黃牛蹄水庫除險(xiǎn)加固工程簡述

馮安太

（運(yùn)城市夾馬口引黃管理局，山西 運(yùn)城 044000）

黃牛蹄水庫除險(xiǎn)加固工程簡述

馮安太

（運(yùn)城市夾馬口引黃管理局，山西 運(yùn)城 044000）

介紹了黃牛蹄水庫工程概況，闡述了水庫現(xiàn)狀及存在問題，經(jīng)安全鑒定，認(rèn)定該水庫為病險(xiǎn)水庫。通過對大壩加固、溢洪道改造和輸水洞維修，建議增設(shè)必要的大壩觀測設(shè)施，并對輸水洞明渠右側(cè)開挖邊坡不穩(wěn)定性進(jìn)行處理，以保證水庫正常運(yùn)行。

病險(xiǎn)水庫；除險(xiǎn)加固；大壩；溢洪道；輸水洞；黃牛蹄水庫

1 工程概況

黃牛蹄水庫位于潞城市黃牛蹄鄉(xiāng)黃牛蹄村東，濁漳河二級(jí)支流南大河上，水庫壩址以上控制流域面積165 km2，是一座以防洪為主，兼顧灌溉的小（一）型水庫，總庫容900萬m3。水庫由大壩、溢洪道、輸水洞組成。根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》，工程等別為Ⅳ等，大壩、溢洪道及輸水洞為4級(jí)建筑物，防洪標(biāo)準(zhǔn)為30年一遇洪水設(shè)計(jì)，300年一遇洪水校核。

大壩為碾壓均質(zhì)土壩，最大壩高30m。溢洪道位于大壩右端，建于土基上，漿砌石結(jié)構(gòu)，長130m。堰頂總寬11.5m，2孔，每孔凈寬5m。堰后接42m的泄槽段，泄槽段后是68m長的陡坡段，未建消能設(shè)施。輸水洞位于左岸，進(jìn)口臥管距左壩肩70m，泄水涵洞從左岸臺(tái)地中穿過。洞身進(jìn)口高程753.60 m，洞長120m，洞身段為城門洞型，斷面尺寸為1.0m×1.5m（寬×高），漿砌塊石結(jié)構(gòu)。進(jìn)口形式為涵臥管，臺(tái)階式32級(jí)（已淤積14級(jí)），級(jí)差0.75m。臥管進(jìn)水口為正方形，邊長0.5m。

2 存在問題及加固設(shè)計(jì)

2.1 大壩存在問題及加固設(shè)計(jì)

2010年10月，長治市水利局組織專家對黃牛蹄水庫進(jìn)行了安全鑒定，認(rèn)定該水庫為病險(xiǎn)水庫。

2.1.1 大壩壩頂

大壩壩頂不規(guī)則，寬窄不一，平均寬度3.5m，無防浪墻，壩頂未硬化。此次加固需對壩頂設(shè)置防浪墻，防浪墻長215m，壩頂以上高度1m，采用M7.5漿砌石結(jié)構(gòu)，墻身寬0.5m，底寬1.0m。防浪墻每隔15m設(shè)置沉降縫一道，縫寬2 cm，采用密封膏封堵。壩頂加寬至5m，壩頂路面采用C20混凝土硬化，下游側(cè)設(shè)C20混凝土路緣石。混凝土路面厚0.1m，下設(shè)0.3m厚的3∶7灰土墊層。

2.1.2 大壩上游壩坡改造

目前大壩上游護(hù)坡較少，在高程767.60～772.00m之間有干砌石護(hù)坡，且局部損壞缺失。此次大壩上游壩坡仍采用干砌石護(hù)坡，整個(gè)壩段護(hù)坡厚均為0.3m（護(hù)坡下護(hù)至高程764.70m，上護(hù)至壩頂，與防浪墻基座緊密相連），下面鋪設(shè)反濾料，粗砂、碎石層厚各0.15m。為減少水的滲透對壩體的穩(wěn)定安全產(chǎn)生影響，大壩上游護(hù)坡反濾層下鋪設(shè)一層500 g/m2的土工布（兩布一膜）。

2.1.3 大壩下游壩坡改造

目前大壩下游壩坡不穩(wěn)定，下游無排水溝和排水體。此次從下游749.00m（下游現(xiàn)狀淤積高程）處開始培厚壩體，至壩頂止，壩頂寬度維持現(xiàn)狀，仍為3.5m。培厚后的壩坡從上到下依次為1∶2，1∶2.5，1∶3。大壩填筑土體的壓實(shí)度不低于0.96。

在新培厚的壩體上設(shè)橫向排水溝3條，縱向排水溝1條，岸坡排水溝2條，坡腳設(shè)貼坡排水體。排水溝采用M7.5漿砌石砌筑。排水體采用砌塊石，下設(shè)反濾層。塊石層厚0.4m，碎石層厚0.2m，砂墊層厚0.15m。排水體頂高程757.30m（高于正常蓄水位771.50m情況下的壩體浸潤線出逸高程756.52m）。

2.1.4 大壩加固后壩體穩(wěn)定計(jì)算

根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，壩坡穩(wěn)定計(jì)算工況分正常運(yùn)用條件和非常運(yùn)用條件兩種。壩坡抗滑穩(wěn)定計(jì)算采用瑞典圓弧法中的有效應(yīng)力法，用畢肖普法復(fù)核。計(jì)算斷面選擇大壩最大斷面作為代表斷面，即樁號(hào)0+090處。穩(wěn)定安全系數(shù)按《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》執(zhí)行。具體計(jì)算參數(shù)見表1，計(jì)算結(jié)果見表2和表3。

表1 計(jì)算用土料指標(biāo)

表2 下游壩坡穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果

表3 上游壩坡穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果

正常運(yùn)用條件如下：正常蓄水位771.50m時(shí)上下游壩坡穩(wěn)定；設(shè)計(jì)洪水位773.64m驟降至正常蓄水位771.50m時(shí)上游壩坡穩(wěn)定。

非常運(yùn)用條件如下：正常運(yùn)用條件遇地震時(shí)的壩坡穩(wěn)定。

從大壩穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果來看，除險(xiǎn)加固后，無論是正常運(yùn)用情況還是非常運(yùn)用情況，大壩上下游壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均符合規(guī)范要求值，說明大壩上下游壩坡是穩(wěn)定的。

2.2 溢洪道存在問題及加固設(shè)計(jì)

2.2.1 存在問題及加固設(shè)計(jì)

經(jīng)安全鑒定，溢洪道底板被破壞；交通橋中墩、邊墩及泄槽邊墻等的基礎(chǔ)出露；溢洪道陡坡段右邊墻坍塌，塌積物堆于溢洪道內(nèi)；溢洪道右邊墻頂部以上黃土高邊坡較陡；溢洪道末端未建消能設(shè)施。

此次對溢洪道進(jìn)行了下挖、拓寬、襯砌等改造。改造后的溢洪道總長195m，其中引渠段長35m，控制段7m，泄槽段108m，消能段15m，尾水段30m。

引渠段邊墻采用貼坡式M7.5漿砌石結(jié)構(gòu)，鄰水側(cè)坡度1∶0.5。左岸邊墻和大壩壩坡相連，墻后人工填土至高程777.60m。底板采用0.5m厚的M7.5漿砌石襯砌。

控制段采用C25鋼筋混凝土整體現(xiàn)澆，下設(shè)0.1m厚的C15混凝土墊層?？刂贫畏?孔，單孔凈寬5.5m，總凈寬16.5m。控制段側(cè)墻頂寬1m，墻頂高程777.60m，內(nèi)側(cè)直立，墻高6.1m；底板厚1.5m，底板上游側(cè)設(shè)一道齒墻，厚1m。控制段上游兩側(cè)設(shè)翼墻，翼墻厚度1m?？刂贫雾敳吭O(shè)置交通橋，橋?qū)?m，橋長20m，分三跨。橋墩寬1m，與控制段整體現(xiàn)澆在一起。

泄槽段樁號(hào)0+007—0+115，長108m，其中0+ 007—0+045為緩坡收縮段，0+045—0+115為陡坡段。0+007—0+045段底板寬度由18.5m漸變?yōu)?2m，底坡0.5%。0+045—0+115段為陡坡段，底坡40%。

消能段樁號(hào)0+115—0+130，消力池長15m，深1.5m，池邊墻采用M7.5漿砌石擋土墻，底板和消力尾坎采用C25鋼筋混凝土整體現(xiàn)澆。

尾渠段樁號(hào)0+130—0+160，長30m，不襯砌，底板設(shè)干砌石海漫防沖，厚0.5m。

2.2.2 溢洪道水力計(jì)算

溢洪道控制段抗滑穩(wěn)定計(jì)算參照《水工設(shè)計(jì)手冊》中公式進(jìn)行計(jì)算：

式中：Kc——閘室結(jié)構(gòu)的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；

f——閘室基底面的摩擦系數(shù)；

ΣG——作用于閘室結(jié)構(gòu)上部全部豎向荷載，kN；

ΣH——作用于閘室結(jié)構(gòu)上部全部水平向荷載，kN。

控制段基礎(chǔ)為低液限黏土，本工程取f=0.30。

計(jì)算結(jié)果分別為：無水情況下，Kc=1.43；設(shè)計(jì)洪水位下，Kc=1.65；校核洪水位下，Kc=3.26。

抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)在基本荷載組合情況下應(yīng)大于1.20，特殊荷載組合情況下應(yīng)大于1.05，穩(wěn)定計(jì)算滿足要求。

溢洪道邊墻穩(wěn)定及應(yīng)力選擇0+045處斷面作為典型斷面計(jì)算，計(jì)算工況選擇最不利的無水情況。經(jīng)計(jì)算，Kc=1.21；邊墻最大應(yīng)力為115 kPa。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，最小抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)大于允許的最小系數(shù)1.05，滿足要求。最小抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)大于允許的最小系數(shù)1.50，滿足要求?；鬃畲髴?yīng)力為115 kPa，小于基礎(chǔ)（低液限黏土）最小承載力190 kPa，滿足要求。

2.3 輸水洞存在問題及加固設(shè)計(jì)

輸水洞出口無消能設(shè)施及尾水渠。此次設(shè)計(jì)在輸水洞出口做消能池，尺寸2m×2m，采用M7.5漿砌石砌筑，靠近輸水洞出口側(cè)擋墻高3.2m，其余三面擋墻高均為1.5m。消能池出口接尾水渠，M7.5漿砌石砌筑。尾水渠長30m，斷面寬1.5m，高1.5m。

3 建議

第一，建議成立水庫管理機(jī)構(gòu)，對水庫管理人員重新配置，制定切合實(shí)際的規(guī)章管理制度，完善大壩安全各級(jí)責(zé)任人、管理單位和管護(hù)人員，并明確其職責(zé)（包括汛期和非汛期），特別是要將值班、巡查、監(jiān)測、記錄及特殊情況下的報(bào)告制度落實(shí)到每個(gè)部位和具體人員，編制并報(bào)批體制改革方案、水庫調(diào)度規(guī)程及應(yīng)急預(yù)案。

第二，補(bǔ)充完善壩頂路緣石及排水溝、下游壩坡面草皮護(hù)坡、下游坡兩側(cè)排水溝延伸等工程，增加必要的大壩觀測設(shè)施。

第三，結(jié)合輸水洞最大輸水流量時(shí)的出口流速，復(fù)核跌水建筑物尺寸，以確保水流能夠全部入池，并對輸水洞明渠右側(cè)開挖邊坡不穩(wěn)定性進(jìn)行處理。

TV698.2+3

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1004-7042（2016）03-0040-02

馮安太（1974-），男，2008年畢業(yè)于河海大學(xué)工程管理專業(yè)，工程師。

2016-01-08；

2016-02-20