增設(shè)溢洪道，此外，川南嶺壩系工程各壩體在空間位置上為串并聯(lián)方式，壩系內(nèi)各壩體防洪標(biāo)準(zhǔn)也不一致。因此，對(duì)壩系工程進(jìn)行除險(xiǎn)加固時(shí)，選取方案應(yīng)為：增設(shè)溢洪道，防洪標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一采用壩系工程防洪標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)洪時(shí)需考慮調(diào)洪空間時(shí)序，最下游壩體調(diào)洪時(shí)需充分考慮上游壩體下泄流量。川南嶺壩系工程通過增設(shè)溢洪道增強(qiáng)防洪能力，對(duì)于應(yīng)對(duì)極端天氣，減小洪水災(zāi)害具有重大的現(xiàn)實(shí)意義，也為同類型淤地壩除險(xiǎn)加固工程提供了有益參考?！?/p>