探討泄洪與消能建筑物加固改造設(shè)計

楊娟

（貴州省岑鞏縣水務(wù)局，貴州 岑鞏 557801）

1 標(biāo)子塘水庫工程概述

標(biāo)子塘水庫建于1976 年10 月，于1978 年9 月建成蓄水?？値烊?9.3 萬m3，是一座V 等?。?）型水庫工程。水庫樞紐由大壩、泄洪表孔和放水涵管等主要建筑物組成，主要建筑物級別為5 級，水庫正常蓄水位597.90m。大壩為漿砌石圓弧單曲拱壩，兩端設(shè)推力墩，壩頂寬度為1.25m，壩頂弧長43.5m，左壩端推力墩長9m 左右，右壩端推力墩長5.2m 左右。壩頂高程598.38m，建基面高程585.0m，壩底寬1.9m，最大壩高13.38m。溢流表孔布置于大壩偏右壩段，為單孔凈寬12m 的自由溢流表孔，堰型為寬頂堰形狀的壩頂溢流堰，兩端無導(dǎo)墻，堰頂高程597.9m，堰頂和堰壁破損嚴(yán)重，放水涵管布置于588.125m 高程右壩端，鋼管穿壩體引至下游渠道，管徑25cm，出口設(shè)閘閥和閘閥室。各頻率洪水及水位成果如表1 所示。

表1 各頻率洪水及水位成果

2 標(biāo)子塘水庫存在的問題

大壩存在的主要問題就是大壩壩體上游面防滲層脫落和破損嚴(yán)重，防滲層在蓄水位以下部位局部出現(xiàn)裂縫，壩體未見錯動及裂縫等異常跡象，大壩壩面較平整，壩基巖體透水率大，左、右岸山體存在繞壩滲漏現(xiàn)象，在大壩下游壩腳放水涵出口存在約5.0L/s 的滲漏流量。堰頂和堰壁破損嚴(yán)重，溢流堰過流能力嚴(yán)重不足。下游設(shè)有消力池，拱冠梁斷面位置池身長7.5m，底板高程586.5m 左右，表面堆積物較多，平整度較差。放水涵管鋼管穿壩體引至下游渠道，管徑25cm，出口設(shè)閘閥和閘閥室，鋼管和閘閥銹蝕嚴(yán)重，閘閥已不能正常工作，閘閥室破損嚴(yán)重。其次是水庫運行管理存在的問題，水庫未設(shè)置基本的水情及工程監(jiān)測設(shè)施，缺乏必要的交通、通訊等管理設(shè)施，不利于水庫的運行管理和防洪調(diào)度。水庫運行管理的規(guī)章、制度不齊全。

3 加固改造方案分析

現(xiàn)有溢流表孔的過流能力不足導(dǎo)致大壩的防洪標(biāo)準(zhǔn)偏低，通?？刹扇? 種處理方案：①方案一：維持現(xiàn)有的溢流表孔現(xiàn)狀，加高大壩。②方案二：不加高大壩（或加高大壩但不增加淹沒），加寬溢流表孔過流凈寬，并且改造溢流表孔形狀，提高過流系數(shù)。③方案三：維持現(xiàn)有溢流表孔現(xiàn)狀，不加高大壩，增設(shè)新的溢流設(shè)施。方案一單純從加高大壩來抵御防洪要求，必然會導(dǎo)致校核洪水位和設(shè)計洪水位抬高，故壩體承擔(dān)的應(yīng)力水平增加，對基礎(chǔ)的灌漿處理方案要求更加嚴(yán)格，并且導(dǎo)致庫區(qū)尤其是左岸的部分農(nóng)田淹沒，此方案不經(jīng)濟且技術(shù)風(fēng)險較大。方案三需要新增過流建筑物，結(jié)合現(xiàn)場的實際情況看，只有新增泄洪隧洞，從過流復(fù)核成果看，不足的過流流量并不大，顯然此方案極不經(jīng)濟。方案二只針對溢流表孔進行改造，適當(dāng)加高壩體，不新增泄洪設(shè)施，從提高表孔自身的過流效率考慮，從技術(shù)風(fēng)險和投資上是最合理的。壩頂整治如圖1 所示。

圖1 壩頂整治

4 泄洪、消能建筑物的加固改造設(shè)計

4.1 消力池設(shè)計

現(xiàn)有消力池池身最大凈長度（拱冠梁剖面位置）為7.5m，混凝土澆筑，底板高程586.5m，尾部設(shè)40cm 厚80cm 高的導(dǎo)墻接兩壩肩巖體，形成小型水墊塘。在右端結(jié)合取水管閘閥室，設(shè)有混凝土支墩，再靠右部設(shè)有過水口，寬30cm 左右。目前消力池導(dǎo)墻質(zhì)量尚完好，在底板上存留部分雜土雜石和堆積物，此次改造予以清除?？紤]到減小消力池底板揚壓力作用，本次除險加固增設(shè)底板基礎(chǔ)固結(jié)灌漿，深入基巖5m，灌漿孔間距2m，梅花形布置。消力池改造斷面如圖2 所示。

圖2 消力池改造斷面

4.2 溢流表孔設(shè)計

為提高溢流堰過流能力，需將現(xiàn)在的寬頂堰形狀的溢流頭改造成過流效率較高的實用堰，將堰頂向上游沿597.9m 高程拱圈平移，以延長溢流堰的吃水長度，加寬溢流堰的溢流凈寬度至15m。施工時，將溢流壩段壩體拆除至596.9m 高程，澆筑C20 溢流頭混凝土，布置φ25 錨筋（植筋的方式植入壩體）以增加實用堰與壩體的連接的穩(wěn)定性，上、下游面分別形成懸挑，增加溢流面的流程，改善過流條件，同時，增加跌流水舌的射距。為使過流流態(tài)更加順暢，在溢流堰兩端的壩體上采取植入錨筋的方式，增設(shè)C20 混凝土導(dǎo)墻，厚0.5m，流向長度2.95m，使得下泄水流進流順暢，出流歸槽。溢流表孔改造斷面如圖3 所示。

圖3 溢流表孔改造斷面

4.3 壩下消能設(shè)計

與有利的消能區(qū)水利條件相結(jié)合，在對壩下消能防護進行設(shè)計規(guī)劃時，應(yīng)使用護岸不護底的天然水墊塘進行消能。通過現(xiàn)實實踐的過程成中，可以運用水工試驗的方式進行驗證，在消能洪水工況下，中控的最大的沖坑深設(shè)置在4m，中控控制下泄流量控制為700m3/s，沖坑的壩腳與上端的距離應(yīng)保持在114m，兩側(cè)坡比是1:7.7，上游坡比為1:3.75，中孔的挑距設(shè)置較遠。因考慮到對沖坑會產(chǎn)生一定的影響，所以對水墊塘消能區(qū)域的坡腳設(shè)置混凝土鐵坡防護。大壩下游面現(xiàn)狀如圖4所示。

圖4 大壩下游面現(xiàn)狀

4.4 泄洪設(shè)計

標(biāo)子塘水庫工程的泄洪設(shè)計主要分為，泄洪中心線與泄洪軸線的選擇和表、中孔的布置兩種。對于泄洪中心線與泄洪軸線的選擇方面，可以根據(jù)其下游的地勢情況，可以向拱壩中心線的右岸位置偏移6.5°來作為泄洪的軸線。通過運用模型實驗進行驗證可以得出，水舌入水的寬度都能基本的落在主河床內(nèi)，不會沖刷到岸坡。對于泄洪軸線的選擇，因為泄洪軸線的直徑的選擇會直接影響到泄洪水流的落點，一般情況下，當(dāng)半徑的取值越小時下泄水流向心集中的現(xiàn)象越嚴(yán)重，在一定程度上造成下河床的沖刷。由于大壩下游的基本情況，可以把表孔堰頂選擇為泄洪軸線，可取半徑為300m，在此選擇的泄洪軸線可以在一定程度上保障水布滿河床，并且還不會對兩岸的岸坡造成沖擊。對于表、中孔的布置，可以與下游到地勢特點相結(jié)合，以控制水舌入水的寬度為基本原則，在平面上進行相間布置的措施，把中孔設(shè)置在表孔的左右中墩下部的位置，并且還要與泄洪的中心線保持對稱，溢流前緣的寬度應(yīng)控制在58m 左右。表孔孔口的寬度為12m，堰頂高程為408m。因考慮到消能的需要，表孔出口設(shè)置俯角鼻坎或者是挑角，這樣可以進一步促使表孔水舌可以再縱向上分入水，減輕下泄水流所帶來的沖刷。此外，表孔在堰頂設(shè)置弧形閘門，但是沒有設(shè)置檢修閘門，當(dāng)在枯水時期，水位下降到地域408m 的高度的時候，可以開展工作閘門檢修的工作。在孔的出口設(shè)置尺寸為5m×7m 的弧形工作閘門（這里指的是寬5m，高為7m）。通過運用泄流能力計算，可以得出夏季的防汛水位一般都在403m 左右，中孔泄流量為1673m3/s，可以達到下游防洪調(diào)度的要求。在對謝工建筑物進行設(shè)計時，應(yīng)結(jié)合樞紐工程防洪調(diào)度，做一下調(diào)洪演算的工作[1]。

4.5 基坑的排水及清污

圍堰填筑并進行機械碾壓夯實后進行基坑排水，按照基坑水量約10 萬m3計算，配備8 臺排污泵進行排水。在對基坑進行排水的過程中，應(yīng)采用緩慢降低水位的方式，并在排水的過程中加強對堰體的變形檢測和巡視檢查的工作，從而確保圍堰的安全性。為進一步對新舊混凝土面和地板基礎(chǔ)免得粘結(jié)性進行加強，需要對消力戽地板的基巖面的松動塊及淤積的東西進行清理，可以采用切割機、煤氣噴槍、沖擊鉆等設(shè)施對原始的河床進行人工鑿毛處理。引水管及控制閘閥室設(shè)計斷面如圖5 所示。

圖5 引水管及控制閘閥室設(shè)計斷面

4.6 溢流面常態(tài)混凝土缺陷處理

在施工的過程中，可以運用基面處理、噴涂底膠、填筑彈性環(huán)氧砂漿、壓平處理等施工方式進行處理。在對溢流面常態(tài)混凝土缺陷處理的過程中，首先可以使用切割機對修補邊界切割規(guī)整，然后再使用手釬對混凝土基面的松土部分進行鑿除，這里值得注意的是對于深度不足0.5cm 的區(qū)域可以鑿到0.5cm 即可，可以清楚混凝土基面的松散顆粒、薄弱層等，用高壓水進行反復(fù)的沖洗，然后使用煤氣烤槍進行烘干處理。等到表面干燥后，就可以對基面涂上涂一道環(huán)氧樹脂底膠，等表面干燥后再填筑彈性環(huán)氧砂漿[2]。當(dāng)深度在超過5cm 的混凝土蜂窩，可以使用拌制的環(huán)氧樹脂細石混凝土分層填入坑槽，這里的每一層都不能超過5cm 厚，特殊情況下可以將表面設(shè)置模板，修補邊緣用角向磨光機打磨深5mm 的連接槽，用彈性環(huán)氧砂漿將周邊和表面修補密實平順。

5 結(jié)語

綜上所述，本文通過對標(biāo)子塘水庫泄洪消能設(shè)置加固處理，進一步增大了溢流面預(yù)制塊間和預(yù)制塊與碾壓混凝與之間的連結(jié)作用，加強了大壩的底部及壩趾的防護結(jié)構(gòu)，大壩泄洪消能設(shè)施整體的沖刷性也得到了顯著的提高。本次通過對其加固采用的方法也是多種多樣的，比如對泄洪進行改造設(shè)計以及溢流表面補強加固等方式進行泄洪消能。且此次改造的結(jié)果也表明了這些方法的優(yōu)點也很多，比如施工質(zhì)量易于控制、施展性好等，為以后對此類工程的補強加固積累了豐富的實踐經(jīng)驗，為以后工程的施工提供借鑒。