宿鴨湖水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程大壩上游護(hù)坡優(yōu)化設(shè)計(jì)

□張懷坤（河南省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限公司）

宿鴨湖水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程大壩上游護(hù)坡優(yōu)化設(shè)計(jì)

□張懷坤（河南省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限公司）

由于宿鴨湖水庫(kù)大壩太長(zhǎng)，大壩的加高措施對(duì)整個(gè)除險(xiǎn)加固的投資影響較大，而大壩上游護(hù)坡形式的選擇，對(duì)大壩的加高措施影響較大，通過(guò)大壩護(hù)坡消浪性能試驗(yàn)，對(duì)大壩護(hù)坡加糙措施進(jìn)行優(yōu)化，不僅使大壩加高措施簡(jiǎn)單易行，還為水庫(kù)大壩護(hù)坡消浪提供了一種經(jīng)濟(jì)、可行的加糙措施。

宿鴨湖水庫(kù)；護(hù)坡；加糙塊；優(yōu)化設(shè)計(jì)

一、工程概況

水庫(kù)于1958年8月建成，經(jīng)過(guò)5次除險(xiǎn)加固后，現(xiàn)工程標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇洪水設(shè)計(jì)，1000年一遇洪水校核。目前，水庫(kù)正在進(jìn)行第六次除險(xiǎn)加固。

水庫(kù)建筑物主要有大壩、5孔泄洪閘、7孔泄洪閘、桂莊灌溉渠首閘、南干灌溉渠首閘、桂莊輸水涵閘及電站、夏屯輸水涵閘及電站等。

二、大壩

宿鴨湖水庫(kù)大壩北起汝南縣玉皇廟附近汝河左堤，南至臻頭河右岸野豬崗的后店村，竣工長(zhǎng)度37.327km。壩身截?cái)嗳旰痈闪骷爸Я骶毥?、英河和臻頭河。按自然地形分為北崗（0+000～8+989）、洼地（8+989～23+797.6），南崗（23+797.6～34+201.6）3 個(gè)壩段，北崗堤壩連接段（-3-125～0+000）為汝河河堤和大壩的過(guò)渡段，1982年除險(xiǎn)加固時(shí)列入工程范疇?！愕孛娓叱瘫睄彏?3.0～54.0m，洼地為48.5～50.0m，南崗為52.0～53.0m。

大壩全系壤土填筑的碾壓式均質(zhì)土壩，壩頂高程 59.04m，壩頂寬度8m。最大壩高在蘇莊汝河堵口、練江河堵口及臻頭河堵口，分別為14.4m、18m和16.35m。大壩邊坡上游一般為1∶2.5，下游為1∶2。防浪林臺(tái)以下至地面高程50.34m在樁號(hào)8+989～23+586.5間為漿砌石護(hù)坡，邊坡1∶2.0。塊石厚度 0.35m，下設(shè)碎石、粗砂墊層，厚度各為0.2m及 0.1m。林臺(tái)以上至 56.34m高程為利用舊料鋪砌的干砌塊石護(hù)坡，碎石墊層0.15m。除此以外全壩上下游皆為草皮護(hù)坡。

洼地段大壩1969年改善加固時(shí)，于上游54.50m構(gòu)筑有防浪林臺(tái)，寬度25m，其上營(yíng)造消浪林帶，后于1985年進(jìn)行加固林臺(tái)設(shè)計(jì)。加固后洼地段林臺(tái)高度不變，寬度減為20.5m。北崗、南崗林臺(tái)高程53.50m。林帶寬度北崗25m、洼地20m、南崗30m，株距2m，依等邊三角形布置。但目前林臺(tái)防浪林缺失嚴(yán)重，經(jīng)過(guò)水庫(kù)歷次除險(xiǎn)加固，施工中多數(shù)遭到砍伐破壞，大多壩段無(wú)防浪林，有防浪林的地方也只剩1～2排，樹(shù)種也發(fā)生了變化。目前樹(shù)木已長(zhǎng)高，大部分已超出防浪墻頂。林帶寬度、樹(shù)冠、樹(shù)干半徑均有變化，已起不到消浪作用。

三、大壩上游護(hù)坡加固措施

大壩上游護(hù)坡的形式不同，對(duì)波浪的爬高影響較大，常用的護(hù)坡為草皮護(hù)坡、干砌石護(hù)坡、混凝土預(yù)制塊護(hù)坡、混凝土板護(hù)坡等幾種形式，但這些護(hù)坡形式下的波浪爬高較大，則大壩加高勢(shì)必較大，投資也較大。

參考沿海堤防上游堆放大塊石消浪的經(jīng)驗(yàn)，也可以考慮大壩上游設(shè)堆石，但堆石所用石料的量較大，而距離宿鴨湖最近的石料場(chǎng)也有40多公里，運(yùn)距太遠(yuǎn)，不經(jīng)濟(jì)。

根據(jù)堆石消浪效果較好的特點(diǎn)，可考慮在護(hù)坡上設(shè)置加糙砌石，這樣既能對(duì)護(hù)坡進(jìn)行有效保護(hù)，又能削減風(fēng)浪爬高，降低大壩加高高度。由于加糙砌石只是在護(hù)坡上設(shè)置等間距布置的砌石，則所用石料的量較小，因此這種護(hù)坡形式的投資也較小。

2.多媒體應(yīng)用到高職韓國(guó)語(yǔ)教學(xué)中能提高課堂的活力。傳統(tǒng)的韓國(guó)語(yǔ)教學(xué)模式主要鍛煉學(xué)生的聽(tīng)說(shuō)讀寫(xiě)能力，學(xué)習(xí)音標(biāo)、單詞、句子、課文，往往較為枯燥乏味，大部分時(shí)間里都是教師在臺(tái)上講，學(xué)生在臺(tái)下聽(tīng)，課堂缺乏活力，這樣很可能會(huì)引起學(xué)生的厭學(xué)心理。而多媒體應(yīng)用到高職韓國(guó)語(yǔ)教學(xué)中能使學(xué)生產(chǎn)生濃厚興趣，印象深刻，不僅使課堂充滿(mǎn)了活力，還大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，擴(kuò)大了學(xué)生的知識(shí)面，使學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)接收到大量的信息。

根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范進(jìn)行護(hù)坡風(fēng)浪計(jì)算，草皮護(hù)坡已不能滿(mǎn)足要求，則南崗段和北崗段大壩上游的草皮護(hù)坡應(yīng)進(jìn)行加固，干砌石護(hù)坡是一種較經(jīng)濟(jì)、效果較好的護(hù)坡形式，但由于宿鴨湖水庫(kù)附近無(wú)石料場(chǎng)，再加上干砌石對(duì)所用石料要求比較高，施工時(shí)所用人工較多，而人工費(fèi)又較高，施工效率非常低，因此干砌石實(shí)施起來(lái)比較困難。如果護(hù)坡用現(xiàn)澆混凝土板，則護(hù)坡厚度可以比干砌石減小，且機(jī)械化施工程度較高，總體算下來(lái)現(xiàn)澆混凝土板護(hù)坡的投資并不比干砌石護(hù)坡的投資大，所以，兩崗壩段上游護(hù)坡采用現(xiàn)澆混凝土板，其上再做加糙砌石。

四、大壩上游護(hù)坡消浪性能試驗(yàn)

為了驗(yàn)證大壩護(hù)坡加糙后的消浪效果，選取典型斷面采用不同加糙方式進(jìn)行了消浪性能的物理模型試驗(yàn)。宿鴨湖水庫(kù)大壩試驗(yàn)選擇洼地段大壩典型斷面，該斷面均為斜坡式結(jié)構(gòu)，斜坡坡度1∶2.5。

（一）斜坡護(hù)面波浪爬高糙滲系數(shù)試驗(yàn)

斜坡護(hù)面結(jié)構(gòu)型式的糙滲系數(shù)K⊿是反映其消浪性能的重要參數(shù)。本次試驗(yàn)針對(duì)北崗壩段和洼地壩段不同護(hù)面形式，進(jìn)行波浪爬高試驗(yàn)，分析其糙滲系數(shù)，并且測(cè)量了校核洪水位和設(shè)計(jì)洪水位及相應(yīng)波浪作用下的爬高值，為大壩設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

試驗(yàn)首先在足夠長(zhǎng)斜坡上測(cè)量護(hù)面結(jié)構(gòu)型式為光板（光滑不透水）時(shí)的波浪爬高，然后測(cè)量采用加糙護(hù)面時(shí)的波浪爬高，再將采用加糙護(hù)面時(shí)的波浪爬高與光板時(shí)的值相比，從而得到加糙護(hù)面結(jié)構(gòu)型式的糙滲系數(shù)。

洼地段典型斷面上游護(hù)坡保留原有干砌塊石，在上面設(shè)混凝土方塊體進(jìn)行加糙處理，混凝土方塊體下部?jī)蛇呌袌A弧，可改變水流爬高方向，引起水流紊動(dòng)，從而消減波浪爬高動(dòng)能，降低爬高?；炷练綁K體根據(jù)大小和平面布置分為3種，最小的尺寸為900mm×600mm×600mm，平面布置上下間距600mm，水平間距900mm，埋入干砌塊石中深度300mm，稱(chēng)為方案1。中等的尺寸為1200mm×750mm×600mm，平面布置上下間距600mm，水平間距1000mm，埋入干砌塊石中深度300mm，稱(chēng)為方案2；最大的尺寸為1500mm×900mm×600mm，平面布置上下間距900mm，水平間距1500mm，埋入干砌塊石中深度300mm，稱(chēng)為方案3。

試驗(yàn)遵照《波浪模型試驗(yàn)規(guī)程》相關(guān)規(guī)定，采用正態(tài)模型，按照Froude數(shù)相似律設(shè)計(jì)。根據(jù)設(shè)計(jì)水位、波浪要素、試驗(yàn)斷面及試驗(yàn)設(shè)備條件等因素，模型幾何比尺取為10。

經(jīng)試驗(yàn)，校核水位、設(shè)計(jì)水位相應(yīng)波浪作用下，不同護(hù)面型式的波浪爬高R1%試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1，3種不同護(hù)面結(jié)構(gòu)型式糙滲系數(shù)K⊿見(jiàn)表2。

表1 不同護(hù)面型式波浪爬高試驗(yàn)結(jié)果（m）

表2 不同護(hù)面結(jié)構(gòu)型式糙滲系數(shù)K⊿

由表1可見(jiàn)，采用護(hù)面結(jié)構(gòu)型式方案2的糙滲系數(shù)最小，消浪性能也最好。由此選擇護(hù)面結(jié)構(gòu)型式方案2作為本次洼地壩段加固設(shè)計(jì)護(hù)面方案,加糙塊細(xì)部尺寸見(jiàn)圖1、圖2。

圖1 加糙塊平面圖

圖2 加糙塊立面圖

在進(jìn)行不同混凝土方塊體護(hù)面結(jié)構(gòu)型式消浪性能及糙滲系數(shù)試驗(yàn)時(shí)，混凝土方塊體是安裝在光板（光滑不透水）面上進(jìn)行的，而宿鴨湖水庫(kù)大壩洼地段已有護(hù)面結(jié)構(gòu)為干砌塊石，加固工程是將方塊體安裝于干砌塊石護(hù)面上，試驗(yàn)測(cè)得的混凝土方塊體消浪性能與加固后的工程條件存在差別，因此，試驗(yàn)中針對(duì)選定的護(hù)面結(jié)構(gòu)型式方案2模擬了干砌塊體和混凝土方塊體護(hù)面，并進(jìn)行了消浪性能對(duì)比試驗(yàn)。

在校核洪水位和設(shè)計(jì)洪水位及相應(yīng)波浪作用下，護(hù)面結(jié)構(gòu)型式方案2在采用干砌塊石和混凝土方塊體條件下波浪爬高及糙滲系數(shù)試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 護(hù)面方案2（干砌塊石+混凝土方塊體）波浪爬高及糙滲系數(shù)K⊿

（二）大壩加固設(shè)計(jì)斷面試驗(yàn)

本次大壩設(shè)計(jì)斷面在斜坡堤頂設(shè)有防浪墻，波浪對(duì)其作用與完全斜坡堤不盡相同，因此，需進(jìn)行大壩加固設(shè)計(jì)斷面試驗(yàn)，觀察越浪情況、波浪沿防浪墻上爬高度、護(hù)面及防浪墻穩(wěn)定性，并對(duì)消浪護(hù)面護(hù)砌范圍進(jìn)行比選優(yōu)化。

鑒于原加固設(shè)計(jì)斷面的波浪上爬高度較大，并有越浪產(chǎn)生，可能對(duì)大壩壩頂和后坡產(chǎn)生影響。借鑒以往海堤防護(hù)措施的經(jīng)驗(yàn)，在防浪墻頂部設(shè)一挑檐，使沿防浪墻上爬的水流改變方向，沿挑檐返回到防浪墻前方，可有效解決頂部少許越浪的問(wèn)題。挑檐設(shè)在防浪墻水庫(kù)一側(cè)的頂部，突出防浪墻前沿0.1m，高0.2m，與防浪墻前沿形成1∶1的斜角。

試驗(yàn)表明，在防浪墻頂設(shè)置后，校核洪水位時(shí)，波浪破碎形成的沿防浪墻上爬水流受挑檐阻擋，返回到水庫(kù)側(cè)，沒(méi)有明顯的越浪產(chǎn)生。校核洪水位、設(shè)計(jì)洪水位及相應(yīng)波浪作用下，宿鴨湖水庫(kù)大壩洼地壩段加固設(shè)計(jì)修改斷面插砌混凝土方塊體方案2護(hù)面型式的防浪墻前沿波浪爬高試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 洼地壩段加固設(shè)計(jì)修改斷面波浪沿?fù)趵藟ι吓栏叨?/p>

在校核洪水位、不規(guī)則波（H1%＝1.30m，T＝3.26s）作用下，洼地壩段加固設(shè)計(jì)修改斷面防浪墻前沿的水體上升高度Rmax為2.21m；規(guī)則波（H＝1.30m，T＝3.26s）作用下，防浪墻前沿的水體上升高度R平均為2.18m。

五、結(jié)語(yǔ)

一是試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證壩坡加糙形式所產(chǎn)生的消浪作用滿(mǎn)足壩頂超高要求，洼地壩段加糙護(hù)面范圍優(yōu)化試驗(yàn)表明，下部減少一排插砌混凝土方塊體后，對(duì)越浪、防浪墻及插砌混凝土方塊體護(hù)面穩(wěn)定影響不大。

二是洼地壩段在原加固設(shè)計(jì)斷面基礎(chǔ)上，在防浪墻頂設(shè)置挑檐，可滿(mǎn)足不越浪的要求，防浪墻及插砌混凝土方塊體護(hù)面穩(wěn)定。

三是經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，不僅優(yōu)化了大壩上游護(hù)坡加糙型式，減少了投資，而且使大壩加高的方案容易實(shí)施。

2011-06-20