東溝水庫除險(xiǎn)加固工程攔河壩設(shè)計(jì)

李曉東 李楊

1沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)，遼寧 沈陽110866；2撫順市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，遼寧 撫順 113000

東溝水庫除險(xiǎn)加固工程攔河壩設(shè)計(jì)

李曉東1李楊2

1沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)，遼寧 沈陽110866；2撫順市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，遼寧 撫順 113000

首先確定了攔河壩、溢洪道、 輸水洞等樞紐工程總布置，并分別從攔河壩設(shè)計(jì)、壩頂高程和壩體穩(wěn)定復(fù)核、 上下游塊石護(hù)坡穩(wěn)定計(jì)算等方面進(jìn)行水庫除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)。

水庫除險(xiǎn)加固；工程設(shè)計(jì)

reservoir reinforcement; designing

東溝水庫位于東溝河上，水庫總庫容149.43萬m3，依據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》SL252-2000及《防洪標(biāo)準(zhǔn)》GB50201-94的規(guī)定，東溝水庫工程等別為Ⅳ等，工程規(guī)模為小（1）型，樞紐永久性建筑物（大壩、溢洪道、輸水洞）等級(jí)為4級(jí)，永久性次要建筑物（溢洪道尾水渠等）為5級(jí)，臨時(shí)性水工建筑物為5級(jí)。

校核洪水標(biāo)準(zhǔn)重現(xiàn)期為300年，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為30年。溢洪道消能防沖標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇洪水。根據(jù)《中國地震動(dòng)峰值加速度區(qū)劃圖》GB18306-2001東溝水庫樞紐工程的設(shè)計(jì)烈度為7度。

1 樞紐工程總布置

本次工程總布置包括：攔河壩、溢洪道、輸水洞等。

1.1 攔河壩

大壩壩型為黏土心墻壩，全長23 0.0m，壩高19.24m，壩頂高程339.24m，防浪墻頂高程340.24m，高出壩頂1.0m，壩頂寬4.0m。壩頂路面為碎石土路。心墻頂高程337.70m，心墻底寬4.0m，心墻最大寬度7.0m，黏土心墻直接與巖基相接，巖基開挖深度1.5m，基槽底寬4.0m。上游壩坡坡比為1：2.5，1：3.0；下游壩坡坡比為1：2.0，1：2.5，在高程330.00m處上下游各設(shè)戧臺(tái)一道，寬度為1.5m。壩殼填筑料為風(fēng)化砂。

1.2 溢洪道

溢洪道設(shè)在大壩右端，為開敞式正堰溢洪道。由進(jìn)口段、控制段、收縮段、泄槽段、消能段組成。堰型為WES實(shí)用堰，堰寬18.0m，堰頂高程為336.40m，不設(shè)閘門。堰下為收縮段，長8.0m，由18.0m收縮為16.0m，下接陡槽，陡槽及挑坎寬16.0m，溢洪道總長為70.5m。

1.3 輸水洞

輸水洞位于大壩左端，采用壩下埋管的形式，輸水管采用承插式預(yù)制混凝土管，直徑D＝800mm，長度為73.50m，在樁號(hào)0+034.5至0+037.5為豎井，豎井內(nèi)設(shè)D＝600mm的閘閥，閘閥前設(shè)1.0×1.0鑄鐵閘門一道，輸水洞進(jìn)口高程為325.00m，進(jìn)口為混凝土八字墻，其長度為5.0m，輸水洞出口消力池與渠道相連。

2 攔河壩設(shè)計(jì)

2.1 壩頂高程復(fù)核

2.1.1 壩頂超高按下式計(jì)算

y=R+e+A

式中：y——壩頂超高，m；R——最大波浪在壩坡上的爬高，m；e——最大風(fēng)雍水面高度，m；A——安全加高，m。按規(guī)范規(guī)定，Ⅳ級(jí)壩（山區(qū)、丘陵區(qū)）設(shè)計(jì)情況下A=0.5m，校核情況下A=0.3m。

2.1.2 壩頂高程和防浪墻頂高程確定，詳見表1。

表1 各種情況下的壩頂高程和防浪墻頂高程 ( 單位：m)

設(shè)計(jì)取最大值，計(jì)算防浪墻頂為340.22m，現(xiàn)狀壩頂高程為339.00m，防浪墻頂340.00m，不滿足防浪墻設(shè)計(jì)高程。所以本次設(shè)計(jì)將壩頂高程加高至與校核洪水位齊平339.24m，防浪墻高取1.0m，故本次設(shè)計(jì)防浪墻頂為340.24m，高出計(jì)算防浪墻頂高程0.02m，滿足要求。

2.2 壩體穩(wěn)定復(fù)核

東溝水庫原大壩為黏土心墻壩，壩長230.0m，壩頂寬4.0m，壩頂高程339.00m，防浪墻頂高程340.00m，上游壩坡坡比為1：2.5，1：3.0；下游壩坡坡比為1：2.0，1：2.5。本次加固設(shè)計(jì)將壩頂加高0.24m，壩頂高程339.24m，防浪墻頂高程340.24m，上下游坡比不變。根據(jù)撫順地區(qū)黏土、砂礫料、風(fēng)化砂的物理力學(xué)性質(zhì)，東溝水庫筑壩材料設(shè)計(jì)強(qiáng)度指標(biāo)見表2。

表2 筑壩材料設(shè)計(jì)強(qiáng)度指標(biāo)

2.2.1 滲流穩(wěn)定分析

滲流計(jì)算按達(dá)西定律進(jìn)行計(jì)算，透水地基上心墻土壩正常高水位穩(wěn)定滲流浸潤線按達(dá)西定律建立方程式求解。基巖按不透水層考慮，侵潤線偏高，偏于安全，計(jì)算方法按《水工設(shè)計(jì)手冊(cè)》。

2.2.1.1 下游壩坡逸出點(diǎn)驗(yàn)算：

滲透系數(shù)：心墻黏土滲透系數(shù)K0=5.2×10-6cm/s；上下游壩殼風(fēng)化砂K1=5.2×10-4cm/s；地基砂質(zhì)粉土滲透系數(shù)K2=6.5×10-3cm/s；

各層厚度：地基砂質(zhì)粉土層平均厚度T1=4.2m；心墻厚度 d1=2.0m，d2=7.0m，d3=4.0m

2.2.1.2 正常運(yùn)用條件下浸潤線計(jì)算：

邊界條件：上游正常高水位336.40m；下游無水（地面320.0m）；）心墻滲透系數(shù)K0與壩殼K1相差100倍，故庫水位當(dāng)做1—1斷面水位，偏與安全；基巖面以下為不透水層。

根據(jù)《水力計(jì)算手冊(cè)》中心墻土壩在有限透水地基上，心墻至不透水層，計(jì)算公式：

聯(lián)立上式解方程求得浸潤線和大壩主河槽單寬滲流量得：

h1=5.18m，h0=1.22m，q=6.1×10-4m3/s。

心墻下游側(cè)浸潤線高程為325.64m，排水體處逸出高程為319.0m。

經(jīng)壩體浸潤線計(jì)算，下游壩坡逸點(diǎn)在排水棱體內(nèi)，滿足滲流穩(wěn)定要求。

2.2.2 壩體邊坡穩(wěn)定計(jì)算

壩體邊坡穩(wěn)定計(jì)算方法根據(jù)土壩規(guī)范（SL274-2001）的規(guī)定，可采用簡(jiǎn)化畢肖普法計(jì)算壩坡抗滑穩(wěn)定。大壩建成后已運(yùn)行多年，故壩體邊坡復(fù)核僅對(duì)穩(wěn)定滲流期的上下游壩坡穩(wěn)定及水庫水位驟落期的上游壩坡穩(wěn)定計(jì)算。

新設(shè)計(jì)大壩斷面為在原大壩斷面的基礎(chǔ)上，壩頂加高0.24m，上下游坡比不變。

壩坡穩(wěn)定工況為：正常蓄水位3 3 6.40m；設(shè)計(jì)（P=3.33%）338.45m；校核（P=0.33%）339.24m。計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 穩(wěn)定計(jì)算成果表

由結(jié)果得出：各工況下的壩坡穩(wěn)定滿足規(guī)范要求。

2.3 上游塊石護(hù)坡穩(wěn)定計(jì)算

2.3.1 塊石護(hù)坡直徑計(jì)算

根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》SL274-2001，確定護(hù)坡塊石直徑：

式中，D—石塊的換算球形直徑，m；m—坡率，取2.5；Kt—隨坡變化的系數(shù)，取1.3；ρ k—塊石密度，2.7t/m3（片麻巖）； ρ w—水的密度，1.0t/m3；hp—累計(jì)頻率為5%的波高。

經(jīng)計(jì)算，護(hù)坡塊石直徑為0.28m，本次設(shè)計(jì)護(hù)坡塊石直徑采用0.30m。

2.23.2 護(hù)坡厚度計(jì)算

根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》SL274-2001，護(hù)坡厚度計(jì)算公式為：

式中：t—護(hù)坡厚度，m；K—隨頻率變化的系數(shù)，取1.3。

其余符號(hào)同前。

經(jīng)計(jì)算護(hù)坡厚度為0.17m，本次設(shè)計(jì)護(hù)坡厚度采用0.30m，下設(shè)0.20m碎石墊層和100mm混合砂。

2.4 大壩上游護(hù)坡拆除重建范圍

大壩上游塊石護(hù)坡由于壩體沉降，水位變動(dòng)及風(fēng)浪淘刷，塊石護(hù)坡凹凸不平，在正常蓄水位以上常有塊石翻起，墊層被淘空，塊石風(fēng)化嚴(yán)重，本次加固設(shè)計(jì)將壩坡上風(fēng)化嚴(yán)重的塊石揀出來，在水庫死水位以上重新鋪設(shè)3 00m m厚塊石，下設(shè)200mm碎石和100mm混合砂。

2.5 下游草皮護(hù)坡

下游壩坡無護(hù)坡，現(xiàn)狀為土坡，本次加固設(shè)計(jì)下游護(hù)坡鋪設(shè)草皮護(hù)坡。

2.6 防浪墻設(shè)計(jì)

原防浪墻為磚砌結(jié)構(gòu)，頂高程為340.00m，底高程為337.70m，結(jié)構(gòu)形式為 L型擋墻，墻厚400mm。本次設(shè)計(jì)將原防浪墻全部拆除，重新修建混凝土防浪墻，墻頂高程為340.24m，底高程為337.70m，墻厚250mm, 防浪墻結(jié)構(gòu)形式為 L型擋墻。

［1]李煒.水力計(jì)算手冊(cè)（第二版）.中國水利水電出版社,2006,06

［2]SL274-2001碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范.中國水利水電出版社,2004,07

Designing for Donggou Reservoir Reinforcement

Li Xiaodong1Li Yang21.Shenyang Agricultural university, Shenyang 110866, Liaoning, Chi；na2.Water Resource Investigation and Design Institute of Fushun City，F(xiàn)ushun 113000, Liaoning, China

This paper determined the Reservoir reinforcement scheme, form embankment, spillway, water conveyance tunnel and metal structure, etc.Then, the design indicated arrangement of multi-purpose project.And this article separately conducted the reservoir reinforcement design, from dam design, dam crest elevation and embankment stability reviewing, upstream and downstream crushed-stone side-slope stability calculation, etc.

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.23.023