大棚沟水库除险加固工程设计

李东斌 李钊成 丛日义 钱 彤

1.沈阳农业大学水利学院，辽宁沈阳 110866；

2.凌源市应急供水建设管理处，辽宁凌源 122500；

3.凌源市凌河保护区管理局，辽宁凌源 122500；

4.朝阳市凌河保护区管理局，辽宁朝阳 122000

大棚沟水库除险加固工程设计

李东斌1李钊成2丛日义3钱 彤4

1.沈阳农业大学水利学院，辽宁沈阳 110866；

2.凌源市应急供水建设管理处，辽宁凌源 122500；

3.凌源市凌河保护区管理局，辽宁凌源 122500；

4.朝阳市凌河保护区管理局，辽宁朝阳 122000

首先确定了工程等别、建筑物级别及洪水标准，然后分别从拦河坝、溢洪道和输水洞等方面进行水库除险加固工程设计。

水库；除险加固；工程设计

大棚沟水库位于凌源市刀尔登镇南店村，属滦河水系，位于青龙河流域上游支流。河流全长3.15km；流域面积3.51km2。多年平均风速3.1m/s；多年平均最大风速14.6m/s，最大风速20m/s。河道平均纵比降48.8‰。

1 工程等别、建筑物级别及洪水标准

大棚沟水库本次复核计算总库容为29.47万m3，依据国标规定，大棚沟水库工程等别为五等，工程规模为小二型，枢纽永久性建筑物（大坝、溢洪道、输水洞）等级为五级，永久性次要建筑物（溢洪道尾水渠等）为五级，临时性水工建筑物为5级。

本次水库除险加固复核根据水库规模效益及影响范围仍按原设计标准采用20年一遇设计，200年一遇校核。

2 工程现状

大棚沟水库大坝长86m，最大坝高14m。为粘土心墙坝。地基特征为花岗岩，设防烈度为7级，坝顶高程341.86m，坝顶宽度3.0m

溢洪道形式为开敞式，宽顶堰堰顶净宽9.0m，堰顶高程338.5m，最大泄量83.0m3/s，无消力池。

输水洞形式圆涵式，洞泾200.0mm，铸铁涵管，出口形式为闸阀，最大放水流量0.19 m3/s。

3 工程存在的问题

工程存在的问题有两方面：

一是下游渠首输水渠损坏，不能向下游输水，发挥不了设计灌溉效益；

二是主要建筑物坝坡，溢洪道年久失修，影响坝体安全。溢洪道无衬砌，94年泄洪后溢洪道底破坏严重，特别是陡坡以下，泄出洪水漫延到坝脚。影响坝体安全。被鉴定为病险库。

4 水库除险加固方案选择

4.1 坝体加固方案确定

坝顶高程校核：原坝顶高程为341.86m，设计洪水位为340.33m，安全超高1.53m；校核洪水位为341.56m，安全超高为0.3m，按防浪墙顶计算为1.46m。

(1)防浪墙补厚衬砌抹面压顶。

(2)坝顶加碎石保护层0.14m，坝顶高程达342.0m。

(3)大坝前坡翻新砌筑，并加设30cm厚砾石反滤层。

(4)大坝后坡翻新砌筑，并加设30cm厚砾石反滤层。

4.2 溢洪道加固设计

4.2.1堰体部分

溢洪道为正堰式宽顶堰型，堰顶高程为338.5m，设计堰上水深1.83m，水位340.33m；校核堰上水深3.06m，水位341.56m。根据现状，溢洪道堰长为28m，两侧边墙高程与坝顶平齐，即 342.0m高程，墙高3.5米，用浆砌石挡土墙结构，堰顶底板用15cm厚钢筋砼衬砌。

4.2.2 陡槽部分

根据原溢洪道纵断现状，堰下游设两段陡槽，第一段陡槽长20m，坡度1：8；末端高程336m；第二段陡槽总长42m，与下游护坦连接。末端高程326.0m；坡度为1：4.2。

(1) 陡槽水面线推求

对于矩形断面临界水深：

经计算，两段陡槽坡度均大于临界底坡，属于陡坡。

陡槽水面线根据能量方程，用分段求和法计算，计算公式如下：

式中：Δl1-2——分段长度，m；h1、h2——分段始、末断面水深，m；v1、v2——分段始、末断面平均流速，m/s；α1、α2——流速分布不均匀系数，取1.0；θ——泄槽底坡角度，(°)；i——泄槽底坡，i=tanθ； ——分段内的平均摩阻坡降；n——泄槽槽身糙率系数，取0.015； ——分段平均流速，，m/s；——分段平均水力半径，，m。

水面线计算成果见表1。

表1 水面线计算表（单位：m）

（2）消能形式选择及消能计算：

本次设计的消能形式采用底流消能形式。

复核是否需设消力池，求临界水深及共轭水深：

式中：v1——流速，m/s；g——重力加速度；hc——收缩断面水深，m；hc"——与hc相对应的跃后水深，m；Fr1——收缩断面的弗如德数。

泄槽末端水深hc=0.56m，经计算跃后水深5.29m大于下游水深ht=1.07m，发生远驱式水跃，故需设消力池，本设计采用等矩形断面下挖式消力池。

消力池尺寸计算：

经计算L=6.9(5.29-0.56)=32.6m。

4.2.3 结构确定

堰体座落在岩基上，用15cm厚钢筋砼衬砌。陡槽部分由于冲刷和人类活动，堆积部分石渣需清理，边强基础有部分石方开挖。低洼部分回填浆砌石，表面用15cm厚钢筋砼衬砌，边墙仍为浆砌石重力挡土墙。尾水消能部分，设40m护坦，底部用30cm厚浆砌石，首端20m仍用15cm厚钢筋砼衬砌防冲。护坦做成扩散形式，以便消能。护坦末端宽度为40m，按15°角扩散。护坦末端与天然河道连接。

4.3 输水洞加固设计

输水洞出口重建启闭室；输水渠道重新砌筑。

[1]李炜.水力计算手册(第二版).中国水利水电出版社，2006，06

[2]SL274-2001碾压时土石坝设计规范.中国水利水电出版社，2004，07

Designing for Dpenggou Dam Reservoir Reinforcement

Li Dongbin1，Li Zhaocheng2，Cong Riyi3，Qian Tong4
1.College of Water Conservancy，Shenyang Agricultural University，Shenyang 110866，China；
2.Lingyuan Emergency water supply construction management office，Lingyuan 122500；
3.Lingyuan LingHe reserve administration，Lingyuan 122500；
4.Chaoyang LingHe reserve administration，Chaoyang 122000

The project scale，building level and the standard of the flood was determined at first. And then，this paper do the designing of the reservoir reinforcement project which involve the staudamm，spillway，water conveyance tunnel and so on.

reservoir；reinforcement；designing

10.3969/j.issn.1001-8972.2013.06.043