關(guān)于水庫輸水洞維修加固設(shè)計初步分析

王 錚

(遼寧江寧招標(biāo)咨詢服務(wù)有限公司，沈陽110000)

1 工程概況

拉馬章水庫位于法庫縣包家屯鎮(zhèn)拉馬章村，座落在遼河二級支流拉馬章河上。流域重心為E 123°56'15"，N42°30'54"。由發(fā)源地至水庫壩址，總河長14.12 km，總平均坡度為4‰，流域面積為46 km2。庫容1 087 萬m3。防洪庫容587 萬m3，興利庫容486 萬m3，死庫容14 萬m3。最高水位69.3 m，興利水位67.23 m，死水位64.44 m。

水庫樞紐工程包括:大壩、輸水洞、溢洪道3 部分。土壩為均質(zhì)土壩，壩長300 m，壩頂寬度5 m，迎水坡為1∶3 ～1∶4(在68.46 m高程以下為1∶4.0，以上為1∶3.0)，背水坡為1∶2.5，最大壩高5.7 m，壩頂高程70.20 m。輸水洞:為壩內(nèi)混凝土涵管式。位于土壩左端，進口高程64.44 m，涵管為單孔，洞徑為0.8 m，洞長36 m。鋼板閘門規(guī)格1.2 m×1.0 m。溢洪道:包括正常溢洪道和非常溢洪道。正常溢洪道位于土壩左端，堰底寬8.0 m，堰體與陡槽段直接銜接，共計長度77.0 m。堰頂高程67.23 m，溢洪道坡降1/30，沒有消能設(shè)施，泄流直入下游河道。溢洪道(陡槽、堰體段)兩側(cè)為弱風(fēng)華巖，開挖后沒有襯砌。非常溢洪道為天然豁口，堰頂高程68.32 m，寬度130 m，進口底板高程80.5 m，出口底板高程80.28 m。

2 工程設(shè)計

2.1 工程現(xiàn)狀

2.1.1 大壩現(xiàn)狀

土壩為均質(zhì)土壩，壩長267 m，壩頂寬度7 m，迎水坡為1∶3 ～1∶4(在68.46 m高程以下為1∶4.0，以上為1∶3.0)，背水坡為1∶2.5，最大壩高5.7 m，壩頂高程70.20 m。

2.1.2 輸水洞現(xiàn)狀

輸水洞為1 m×0.8 m 矩形鋼筋混凝土涵洞，洞長69.6 m，進口高程64.44 m，出口高程64.07 m。輸水洞進口設(shè)有啟閉塔，塔與山坡之間用交通橋連接，塔高15 m，外輪廓2.5 m ×2.5 m。原輸水洞最大輸水量為1.51 m3/s。

由現(xiàn)場檢查和運行情況分析，輸水洞存在以下主要問題:①輸水洞靠近大壩左岸，左岸山體為風(fēng)化巖，經(jīng)常脫落，滾到輸水洞入口，影響出流。左岸部分山體的漿砌石護坡已有多處裂縫;②輸水洞工作及檢修閘門的操作室破損嚴重，屋頂漏水，門窗損壞;啟閉機電動部分丟失，無電源;工作門槽及檢修門槽間隔墻漏水點多處;工作及檢修閘門漏水嚴重，多年不用，在兩道閘門之間用黏土封堵止水;③通往輸水洞豎井的棧橋無護攔，橋下混凝土面出現(xiàn)多處裂縫，且有多處漏出鋼筋，表面混凝土風(fēng)化嚴重，用手可掰掉［1］。

2.1.3 管理所現(xiàn)狀

管理所院內(nèi)地面雜草叢生，且易積水，不利于防汛車輛的?？亢头姥促Y料的管理，管理所房屋老舊，屋面漏水嚴重，雨季到來時，外面下大雨，屋內(nèi)下小雨。

2.1.4 防汛路現(xiàn)狀

水庫防汛路從管理所大門起，向南與村級路連接，總長600 m。坑洼不平，遇雨雪天氣泥濘難行，不利于防汛車輛通行。

2.2 工程設(shè)計

2.2.1 堤頂瀝青路面設(shè)計

根據(jù)2007年安全鑒定成果，現(xiàn)狀實測壩頂高程70.2 ～70.28 m，滿足壩頂高程要求，本次維修加固大壩壩頂高程取70.20 m，寬7 m，采用瀝青混凝土路面(路基下層為20 cm 厚碎石墊層，上層為10 cm厚水泥穩(wěn)定砂礫石，面層為10 cm厚瀝青混凝土)，長267 m，為了方便車輛上下壩，將瀝青路面兩端各延長50 m，因此瀝青路面總長為367 m。由于大壩左側(cè)下壩路面變窄，因此大壩左端50 m 段瀝青路寬采用4 m 寬。瀝青路全線兩側(cè)采用花崗巖路緣石。

2.2.2 大壩迎水坡設(shè)計

大壩迎水坡護坡形式有多種，有干砌石護坡，漿砌石護坡，現(xiàn)澆混凝土板護坡等，塊石護坡與混凝土板護坡相比較，混凝土板護坡抗凍性能比塊石護坡差，拉馬章周邊有滿足水庫護坡要求的石塊，因此本工程不采用混凝土板護坡，干砌石護坡與漿砌石護坡相比較，同樣護坡厚度情況下，干砌石護坡造價為142.22 元/m3，漿砌石護坡造價為175.45 元m3，干砌石護坡造價比漿砌石造價低。另外，法庫縣近幾年中型水庫除險加固工程中，牛其堡水庫、獾子洞水庫、尚屯水庫、三合成水庫等，都采用了干砌石護坡形式，運行的非常好，因此本工程采用干砌石護坡形式。大壩迎水坡護坡總長267 m，由樁號0 +000 －0.267，坡比1∶4.5;采用40 cm 厚干砌石護坡，下設(shè)20 cm 碎石墊層及20 cm 砂墊層。護腳長6 m，厚度40 cm，下設(shè)20 cm 砂石墊層。

2.2.3 輸水洞維修加固設(shè)計

2.2.3.1 輸水洞現(xiàn)狀

拉馬章水庫輸水洞是水庫唯一的輸水建筑物。輸水洞位于左岸，方涵形式。輸水洞為0.8 m ×1 m矩形鋼筋混凝土涵洞，進口高程64.44 m。啟閉塔位于壩前鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，啟閉室為混凝土結(jié)構(gòu)，啟閉塔與壩頂有工作橋連接，寬1 m，啟閉室內(nèi)有啟閉機一臺，已無法正常使用。閘門已銹蝕嚴重，正常水位67.23 m 時，原最大輸水量為1.51 m3/s。

2.2.3.2 輸水洞維修加固方案

拉馬章水庫屬于中型水庫，工程等別為Ⅲ等，輸水洞承擔(dān)灌溉任務(wù)，是主要的永久建筑物，其工程級別為3 級。輸水洞進口翼墻處出現(xiàn)多處裂縫，混凝土脫落現(xiàn)象嚴重。根據(jù)輸水洞現(xiàn)狀、泄量及運行情況，經(jīng)過分析確定:對進口段、進水塔、工作橋、出口段進行重建，對洞身的前后兩端設(shè)置止水環(huán)，更換閘門和啟閉機設(shè)備。

1)輸水洞進口段:進口段拆除重建，進口段為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，長18 m，厚0.5 m，擋墻高2.8 m。

2)進水塔:進水塔為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，進水塔設(shè)置在壩的上游，長4.8 m，寬2.2 m，閘底板高程為死水位64.44 m，單孔閘門，閘門尺寸1.0 m×0.8 m，邊墩高1.2 m，并設(shè)有啟閉室，工作橋與上游壩肩連接，啟閉室地面和工作橋面高程為70.20 m，啟閉室結(jié)構(gòu)為磚混結(jié)構(gòu)，其建筑面積11.52 m2，地面高程為70.20 m，周圍設(shè)有1.0 m 寬的挑出平臺板及混凝土仿木欄桿，平臺下游側(cè)設(shè)寬1.0 m 引橋與壩頂?shù)缆废嘟印?/p>

3)洞身:輸水洞的洞身段則利用原有結(jié)構(gòu)，在進出口處設(shè)置止水環(huán)，做好輸水洞進出口混凝土結(jié)構(gòu)連接。

4)消力池:輸水洞消力池水平段長10 m，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，池深0.5 m。

5)海漫:干砌石結(jié)構(gòu)，長18 m，厚0.5 m。

2.2.3.3 水力計算

泄流能力計算:水庫興利水位為67.23 m，輸水洞底板高程64.44 m，洞高0.8 m，H = 67.23 －64.44，H =2.79 m，D =0.8 m，H ＞1.5D，因此為有壓流，根據(jù)工作情況，h ＜D，為自由出流，其計算公式如下:

有壓洞自由出流:

式中:Q 為設(shè)計流量;σ 為淹沒系數(shù)，自由出流時為1;μ 為流量系數(shù);∑ξ 為從進口到出口前(不包括出口)的各種局部水頭損失系數(shù)之和，取0.3。L 為輸水洞長;C 為謝才系數(shù)。

式中:n 為糙率，取0.014;R 為水力半徑;ω 為過水面積;x 為濕周;a 為洞高;β 為勢能修正系數(shù)，取0.85;i 為洞底坡;H 為上游總水頭。

經(jīng)過計算，輸水洞水位流量關(guān)系見表1。

根據(jù)輸水洞的工作情況，輸水洞不參加調(diào)洪，輸水洞滿足下游灌溉的需要即可，要求給水能力為0.93 m3/s，當(dāng)輸水洞在正常高水位67.23 m 時，流量為3.23 m3/s，輸水能力能夠滿足供水需求。

2.2.3.4 消能防沖計算

消力池采用矩形斷面消力池。

表1 輸水洞水位～流量表

共軛水深按下式計算:

式中:h2為水躍后水深，m;h1為收縮斷面水深，m;Fr1為收縮斷面弗勞德數(shù);v1為收縮斷面流速，m/s;φ 為收縮斷面流速系數(shù);φ =0.95;E0為堰前斷面總能頭，m;

查表得:α0= q2/2gφ2;h2= ηh1

因h2＞hs，因此需要修建消力池。

消力池長度計算見表2。

水躍長度L 按下式計算:

表2 消力池長度計算

消力池水平段長度取8 m。

消力池池深計算:

式中:d 為池深，m;σ 為水躍淹沒度，σ =1.05;h2為池中發(fā)生臨界水躍的躍后水深，m;ht為消力池出口下游水深，m，采用護坦內(nèi)的臨界水深;ΔZ 為消力池出口水面跌落，m;Q 為流量，m3/s;b 為消力池寬度，m;φ 為消力池出口段流速系數(shù)，φ =0.95;Lk為消力池池長，m。

經(jīng)計算，d =0.5 m;確定消力池池深0.5 m。海漫長度確定:

式中:Ks為海漫長度計算系數(shù)，取10;qs為消力池出口單寬流量，1.0;△H 為水位差，3.16 m;經(jīng)計算:LP=13.32 m，海漫長度取14 m。

2.2.3.5 閘門與啟閉設(shè)備

本工程更換閘門一個，更換啟閉機一個，閘門選用0.8 m×1 m平面鑄鐵閘門，啟閉機選用單吊點5 t手電兩用螺桿式啟閉機。

2.2.4 管理所維修

2.2.4.1 管理所內(nèi)管理房屋頂維修

管理所整個屋面面積210 m2都需重新做屋面防水。首先鏟除原卷材防水層，再用水泥砂漿找層，在填充材料上用20 mm，SBS 卷材防水，熱熔滿鋪雙層。管理所門窗破舊損壞嚴重，需更換窗17 扇，門11扇;窗換為塑鋼窗，門換為木門。

2.2.4.2 院內(nèi)路面維修

管理所場地面積為1 500 m2，長50 m，寬30 m;鋪透水磚范圍為場地四周，寬3.0 m，長148 m，進門處有14.0 m 鋪透水磚，寬也為4.0 m;下鋪8 cm 厚三合土，上鋪一層透水磚。在場地四周最外側(cè)種植速生楊40 株，丁香、連翹各200 株。

2.2.5 防汛路維修

管理所門前600 m防汛路采用砂石路面，寬4 m，下層為0.2 m 厚山皮石，上層為0.2 m 厚砂礫石?？偤?.4 m。

2.2.6 室外照明

室外照明系統(tǒng)指的大壩照明。根據(jù)壩體長度每隔50 m 設(shè)置一盞太陽能照明燈，共需要7 盞。

［1］林耀輝. 小型水庫輸水涵洞除險加固設(shè)計［J］. 黑龍江水利科技，2013，41(08):146 －147.