牡丹江市軍馬水庫(kù)除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)綜述

周 龍

(牡丹江市水務(wù)科學(xué)研究院，黑龍江 牡丹江 157000)

牡丹江市軍馬水庫(kù)除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)綜述

周 龍

(牡丹江市水務(wù)科學(xué)研究院，黑龍江 牡丹江 157000)

軍馬水庫(kù)位于黑龍江省牡丹江市西部北拉古村北部的長(zhǎng)溝上，距離北拉古村8.6km?？刂屏饔蛎娣e8.16km2，水庫(kù)設(shè)計(jì)總庫(kù)容39.05萬(wàn)m3。是一座以灌溉為主，兼顧防洪、養(yǎng)魚(yú)、旅游等綜合利用的小(2)型水庫(kù)。對(duì)土壩放緩邊坡、壩后設(shè)棱體排水，新建溢洪道和加固虹吸管。

水庫(kù)；特征水位；壩體加固；新建溢洪道；虹吸管加固

1 工程原概況

軍馬水庫(kù)位于黑龍江省牡丹江市西部北拉古村北部的長(zhǎng)溝上，距離北拉古村8.6km，控制流域面積8.16km2，水庫(kù)原設(shè)計(jì)總庫(kù)容46萬(wàn)m3。是一座以灌溉為主，兼顧防洪、養(yǎng)魚(yú)、旅游等綜合利用的小(2)型水庫(kù)。

軍馬水庫(kù)原設(shè)計(jì)正常蓄水位423.70m，相應(yīng)庫(kù)容27.14×104m3，興利庫(kù)容20.15×104m3。

軍馬水庫(kù)始建2008年，完建于2010年，水庫(kù)樞紐建筑物由土壩、溢洪道、虹吸管組成。

土壩結(jié)構(gòu)形式為均質(zhì)壩，壩頂高程在425.81-426.01m，最大壩高16.20m，壩長(zhǎng)225m，壩頂寬在8.1-11.3m，迎水坡為1∶3.1-4.1，背水坡1∶1.8-2.8，迎水坡425.20高程以下覆蓋混凝土護(hù)坡，以上為天然草皮護(hù)坡。背水坡為天然草皮護(hù)坡，背水坡中部設(shè)有馬道，坡腳修建干砌石固腳。

溢洪道位于大壩右側(cè)，樁號(hào)0+201m處，為敞開(kāi)式正堰溢洪道，堰寬5m，堰頂高程423.70m，由進(jìn)口段、控制段、陡坡段、消能段、尾水渠組成[1]。

2 水庫(kù)存在的主要問(wèn)題

1)土壩：軍馬水庫(kù)大壩結(jié)構(gòu)形式為均質(zhì)壩，建庫(kù)時(shí)進(jìn)行了簡(jiǎn)單清基，清除雜草、浮土，致使壩基中等透水；庫(kù)區(qū)水面范圍內(nèi)的表層細(xì)粒土被取走填筑壩體，庫(kù)區(qū)水平鋪蓋被破壞，加劇了壩基滲漏。筑壩土料來(lái)源主要由碎石混合土組成，大壩壩體土料礫石含量較高?，F(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)5處較大出水點(diǎn)，其中3處出水量較大，能見(jiàn)流動(dòng)，在壩后干砌石鎮(zhèn)腳內(nèi)能見(jiàn)流水聲，壩體滲漏嚴(yán)重。土壩迎水面425.20高程以下覆蓋混凝土護(hù)坡，護(hù)坡表面平整度一般，護(hù)坡與溢洪道擋墻銜接段局部出現(xiàn)坍塌[2]。

2)溢洪道：溢洪道存在開(kāi)裂的現(xiàn)象，但未見(jiàn)裸露的鋼筋，溢洪道進(jìn)口段八字墻后基礎(chǔ)出現(xiàn)塌陷。溢洪道西側(cè)的擋墻后身滲水嚴(yán)重，迎水面與壩坡銜接處壩坡已出現(xiàn)塌陷，局部點(diǎn)墻后已掏空，如繼續(xù)惡化可能導(dǎo)致沉陷、傾斜。消能設(shè)施采用挖深式消力池聯(lián)合跌井消能，但消力池及跌井位置設(shè)計(jì)不合理，無(wú)法起到合理的效能作用。尾水渠為人工開(kāi)挖的土質(zhì)渠道，無(wú)防沖設(shè)施，渠道比降在1∶8-12之間，渠底比降較大，流速較快，岸坡沖刷嚴(yán)重。

3)現(xiàn)狀大壩沒(méi)有設(shè)置輸水洞，僅設(shè)置口徑極小的虹吸管，屬于建筑結(jié)構(gòu)上的缺失，工程缺陷。

4)無(wú)水文和大壩監(jiān)測(cè)設(shè)施，管理及通訊設(shè)施簡(jiǎn)陋。

3 水庫(kù)規(guī)模及防洪標(biāo)準(zhǔn)的確定

依據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及防洪標(biāo)準(zhǔn)》(SL252-2000)，確定軍馬水庫(kù)為小(2)型，工程級(jí)別為Ⅴ等，主要建筑物為5級(jí)。由于水庫(kù)最大壩高16.2m，按山丘區(qū)洪水標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)采用20a一遇洪水，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)采用200a一遇洪水。

4 主要特征水位的確定

4.1 死水位

現(xiàn)有庫(kù)底高程415.29m，本次水文分析成果，壩址多年平均懸移質(zhì)輸砂量70t/a，推移質(zhì)按懸移質(zhì)20%計(jì)，泥砂比重取1.3t/m3，除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)后按運(yùn)行期30a計(jì)算，30a泥砂淤積需庫(kù)容2.37×104m3，根據(jù)實(shí)測(cè)的庫(kù)容曲線，泥砂淤積庫(kù)容相應(yīng)高程417.97m。從滿(mǎn)足泥沙淤積的角度，水庫(kù)死水位應(yīng)≥417.97m，考慮養(yǎng)魚(yú)過(guò)冬確定水庫(kù)死水位為420.00m，死庫(kù)容6.99×104m，可滿(mǎn)足灌溉引水和泥沙淤積要求。

4.2 正常蓄水位

實(shí)際調(diào)查，下游有水田66.7hm2，其中軍馬水庫(kù)灌溉水田112hm2，石頭溝水庫(kù)灌溉水田29.33hm2。根據(jù)軍馬水庫(kù)灌溉面積，按來(lái)水過(guò)程，灌溉用水和水庫(kù)損失，進(jìn)行興利計(jì)算，確定正常蓄水位422.20m。依據(jù)《除險(xiǎn)加固工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告提綱》要求消險(xiǎn)水庫(kù)正常蓄水位采用原設(shè)計(jì)或現(xiàn)狀控制運(yùn)行水位，水庫(kù)所需正常蓄水位至原有正常蓄水位之間范圍為422.20-423.70m，在此之間選定不同的正常蓄水位，再根據(jù)不同的堰頂寬度進(jìn)行方案經(jīng)濟(jì)技術(shù)比選，選擇工程造價(jià)少，水庫(kù)運(yùn)行安全的方案，最終確定正常蓄水位423.20m。

4.3 設(shè)計(jì)洪水位和校核洪水位

1)洪水調(diào)度原則：

軍馬水庫(kù)不承擔(dān)下游的防洪作用，洪水調(diào)節(jié)的主要目的是保證樞紐建筑物本身安全的基礎(chǔ)上確定泄洪建筑物尺寸和大壩規(guī)模，同時(shí)以不加高壩頂高程為原則。

2)泄洪建筑物方案初擬：

水庫(kù)所需正常蓄水位至原有正常蓄水位之間范圍為422.20-423.70m，在此之間選定不同的正常蓄水位，再根據(jù)不同的堰頂寬度進(jìn)行方案經(jīng)濟(jì)技術(shù)比選，比選方案見(jiàn)表1。

表1 不同方案比較表 m

3)泄洪建筑物方案比選：

軍馬水庫(kù)溢洪道泄洪計(jì)算采用《溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范》中寬頂堰泄流能力計(jì)算公式：

(1)

式中：Q為流量，m3/s；B為溢流堰總凈寬，m；H為堰上水頭，m；m為流量系數(shù)，無(wú)坎寬頂堰結(jié)構(gòu)，采用0.385；ε為閘墩收縮系數(shù)，ε=0.909。

不同堰寬技術(shù)經(jīng)濟(jì)方案比選成果見(jiàn)表2。

表2 不同堰寬技術(shù)經(jīng)濟(jì)方案比選

設(shè)計(jì)方案以不加高壩頂高程為原則，溢洪道隨著堰頂高程的增加，堰寬增大，同時(shí)堰上擋墻高度減少，從表2可以看出，方案一至方案三工程造價(jià)逐漸減小，當(dāng)寬度達(dá)到第四方案時(shí)，溢洪道堰頂上的交通橋設(shè)中墩，同時(shí)開(kāi)挖量大增，工程造價(jià)最高。根據(jù)方案比選，最終確定堰頂高程為423.20m，堰寬9m。

4)設(shè)計(jì)與校核水位：

根據(jù)選定的溢洪道堰高、堰寬確定水庫(kù)20a一遇設(shè)計(jì)洪水位為424.43m，相應(yīng)庫(kù)容32.69×104m3，相應(yīng)泄量為18.42m3/s；200a一遇校核洪水位為425.23m，相應(yīng)庫(kù)容39.05×104m3，相應(yīng)泄量為39.05m3/s。

5 水庫(kù)除險(xiǎn)加固的主要工程措施及技術(shù)要點(diǎn)

5.1 大壩工程處理措施

根據(jù)校核洪水，確定壩頂高程為425.88m，現(xiàn)有壩頂高程425.81-426.01m，設(shè)計(jì)壩頂高程為425.90m，壩頂寬為8.0m。壩前采用水平鋪蓋，解決壩基滲流。土壩迎水坡維持現(xiàn)狀，只對(duì)重建溢洪道破壞的部分進(jìn)行重建；樁號(hào)0+181-0+222設(shè)計(jì)路面寬為4m，15cm厚混凝土路面，下設(shè)18cm厚水穩(wěn)砂。背水坡加固培厚、放緩壩坡，背水坡在高程為420.90m處設(shè)馬道，馬道寬3.0m，馬道以上坡比1:3.0，馬道以下坡比1:4.0。壩后設(shè)置排水棱體，排水棱體頂寬為2.5m，高3.4m[3]。

5.2 溢洪道工程處理措施

新建溢洪道，溢洪道布置在大壩樁號(hào)0+201處，由進(jìn)口段、控制段、陡槽段和消能段組成。

進(jìn)口段采用八字墻形式U型槽結(jié)構(gòu)，進(jìn)口段長(zhǎng)10.5m，反坡1/20，進(jìn)口底板頂高程422.68m，進(jìn)口寬13.2m，底板厚0.8m，邊墻頂寬0.4m，迎水面鉛直，背水面坡比1∶0.1。

控制段由閘底板、邊墻和交通橋組成。溢流堰為寬頂堰，堰頂高程423.20m，閘室長(zhǎng)12m，堰寬9m，邊墻頂寬0.4m，迎水面鉛直，背水面坡比1∶0.15,閘底板厚1.2m；交通橋?qū)?m, 交通橋采用T型梁結(jié)構(gòu)，橋面板厚0.2m，梁高0.3m,梁寬0.5m。為解決繞滲問(wèn)題，閘室兩側(cè)各設(shè)一道刺墻,刺墻頂寬3m，底寬4m，墻厚0.5m。

陡槽總長(zhǎng)105m，U型槽結(jié)構(gòu)形式，其中漸變段長(zhǎng)15m，底寬由9m變至5m，陡槽段陡坡1/7。陡槽段平面布置由直線和圓弧段構(gòu)成，其中圓弧段圓弧長(zhǎng)30.0m，軸線半徑100m，轉(zhuǎn)彎角17.19°。起始高程423.20m，末端高程408.20m，邊墻高2.70-2.0m，邊墻頂寬0.4m，迎水面鉛直，背水面坡比1∶0.1，底板厚0.8m。

消能段采用底流消能，U型槽結(jié)構(gòu)形式，消力池長(zhǎng)18m，寬5m，底板頂高程407.00m，池深1.2m，底板厚0.8m；墻頂高程410.20m，邊墻頂寬0.4m，迎水面鉛直，背水面坡比1∶0.1。海漫段長(zhǎng)30m，比降為1/20，采用塊石籠結(jié)構(gòu)，梯形斷面，底寬5.0m，邊坡1∶2.0，海漫底塊石籠厚0.5m，邊坡塊石籠厚0.3m,下設(shè)20cm碎石，墊層10cm砂墊層和無(wú)紡布[4]。

5.3 虹吸管工程處理措施

為解決灌溉，同時(shí)考慮水庫(kù)工程造價(jià)問(wèn)題，在溢洪道左側(cè)設(shè)虹吸管，在壩前及溢洪道左側(cè)設(shè)豎井兩座，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，井內(nèi)壁1.5m×1.5m，井壁厚0.3m。虹吸管管采用鋼管，管徑為0.4m，同時(shí)配備一臺(tái)注水離心泵，2個(gè)閥門(mén)。

[1]牡丹江市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)有限公司.牡丹江市軍馬水庫(kù)大壩安全分析評(píng)價(jià)報(bào)告[R].牡丹江：牡丹江市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)有限公司，2014.

[2]牡丹江市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)有限公司.牡丹江市軍馬水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告[R].牡丹江：牡丹江市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)有限公司，2015.

[3]水利部天津水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.SL253-2000溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)水利水電出版社，2000.

[4]黃河水利委員會(huì)勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)劃研究院.SL274-2001碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)水利水電出版社，2002.

1007-7596(2017)07-0114-03

2017-06-22

周龍(1975--),男，黑龍江牡丹江人，高級(jí)工程師。

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