杜庄水库除险加固设计
2011-08-15段艳芳
段艳芳
(山西省水利水电勘测设计研究院,山西 太原 030024)
杜庄水库除险加固设计
段艳芳
(山西省水利水电勘测设计研究院,山西 太原 030024)
介绍了杜庄水库的基本情况,分析了水库运行存在的主要问题,提出对大坝进行削坡、培厚整治;在大坝下游增设排水体、新建防浪墙;拓宽、改造现状溢洪道等除险加固方法。通过除险加固,工程达到了预期目标,可为类似小型水库除险加固提供借鉴。
除险加固;杜庄水库;小型水库
1 工程概况
杜庄水库位于大同市大同县县城西南20km的杜庄村东,属海河流域永定河水系,控制流域面积37.1km2,总库容117.1万m3,是一座以灌溉为主兼备水产养殖的小(一)型水库,原设计洪水标准20年一遇。工程等级为Ⅳ等,主要水工建筑物级别4级。
水库始建于1987年,工程由原杜庄公社抽调各村劳动力组成专业队投劳投工建设,完全属群众性工程。1990年在库内建设一座小高灌。水库实际控制灌溉面积200hm2。
水库枢纽工程主要由大坝、溢洪道等建筑物组成。大坝为均质土坝,主坝高约10.3m,坝顶高程990.20~990.90m,坝顶长 260m,坝顶宽 11~15m。溢洪道位于大坝右岸,最大泄量9.6m3/s。溢洪道控制段为实用堰,堰顶高程988.59m,堰顶宽3m,长1.4m。堰顶两侧边墙高1.5m,泄洪槽为浆砌石连续跌水,分9级。跌水后接土质泄洪渠,底部无衬砌,长约200m,平均宽度 10~20m,纵坡为 1∶70。
2 存在问题
2009年11月经大同市水务局组织专家评审鉴定,杜庄水库为三类坝,属病险水库。为确保水库工程安全运行,有必要对其进行除险加固。
经水库安全鉴定,水库现状防洪能力未达现行规范要求。主要存在以下问题:坝体土填筑质量较差,坝顶路面不平,高低相差0.7~1m,形成较多塌陷坑;大坝上游混凝土板护坡隆鼓、塌陷严重;下游坝坡未设置坡面排水沟,形成多处水蚀冲坑、冲沟;坝后未做排水棱体等渗流控制设施;溢洪道泄流能力不足,浆砌石跌水破损严重,跌水后土质泄洪渠冲刷破坏严重;水库无任何大坝安全观测设施。
3 除险加固工程设计
3.1 防洪标准确定
按照水库库容条件,水库库容在0.01~0.10亿m3之间,为Ⅳ等工程,主要建筑物为4级,水库位于平原区,挡水高度未超过15m,且下游无主要防洪保护对象,防洪标准取下限,水库设计洪水标准为10年一遇,校核洪水标准为50年一遇。
3.2 除险加固任务
对枢纽工程进行除险加固改造,提高防洪能力,达到现行规范要求;对大坝进行削坡、培厚整治,提高大坝抗滑稳定安全系数;在大坝下游增设排水体;大坝下游坝坡增设排水沟;坝顶增设防浪墙,硬化坝顶路面;拓宽、改造现状溢洪道,提高水库泄洪能力,保证大坝安全运行;增设大坝安全监测设施。
3.3 除险加固内容
3.3.1 大坝加固设计
因坝顶凹凸不平,拟对坝顶清基后结合填筑进行平整,除险加固后坝顶高程990.90m。
水库大坝经过多次培厚加固,造成现状坝顶宽度达11~15m,远超过规范规定的3~6m要求。坝顶宽度结合坝坡整治,取10.0m,泥结石路面硬化,坝顶上游侧防浪墙设计为M7.5浆砌石结构,墙体地面以上高度1.2m,顶宽0.5m,墙体基础宽1.34m。
由于缺少必要的设计,经多次坝体加固,造成坝顶宽达11~15m,而坝坡达不到稳定边坡,实测部分坝段仅有1∶1。由于坝坡较陡,坝面形成较多纵向裂缝,随着雨水淘刷,造成坝面塌陷。从设计地质资料来看,经过多年坝体沉陷,坝体填筑质量已达不到规范要求。针对上述情况,通过对大坝原断面进行渗流和稳定复核计算,现状坝坡不能满足稳定要求。拟对大坝上、下游坝坡进行削坡碾压处理,上游坝坡整治为1∶2.5,下游坝坡为 1∶2.0。
根据大坝地质剖面图,坝体中存在级配不良砂层,经分析,其原因是坝体加固时未将原坝面砂石清除干净,导致坝体渗水,故将坝体纵向塌陷坑开挖,并将级配不良砂层挖断,回填黏土隔水层,将坝顶塌陷、渗水问题一并处理。
上游坝坡采用干砌石护坡,厚度0.4m,下设厚0.3m的碎石垫层,垫层粒径范围0.1~25mm。下游坝坡采用草皮护坡,分别在坝顶和排水棱体以上设纵向浆砌石排水沟,沿坝体每40m设一横向排水沟,坝脚排水棱体下设纵向排水沟,汇集排水棱体渗水排向下游,排水沟断面尺寸为0.30m×0.30m。
施工时因无法将水库放空,故在水库正常蓄水位以下部分采用抛石护基,经碾压干面出水面后,在此基础上进行干砌石施工。
大坝坝坡加固后在坝脚增设梯形断面的排水棱体,顶宽 1.2m,高 3.1m,内坡 1∶1.2,外坡 1∶1.7。棱体与坝体土间设两层反滤,每层水平方向厚度0.4m。
3.3.2 溢洪道加固设计
溢洪道位于大坝右岸,为保证水库防洪标准达标,拟对原溢洪道进行拆除重建。该水库因有基流存在,每年蓄水量有保证,并可实灌200hm2耕地,为了保证其经济效益,针对溢洪道无控制设施的特点,溢洪道采用拓宽而不挖深的处理方案。溢洪道控制段、泄槽段、消力池段采用钢筋混凝土结构。控制段长4.0m,矩形断面底宽5.0m,采用折线形实用堰,堰高1.2m,堰顶宽2m,堰顶高程988.59m;泄槽段总长14.93m,矩形断面底宽5.0m;底板厚0.6m,边墙高3.0m,墙厚0.5m;消力池长16.0m,池深1.3m,宽5.0m,边墙高4.5m;退水渠段长40m,出口接5m抛石防护。
3.3.3 坝体观测设计
小型土石坝的观测一般以肉眼巡检和外部观测为主,针对大坝目前无任何观测设备的情况,结合工程运用要求,大坝安全观测除日常巡视检查外,还设置了大坝外部变形观测,包括坝面沉降观测和坝面水平位移观测。
4 结语
通过除险加固,工程达到了现行规范要求,能较好地发挥农业灌溉经济效益,并通过对该水库现状问题进行针对性处理,可对类似小型水库工程的除险加固处理提供一定的借鉴作用。
TV697.3
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1004-7042(2011)09-0042-02
段艳芳(1983-),女,2008年毕业于华北水利水电学院水利水电工程专业,助理工程师。
2011-07-11;
2011-08-16