小都水庫除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)

□張仕杰（五華縣小水電管理站）

水庫的除險(xiǎn)加固在現(xiàn)今階段的水利工程建設(shè)中至關(guān)重要,需充分運(yùn)用投放的有限資金在最大程度上解決水庫中遺留的安全隱患,這是影響到人們生命財(cái)產(chǎn)安全的重要工作。為有效的完成水庫除險(xiǎn)加固工作,本文就以小都水庫除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)展開探究分析。按照防洪準(zhǔn)則與水利水電工程的等級(jí)測定及洪水的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，水庫的工程級(jí)別可分為Ⅳ等，即工程的規(guī)模是小型的I等級(jí)，而樞紐的永久性建筑物與次要的建筑物級(jí)別一般是4級(jí)、臨時(shí)可變動(dòng)性的水工建筑物是5級(jí)。參照洪水的標(biāo)準(zhǔn)期限為200年，設(shè)計(jì)的洪水標(biāo)準(zhǔn)是20年。因此預(yù)測出溢洪道的消能防沖標(biāo)準(zhǔn)是20年出現(xiàn)一次洪水。按照中國地震動(dòng)的峰值加速度區(qū)劃圖顯示小都水庫的樞紐工程設(shè)計(jì)烈度是Ⅵ度。

1.樞紐工程的規(guī)模

小都水庫的總庫容有114萬m3，整體的工程布置分為主壩、輸水洞與溢洪道等。

1.1 主壩的設(shè)置

在小都水庫的除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)中，大壩的壩型是黏土模式的心墻壩?？傞L有100m，壩頂?shù)目傮w高度為339.24m，最大壩高高達(dá)28m，其防浪墻頂?shù)母叱虨?40.24m，多出壩頂高度1.0m，壩頂?shù)膶挾仁?.0m。黏土模式的心墻壩頂高337.70m、底寬4.0m、最大寬度為7.0m，且與巖基相連接。而巖基的開挖深度是1.5m，基槽的底寬是4.0m。在上游的壩坡中，其中坡比為1∶2.5、1∶3.0；下游的壩坡中坡比為1∶2.0、1∶2.5，此外在高程330.00m高度的上下游方位分別安置戧臺(tái)1道，其寬度設(shè)定在1.5m。壩殼的填筑料由風(fēng)化砂來完成，壩頂?shù)穆访嬗伤槭两M成。

1.2 輸水洞的設(shè)立

輸水洞設(shè)立在大壩的左邊位置，運(yùn)用壩下設(shè)管的方式借助承插式的特設(shè)混凝土管道，總長度73.50m，直徑設(shè)定為800mm。在預(yù)設(shè)的樁號(hào)0+034.5至0+037.5設(shè)置為豎井，其內(nèi)部所設(shè)的直徑是600mm的閘閥，閘閥的前側(cè)安置1道1.0×1.0的鑄鐵閘門，而輸水洞的進(jìn)口高度建設(shè)成325.00m，進(jìn)口由混凝土的八字墻模式組建，其長度設(shè)定在5.0m，輸水洞的出口消力池連接在渠道上。

1.3 溢洪道的設(shè)計(jì)

溢洪道的位置建設(shè)于大壩的右側(cè)，其模式建設(shè)成開敞式的正堰溢洪道。主要包括進(jìn)口段、收縮段、控制段、消能段及泄槽段。堰型選擇WES的實(shí)用堰，其寬度設(shè)立為18.0m，而堰頂?shù)母叨仍O(shè)置為336.40m，不添設(shè)閘門。堰下部分作為收縮段，長度測設(shè)為8.0m，從18.0m縮減至16.0m，下面承接陡槽，其與挑坎的寬度為16.0m，進(jìn)而溢洪道的總長度是80m。

2.主壩的設(shè)計(jì)方案

2.1 壩頂?shù)母叱虖?fù)核準(zhǔn)則

壩頂?shù)某哂?jì)算公式為y=R+e+A，在式中：y指壩頂?shù)某撸╩）；R為最大波浪在壩坡頂部的爬高（m）；e是最大的風(fēng)壅水面高度（m）；A即安全的加高度（m）。依據(jù)準(zhǔn)則計(jì)算得出，Ⅳ級(jí)的大壩設(shè)計(jì)規(guī)則為A=0.5m，校核過程中A=0.3m。

而壩頂?shù)母叱碳胺览藟數(shù)母叱淘谠O(shè)計(jì)中應(yīng)取最大值，其中測算的防浪墻頂是340.22m，實(shí)際的壩頂高程是339.00m，防浪的墻頂為340.00m，這組數(shù)據(jù)沒有達(dá)到防浪墻設(shè)計(jì)的高程標(biāo)準(zhǔn)。因此，這次的設(shè)計(jì)把壩頂?shù)母叱淘龈吆托：撕樗幌嗥?39.24m的高度，防浪墻的高度為1.0m，所以，這次的設(shè)計(jì)將防浪墻的頂高設(shè)立為340.24m，高出預(yù)算的0.02m，符合要求。

2.2 上游的塊石護(hù)坡穩(wěn)固測算規(guī)律

塊石護(hù)坡的直徑計(jì)算按照碾壓式土石壩的設(shè)計(jì)要求確定出護(hù)坡塊石的直徑公式為

式中：D指石塊的計(jì)算球形直徑（m）；M為坡率，取值2.5；Kt是隨坡的變化系數(shù)，取指1.3；Ρk即塊石密度，2.7t/m3；Ρw即水的密度，1.0t/m3；Hp為累計(jì)的頻率為5%的坡高。

通過計(jì)算得出，護(hù)坡的塊石直徑是0.28m，此次設(shè)計(jì)的護(hù)坡塊石直徑為0.30m。

2.3 壩體的穩(wěn)定復(fù)核措施

水庫的原來主壩是黏土心墻壩，其長度為230.0m、頂高是339.00m、頂寬4.0m，其防浪墻的頂高為340.00m，上游的壩坡比例為1∶2.5及1∶3.0；下游的壩坡比例是1∶2.0及1∶2.5。此次的加固設(shè)計(jì)壩頂增高出0.24m，總長339.24m，防浪墻的頂高為340.24m，但上下游的坡比無變動(dòng)。

2.3.1 壩體的邊坡穩(wěn)定設(shè)計(jì)

在小都水庫的除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)中，邊坡的穩(wěn)定計(jì)算方式是依照土壩準(zhǔn)則內(nèi)容，借助簡化畢肖普法測算壩坡的防滑穩(wěn)定性。小都水庫已有多年的歷史，因此壩體的邊坡復(fù)核只是對(duì)比穩(wěn)定滲流期出現(xiàn)的上下游壩坡平穩(wěn)與水庫的水位下落期發(fā)生的上游壩坡平穩(wěn)測算。

新設(shè)計(jì)的大壩斷面是根據(jù)原大壩斷面的本體，增高出0.24m，而上下游的坡比例無變動(dòng)。壩坡的平穩(wěn)現(xiàn)象為自動(dòng)蓄水達(dá)336.40m；設(shè)計(jì)（P=3.33%）338.45m；審核（P=0.33%）339.24m。如穩(wěn)定計(jì)算成果表所示，各工況下顯示的壩坡平穩(wěn)度均達(dá)標(biāo)。

2.3.2 滲流的平穩(wěn)系數(shù)歸納

滲流的平穩(wěn)系數(shù)需依照達(dá)西定律計(jì)算，其透水地基上的心墻土壩一般高水位的平穩(wěn)滲流正常浸潤線同樣運(yùn)用達(dá)西定律設(shè)立方程式得出數(shù)據(jù)結(jié)果。

下游的壩坡高出點(diǎn)計(jì)算檢驗(yàn)，如滲透系數(shù)：心墻的黏土滲透系數(shù)方程式K0=5.2×10-6cm/s；地基的砂質(zhì)粉土滲透系數(shù)方程式為K2=6.5×10-3cm/s；而上下游的壩殼風(fēng)化砂方程式為K1=5.2×10-4cm/s；各層的厚度：地基的砂質(zhì)粉土層平均厚度為T1=4.2m；心墻的厚度d1=2.0m，d2=7.0m，d3=4.0m,在正常運(yùn)轉(zhuǎn)環(huán)境下的浸潤線測算。邊界條件要求：上游的正常水位高336.40m；而下游的地面為320.0m；其心墻的滲透系數(shù)K0及壩殼K1距離較遠(yuǎn)，因此水庫的水位為1—1的斷面水位，屬于安全；基巖面下面是不透水層。

依照水力計(jì)算的手冊(cè)準(zhǔn)則可得出，中心墻的土壩構(gòu)建于有限透水地基面上，其心墻在不透水層，計(jì)算公式為：

由公式得出浸潤線與大壩的主河槽單寬滲流量h1=5.18m，h0=1.22m，q=6.1×10-4m3/s。

其心墻的下游浸潤線高度是325.64m，排水體的逸出高度是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。

2.3.3 護(hù)坡的厚度測算

對(duì)比碾壓式土石壩的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則歸納出，護(hù)坡的厚度驗(yàn)算公式為：t=1.67K/D，式中：t為護(hù)坡的厚度（m）；K即隨頻率變化的系數(shù)，取值1.3。

通過驗(yàn)算其護(hù)坡的厚度可得出是0.17m，此次設(shè)計(jì)的護(hù)坡厚度運(yùn)用0.30m，下側(cè)設(shè)計(jì)為0.20m的碎石墊層及100mm的混合砂。

2.4 大壩的上游護(hù)坡整體規(guī)建

大壩構(gòu)建的上游塊石護(hù)坡因壩體下沉、風(fēng)浪沖創(chuàng)與水位浮動(dòng)，導(dǎo)致塊石護(hù)坡面極其不平實(shí)，一般的正常蓄水位置上面的塊石常被翻起、墊層被大量的淘空及塊石所受的風(fēng)化較為嚴(yán)重。因此，此次的除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)重新依據(jù)實(shí)際情況改革設(shè)計(jì)理念，將壩坡上受嚴(yán)重風(fēng)化的塊石清除出。在水庫的固定水位上面新鋪設(shè)300mm厚度的塊石，下面部位鋪設(shè)200mm的碎石及100mm的混合砂。此外，原防浪墻的內(nèi)部結(jié)構(gòu)均為磚砌而成的，其頂高達(dá)到340.00m，底高為337.70m，結(jié)構(gòu)模式由L型擋墻組建，墻體的厚度為400mm。這次的設(shè)計(jì)全部摒棄了原來的防浪墻，重新設(shè)計(jì)建筑了混凝土防浪墻，其墻頂?shù)母叱踢_(dá)到340.24m，底部的高程是337.70m，墻體的厚度為250mm,防浪墻的結(jié)構(gòu)模式為L型擋墻。且下游的壩坡無護(hù)坡，由土坡構(gòu)筑，這次的加固設(shè)計(jì)將下游的護(hù)坡鋪設(shè)為草皮護(hù)坡。

3.結(jié)語

總而言之，水庫的除險(xiǎn)加固，作為造福民眾的一項(xiàng)民生工程，需受到國家及施工企業(yè)的高度重視。通過對(duì)水庫除險(xiǎn)加固技術(shù)的有效應(yīng)用，可保障水庫安全度過汛期且靈活蓄水，提升防洪除險(xiǎn)加固的社會(huì)效益及經(jīng)濟(jì)效益，從而保障了水庫下游居住的人們生命財(cái)產(chǎn)安全，實(shí)現(xiàn)農(nóng)村水利的持續(xù)發(fā)展。

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