米倉溝水庫除險加固設(shè)計方案優(yōu)化分析

孫科研，王鶴偉

(遼寧省本溪市水利電力勘測設(shè)計研究院，遼寧 本溪 117022)

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米倉溝水庫除險加固設(shè)計方案優(yōu)化分析

孫科研，王鶴偉

(遼寧省本溪市水利電力勘測設(shè)計研究院，遼寧 本溪 117022)

摘要：米倉溝水庫是遼寧省本溪市桓仁地區(qū)病險水庫中較典型的1座小(Ⅱ)型水庫，其作用為防洪、灌溉和水產(chǎn)養(yǎng)殖。文章通過對米倉溝水庫目前存在的主要問題、相關(guān)計算復(fù)核成果以及攔河壩、溢洪道和輸水洞3大部分有針對性的除險加固設(shè)計進行優(yōu)化分析論述，對類似水庫除險加固工程設(shè)計，具有一定的借鑒和參考作用。

關(guān)鍵詞：米倉溝水庫；除險加固；設(shè)計方案；優(yōu)化；分析

1米倉溝水庫工程概況

米倉溝水庫是一座以灌溉和養(yǎng)魚為主，兼顧防洪的水利工程。土壩最大壩高8.0 m，壩長為273.78 m，壩頂寬4.0 m，迎水坡為1:3干砌石護坡，背水坡為1:2.75草皮護坡，壩頂高程為257.40 m。

根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標準》(SL252—2000)規(guī)定，水庫工程規(guī)模屬于小(Ⅱ)型水庫，工程等級為V等，主要建筑物等級為5級，米倉溝水庫原防洪標準：設(shè)計標準為20 a一遇洪水標準，校核標準為300 a一遇洪水標準。水庫正常蓄水位254.60 m，相應(yīng)庫容10.53 萬 m3，死庫容1.79 萬 m3，水庫興利庫容為8.74 萬 m3[1]。

2目前存在的主要問題及安全鑒定結(jié)果

2.1攔河壩

攔河壩壩頂路面已損毀，防浪墻局部出現(xiàn)裂縫，上游壩坡存在局部破壞及沉陷現(xiàn)象，干砌石護坡破損嚴重，下游壩坡坡面不規(guī)整，雜草、灌木叢生，攔河壩下游壩坡及壩頂路面現(xiàn)狀圖見圖1。

2.2溢洪道

溢洪道導(dǎo)流段底板、邊墻，控制段堰體、邊墻均破損嚴重，泄槽段底板已完全損毀、坍塌，泄槽邊墻經(jīng)多年運行，多處出現(xiàn)裂縫、變形現(xiàn)象，溢洪道無消能防沖設(shè)施，溢洪道現(xiàn)狀圖見圖2。

圖1　攔河壩下游壩坡及壩頂路面現(xiàn)狀圖

圖2　溢洪道現(xiàn)狀圖

2.3輸水洞

輸水洞進水管老化、銹蝕嚴重，吊管啟閉機已損壞，啟閉塔和工作橋多處混凝土脫落，并出現(xiàn)裂縫、變形現(xiàn)象，現(xiàn)已無法繼續(xù)使用。吊管啟閉塔及工作橋現(xiàn)狀圖見圖3。

圖3　吊管啟閉塔及工作橋現(xiàn)狀圖

綜上所述，米倉溝水庫存在問題較多，已成為Ⅲ類險庫，從水庫自身安全考慮，水庫除險加固工作是十分必要和緊迫的。

3米倉溝水庫除險加固設(shè)計相關(guān)計算復(fù)核成果

1)根據(jù)SL252—2000《水利水電工程等級劃分及洪水標準》，米倉溝水庫屬小(Ⅱ)型水庫，工程等別為Ⅴ等，主要建筑物為5級[2]。當水庫擋水建筑物的擋水高度<15 m，上下游水頭差<10 m時，其防洪標準可按平原區(qū)、濱海區(qū)的規(guī)定確定，即：設(shè)計標準為10 a一遇洪水標準，校核標準為20～50 a一遇洪水標準。

由于米倉溝水庫最大壩高為8.0 m，上下游水位差5.2 m，故本次水庫除險加固設(shè)計確定米倉溝水庫設(shè)計標準為10 a一遇洪水標準，校核標準為20 a一遇洪水標準。

2)攔河壩壩型為黏土心墻壩。根據(jù)現(xiàn)場實測：①攔河壩壩長251.18 m，最大壩高8.0 m；②現(xiàn)狀壩頂高程257.20～257.40 m，壩頂寬4.0 m，壩頂路面已損毀，壩頂迎水側(cè)防浪墻局部有裂縫，防浪墻頂高程258.40 m；③攔河壩上游壩坡為1∶3，局部有沉陷，干砌石護坡破損嚴重；④下游壩坡為1∶2.75，坡面雜草、灌木叢生，無護坡、排水設(shè)施。

攔河壩壩型為黏土心墻壩，壩底河床屬于砂礫沖積層，其深度約為2.5 m，以下均為基巖，故采用黏土心墻防滲方案，將黏土心墻與基巖緊密相連，以達基礎(chǔ)防滲的目的。黏土心墻頂寬3 m，心墻頂高程255.90 m。

3)溢洪道工程位于右岸，為開敞式溢洪道，基礎(chǔ)座落在巖石地基上，由進口段、控制段、泄槽段組成。

溢洪道進口段長8 m，混凝土底板及漿砌石邊墻破損嚴重?？刂贫尾捎脤掜斞呓Y(jié)構(gòu)型式，堰頂高程254.60 m，凈寬22 m，堰體損毀嚴重。泄槽段底板為混凝土底板，經(jīng)多年運用，現(xiàn)已完全損毀或坍塌；泄槽段邊墻為漿砌石墻體，已多處出現(xiàn)裂縫、變形現(xiàn)象。溢洪道無消能防沖設(shè)施[3]。

4)輸水洞設(shè)在距攔河壩左壩端222.75 m處，為壩下埋管式。由進水口、輸水洞、出口及出口尾水渠組成。

輸水洞進口底高程為253.17 m，采用吊管式取水方式控制，進水管經(jīng)多年運行，老化、銹蝕嚴重，吊管啟閉機已損壞，啟閉塔和工作橋多處出現(xiàn)裂縫、變形現(xiàn)象，現(xiàn)已無法繼續(xù)使用。

輸水洞洞身穿過攔河壩底部，為壩下埋管，管徑為0.4 m。

輸水洞出口輸水管由于老化、銹蝕，局部出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象。

4除險加固工程設(shè)計

除險加固工程設(shè)計包括以下4個方面：

4.1攔河壩除險加固設(shè)計

4.1.1防浪墻、壩頂路面

根據(jù)頂高程計算結(jié)果，現(xiàn)狀壩頂高程257.20～257.40 m，與計算壩頂高程257.369 m相差-0.169～0.031 m。原防浪墻頂高程為258.40 m，滿足要求。由于校核洪水位及設(shè)計洪水為均高于心墻頂高程，防浪墻起到擋水作用，因此需要對防浪墻進行防滲處理，具體方法為：在防浪墻背水側(cè)從壩頂垂直鋪設(shè)700g/m2復(fù)合土工膜與黏土心墻相接防滲，土工膜深入心墻0.5 m，頂高程為257.20 m[4]。

壩頂重新鋪設(shè)泥結(jié)碎石路面，路面寬采用原壩頂寬度4 m，維修上游側(cè)原漿砌石防浪墻，下游側(cè)壩肩設(shè)路緣石。在壩頂右側(cè)每隔25 m設(shè)置一盞路燈，以備防汛應(yīng)急時應(yīng)用。

4.1.2護坡及壩坡整理

攔河壩上游面邊坡為1:3，從死水位253.17 m以上設(shè)置干砌石護坡，死水位以下為拋石體護腳。其加固處理內(nèi)容為：

1)上游坡拆除死水位 253.17 m高程以上已破損的干砌石護坡，拋至上游壩腳護腳，重新鋪設(shè)0.30 m厚的干砌石護坡，下設(shè)0.20 m厚的碎石墊層和0.10 m厚的砂墊層。清挖干砌塊石40%用于重新鋪砌上游面護坡及下游壩坡貼坡排水部分。

2)從253.17 m高程起始向下，利用原干砌石護坡進行拋石護腳。

攔河壩下游面邊坡為1∶2.75。其加固處理內(nèi)容為：

1)對現(xiàn)狀邊坡進行壩坡整理。

2)壩頂至251.20 m高程設(shè)置草皮護坡；水庫在正常高水位時下游逸出點高程為249.538 m ，故在251.20 m高程至壩腳地面加設(shè)干砌塊石貼坡排水。排水體自下而上為的砂礫料粒徑分別為(d=0.25～1 mm)厚150 mm、(d=1～5 mm)厚150 mm和(d=5～20 mm)厚250 mm。

4.2溢洪道除險加固設(shè)計

在原址對溢洪道拆除重建。新建溢洪道位于大壩右側(cè)，為開敞式正槽溢洪道，由進口段、控制段、泄槽段、消力池、海漫、出水渠組成。

4.2.1進口段

進口段長8 m，采用0.3 m厚的鋼筋混凝土襯砌；原導(dǎo)流墻拆除，新建進口導(dǎo)流墻，型式采用毛石混凝土結(jié)構(gòu)。

4.2.2控制段

控制段長6.00 m，控制堰采用鋼筋混凝土寬頂堰，堰頂高程為254.60 m，溢流凈寬為22.00 m；邊墻采用鋼筋混凝土擋墻結(jié)構(gòu)，頂高程為257.40 m，頂寬為0.50 m[5]。

4.2.3泄槽段、陡坡段

泄槽段長10.35 m，底寬由22.00 m漸變至10.00 m，底高程由254.60 m漸變至250.30 m；底板采用0.4 m厚的鋼筋混凝土襯砌。陡坡段底寬為10.00 m，底高程由250.30 m漸變至245.30 m；基礎(chǔ)采用毛石混凝土跌水墻結(jié)構(gòu)型式，坡面鋪設(shè)0.6 m厚鋼筋混凝土面板。兩段邊墻采用鋼筋混凝土擋墻結(jié)構(gòu)，頂寬0.5 m。

4.2.4消力池

消力池消力形式為底流式，池長26 m，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，底板厚度為0.50 m，底板頂高程為245.30 m。

4.2.5海漫段

海漫段長25.00 m，底寬10.00 m，兩岸邊坡坡比為1∶2.5，采用0.40 m厚的格賓石籠護坡、護底。

4.2.6出水渠

為了使水流安全下泄，避免淘刷下游壩腳，新建出水渠100 m，渠底寬度10.00 m，兩岸邊坡坡比為1∶2.5，左岸采用0.30 m厚的干砌石護坡。

4.3對輸水洞的處理方案

4.3.1進水口

更換進水管和吊管啟閉機，拆除原啟閉塔及工作橋，重建啟閉塔、工作橋。新建啟閉塔平臺頂高程257.60 m，與壩頂間以8 m長工作橋連接。

4.3.2出水口

更換出水口輸水管。

4.4其它項目的加固方案

4.4.1觀測項目設(shè)置

由于米倉溝水庫控制面積僅9.83 km2，水庫集雨面積和庫容均較小，故只在壩址處布設(shè)一個雨量站和一個水位站(在上游壩坡設(shè)置水尺)。

4.4.2管理房

新建管理房一座50m2。

5結(jié)語

水庫除險加固設(shè)計應(yīng)找出病險問題產(chǎn)生的原因，然后“對癥下藥、根除險情”。對修建年代較早的水庫，應(yīng)按照現(xiàn)行規(guī)范標準、技術(shù)要求，對各個要素重新計算復(fù)核，對現(xiàn)狀雖無明顯險情但結(jié)構(gòu)不滿足要求的構(gòu)造物進行加固或重建。在除險加固設(shè)計時，應(yīng)注意病險水庫各構(gòu)造物之間的關(guān)聯(lián)和銜接，優(yōu)化設(shè)計方案。同時，做好對水庫的定期維護和持續(xù)監(jiān)測也是十分重要的。

參考文獻：

[1]阮建清,劉忠恒,嚴祖文.基于風險的病險水庫除險加固方案優(yōu)化技術(shù)[J].中國水利水電科學研究院學報,2014(01):36-41.

[2]孛永平.小水庫除險加固設(shè)計方案的選取[J].中國農(nóng)村水利水電,2012(04)：145-146+149.

[3]孫波.白山頭水庫除險加固設(shè)計及方案優(yōu)化研究[D].濟南：山東大學,2012.

[4]黃繼偉.吉子水庫大壩除險加固研究[D].昆明：昆明理工大學,2006.

[5]宋曉明.水庫大壩除險加固設(shè)計及滲流分析[J].水利技術(shù)監(jiān)督,2015(04):56-58.

中圖分類號：TV697.3

文獻標識碼：B

[作者簡介]孫科研(1983-)，男，遼寧本溪人，工程師，從事水利水電工程設(shè)計工作；王鶴偉(1984-)，男，遼寧本溪人，工程師，從事水利水電工程設(shè)計工作。

[收稿日期]2016-01-12

文章編號：1007-7596(2016)03-0049-03