運(yùn)城市鹽湖區(qū)磨河水庫(kù)沖沙洞改造

楊 帆

（運(yùn)城市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 山西運(yùn)城044000）

0 引言

水庫(kù)除險(xiǎn)加固改造過程中，由于病險(xiǎn)水庫(kù)建設(shè)年代久遠(yuǎn)，受到當(dāng)時(shí)經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件限制，往往很多結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)已不能滿足現(xiàn)階段的安全運(yùn)行要求，其中沖沙洞的改造往往成為水庫(kù)除險(xiǎn)加固改造中的難點(diǎn)。

山西省運(yùn)城市鹽湖區(qū)磨河水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程中，沖沙洞的改造采用鋼筋砼挑梁設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)過程中，經(jīng)過多方面論證，實(shí)踐中已經(jīng)安全運(yùn)行多年，證明該方案具有投資小、施工難度小、安全程度高等優(yōu)點(diǎn)。以下針對(duì)方案的設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析和總結(jié)。

1 工程概況

磨河水庫(kù)始建于1970年，是一座以防洪為主、兼顧灌溉的?。?）型水庫(kù)。水庫(kù)樞紐工程由大壩、沖沙洞和放水涵洞三部分組成，大壩為漿砌石結(jié)構(gòu)。

水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程于2012年實(shí)施，主要內(nèi)容包括:

1）對(duì)大壩下游壩坡進(jìn)行加厚；

2）對(duì)壩體進(jìn)行帷幕灌漿；

3）對(duì)沖沙洞進(jìn)行改造；

4）更新放水涵洞鋼管及閘閥；

5）管理房、道路改造，增加觀測(cè)設(shè)施。

大壩結(jié)構(gòu)見圖1、圖2。

沖沙洞位于大壩0+038 處，進(jìn)口為城門洞型，寬1.4 m，高2.1 m，進(jìn)口位于于上游壩腳位置，設(shè)閘墩及閘門槽，無閘門，采用木板封死，閘墩為鋼筋砼結(jié)構(gòu)，閘門槽距上游壩面1.2 m。

沖沙洞改造工程在進(jìn)口設(shè)鋼板閘門，閘門槽后洞頂以上采用鋼筋砼封堵，閘門尺寸為1.2 m×1.2 m。因下游壩體培厚，沖沙洞需延長(zhǎng)。

沖沙洞改造難點(diǎn)在于控制設(shè)備的安裝，壩頂至沖沙洞底板高差24.10 m，上游壩坡1∶0.1，原沖沙洞截面尺寸較小，控制設(shè)備的安裝受到限制，同時(shí)，深孔閘門啟閉力較大，對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有一定要求。

圖1 大壩溢流段立視圖

圖2 大壩剖視圖

2 沖沙洞啟閉設(shè)施結(jié)構(gòu)的方案選擇

沖沙洞的改造是工程中的難點(diǎn)，對(duì)此進(jìn)行了詳細(xì)分析，并且提出以下詳細(xì)的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行研究比較。

2.1 洞內(nèi)控制

采用鋼管沖沙，并在洞內(nèi)設(shè)置球閥進(jìn)行控制，縮小了過流截面尺寸，因?yàn)樾枰峁┤藛T進(jìn)出啟閉機(jī)室的通道，所以擴(kuò)大了涵洞尺寸。運(yùn)行管理方面存在風(fēng)險(xiǎn)，受壩體內(nèi)空間限制，需要采用價(jià)格昂貴的控制球閥，見圖3。

圖3 洞內(nèi)控制方案簡(jiǎn)圖

2.2 鋼筋砼閘墩

沖沙洞進(jìn)口處設(shè)置閘室，鋼筋砼閘墩需修建至壩頂高程，且由于水庫(kù)上游壩坡為1∶0.1，為避免閘墩結(jié)構(gòu)為上寬下窄，需在上游壩面開槽，為保證閘墩穩(wěn)定，需與上游壩體錨固，對(duì)原壩體損傷較大。同時(shí)對(duì)基礎(chǔ)強(qiáng)度要求較高，見圖4。

圖4 鋼筋砼閘墩方案簡(jiǎn)圖

2.3 鋼結(jié)構(gòu)支撐

與鋼筋砼閘墩方案類似，采用鋼結(jié)構(gòu)由下至上支撐，成本高，鋼結(jié)構(gòu)需要防腐，需與壩體錨固，對(duì)基礎(chǔ)要求較高。

2.4 鋼筋砼挑梁

沖沙洞進(jìn)口處設(shè)閘室，為了安裝啟閉機(jī)，在壩體上部挑梁，挑梁截面為變截面矩形，挑梁根部伸入壩體內(nèi)；挑梁上部設(shè)兩道支承墻；墻上部設(shè)有工作平臺(tái)；挑梁、支承墻及工作平臺(tái)均為現(xiàn)澆C25 鋼筋砼結(jié)構(gòu)。詳見圖5。

圖5 鋼筋砼挑梁方案簡(jiǎn)圖

2.5 方案的比選

綜合考慮經(jīng)濟(jì)、技術(shù)條件、施工難度及安全性、實(shí)用性等多方面因素，將多種方案進(jìn)行比選，最終選擇了鋼筋砼挑梁設(shè)計(jì)方案。方案對(duì)比分析見表1。

表1 方案對(duì)比分析表

3 挑梁結(jié)構(gòu)分析

沖沙洞改造工程方案為:在壩體0+038 處設(shè)兩根挑梁，挑梁中心間距為0.95 m，挑梁截面為變截面矩形，長(zhǎng)2.5 m，寬0.45 m，高0.5～1.0 m，挑梁根部伸入壩體內(nèi)；挑梁上部設(shè)兩道支承墻，墻長(zhǎng)2.5 m，寬0.45 m，高1.58 m；墻上部設(shè)有工作平臺(tái)，平臺(tái)頂面高程為+25 m（與非溢流段壩頂齊平），寬2.5 m，長(zhǎng)3.0 m；挑梁、支承墻及工作平臺(tái)均為現(xiàn)澆C25 鋼筋砼結(jié)構(gòu)。同時(shí)在沖沙洞進(jìn)口處設(shè)置閘室。詳細(xì)結(jié)構(gòu)見圖6、圖7。

圖6 結(jié)構(gòu)剖面圖1

圖7 結(jié)構(gòu)剖面圖2

剖面圖針對(duì)改造方案的結(jié)構(gòu)性能，從基礎(chǔ)、荷載及抗傾三個(gè)方面進(jìn)行詳細(xì)分析，以確保結(jié)構(gòu)安全。

3.1 基礎(chǔ)

該方案施工方便，不需要與上游壩體進(jìn)行錨固，對(duì)基礎(chǔ)要求低。沖沙洞進(jìn)口位于上游壩腳處，大壩基礎(chǔ)為混合花剛片麻巖，微風(fēng)化，當(dāng)初建壩時(shí)已開挖至新鮮基巖面，壩基滲透小，巖性堅(jiān)硬，不存在軟弱結(jié)構(gòu)面。工程實(shí)施過程中，上游洞口處淤積清理后，露出的基巖完整性好，質(zhì)地堅(jiān)硬，在沖沙洞進(jìn)口設(shè)置閘門或修建其他建筑物是可行的。

3.2 荷載及配筋

挑梁上承受的荷載有自重（梁自重、支承墻自重、工作平臺(tái)自重、啟閉機(jī)自重）、人群荷載、啟門力。

挑梁簡(jiǎn)化為懸臂結(jié)構(gòu)，一端固定于壩體內(nèi)。通過荷載及內(nèi)力的計(jì)算考慮梁內(nèi)鋼筋。在配置鋼筋時(shí)應(yīng)額外注意配置抗剪鋼筋，

3.3 抗傾

在開啟閘門時(shí)挑梁上產(chǎn)生傾覆力矩，通過對(duì)閘門啟閉力的計(jì)算，在梁末端給予一定的配重，在壩體內(nèi)埋設(shè)砼產(chǎn)生抗傾力矩。為了保證設(shè)備安全運(yùn)行，抗傾力矩應(yīng)較傾覆力矩大，而且應(yīng)有一定的富余量。

4 結(jié)語

本工程綜合考慮經(jīng)濟(jì)、技術(shù)條件、施工難度及安全性、實(shí)用性等多方面因素，將多種方案進(jìn)行比選，選擇了鋼筋砼挑梁設(shè)計(jì)方案。

鋼筋砼挑梁設(shè)計(jì)方案具有工程量小，投資少，施工難度小，對(duì)壩體的破壞程度最小，對(duì)基礎(chǔ)強(qiáng)度要求低，安全易于保障等優(yōu)點(diǎn)。

水庫(kù)除險(xiǎn)加固于施工已完成，改造后的沖沙洞滿足水庫(kù)的功能要求，現(xiàn)運(yùn)行良好，經(jīng)受住了多年運(yùn)行的考驗(yàn)，在實(shí)踐中驗(yàn)證了結(jié)構(gòu)的安全性及可靠性。

水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程中，由于病險(xiǎn)水庫(kù)建設(shè)年代久遠(yuǎn)，建設(shè)時(shí)期經(jīng)濟(jì)技術(shù)水平落后，多年運(yùn)行致使設(shè)施、設(shè)備老化嚴(yán)重。沖沙洞由于其功能的特殊性，通常為深孔布置，控制設(shè)施承受水頭高，往往成為改造工程中的難點(diǎn)。針對(duì)剛性壩體的沖沙洞改造，鋼筋砼挑梁具有良好的安全性、可靠性以及廣泛的適應(yīng)性。