响河水库除险加固工程设计

2013-08-15魏宏刚

水利规划与设计 2013年6期

魏宏刚

（平凉市水利水电勘测设计院甘肃平凉 744000）

1 工程概况

响河水库位于甘肃省静宁县甘沟乡响河村，坝址距县城 22km，是一座以灌溉为主，兼有防洪功能的小（1）型水库。坝址以上控制流域面积80.2km2，水库总库容225万m3。该工程于1970年 10月动工修建，1971年 10月建成并投入运行。水库设计灌溉面积 450hm2，保护耕地466.67hm2。现状枢纽工程由土坝、输水洞、溢洪道三部分组成。土坝为黄土均质坝，坝体最大高度 21m，坝顶宽 2.26m，长 147m，坝底最大宽度124 m，上游坝坡坡比1:3.0，下游坝坡坡比1:2.52。输水洞位于大坝右肩，为深孔无压涵洞，洞长 34m，纵坡比降 0.005，为圆拱直墙断面，钢筋混凝土结构，最大泄流量3.45m3/s。溢洪道位于大坝左肩，为开敞式结构，全长 170.8m，最大泄量 270m3/s，由引渠、陡坡、消力池三部分组成。引渠段长度 100m，引渠右侧采用浆砌石护砌，底板及左侧均为土质，未衬砌。引渠出口与陡坡连接，陡坡段水平板长14.8m，陡坡出口与消力池连接。消力池长 56m、宽 8.2m，池底设4道消力槛。陡坡底用C20混凝土浇筑，侧墙用块石砌筑。

2 水库存在的主要问题

经实地察勘和大坝安全鉴定分析，水库存在的主要问题有：

（1）水库淤积严重。经实测平均淤泥面高程94.100m，相应淤积库容146万m3，有效库容79万 m3；

（2）坝顶宽度不够，坝坡土体表面不平整，下游无排水棱体；

（3）输水洞进口段右侧岸坡坍塌，洞身和出口段明渠破坏严重，渠底未衬砌；

（4）溢洪道明渠段左边墙及底板未进行衬砌，尾水渠因水流冲刷和冻胀造成毁坏；

（5）上坝道路狭窄，雨季车辆难以通行，且不能直达坝顶；

（6）水库大坝坝基渗水；

（7）输水洞闸门破损，启闭机锈蚀严重，不能正常工作；

（8）水库无电力及通讯设施；

（9）缺乏必要的防汛抢险工具，无法满足防洪和运行管理需要。

3 除险加固设计方案

本次除险加固工程确定，保持现状坝高不变，加宽坝顶，对上、下游坝坡进行整修培厚，增设坝后排水棱体，进行坝基帷幕灌浆堵漏，保持溢洪道进口底板高程、底宽不变，将引渠段比降变陡，同时对未衬砌段进行衬砌，对结构完好的陡坡和消力池加以利用，毁坏部分维修。增设交通桥，对输水洞进行维修利用，更换金属结构，架设供电线路和改造管理设施。

3.1 坝体设计

根据坝体渗流、稳定复核结果，坝体渗流基本稳定，但浸润线逸出点较高，需对大坝进行加固处理。由于坝基渗漏严重，需对坝基进行灌浆处理，并在坝脚设排水棱体。

3.1.1 坝顶设计

加宽坝顶至 5m，坝顶高程 99.910m。坝顶向下游倾斜，坡比 2%。坝顶外侧设 200mm×200mmC15混凝土现浇排水沟，坝顶路面采用300mm厚砂砾石泥结处理。

3.1.2 坝体设计

（1）由于浸润线逸出点较高，且坝体下游无排水棱体，本次设计将上游坡保持 1:3坡比进行整修，下游坡进行培厚，马道以上坡比1:2.5，马道以下坡比1:3.0，马道高程89.910m，宽2.0m，内侧设0.2m×0.2mC15混凝土现浇排水沟，下游坡设3m高排水棱体，内坡比1∶1，外坡比1∶2。

（2）上游坡清除原坝面1.0m深草皮，开挖后夯实回填至设计坝坡；下游坡开挖结合槽，每台高 1.0m，开挖后夯实回填至设计坝坡，坝坡种植草皮护坡。

（3）坝顶及马道内侧设纵向排水沟，两岸岸坡均设排水沟，采用C15混凝土现浇，排水沟内水流汇入排水棱体下游。

3.1.3 坝基防渗处理

由于坝基渗漏严重，本次设计拟对坝基进行灌浆处理。坝基防渗采用帷幕灌浆处理，孔距为2m，平均深度为15 m。水泥浆采用集中制浆站制浆，水泥浆液的搅拌时间不得少于 3m in。灌浆压力一般根据孔深、帷幕设计水头和地质条件，通过灌浆实验确定。分为Ⅲ个孔序，采用逐段加密自下而上的灌浆方法进行施工。共布置94孔，总造孔深度2373.5m，灌浆深度1178.7m。灌浆后坝基吸水率ω值应不小于0.05L/m in·m。

3.1.4 排水棱体设计

在坝体下游坡脚新建排水棱体，顶宽 3m，内坡比 1:1，外坡比 1:2，棱体最大高度 3.0m，顶部高程 81.910m。排水棱体内部为 200～400mm的干砌块石。棱体与坝体坝基相接处设3层反滤层，厚度依次为 250、150、150mm，粒径D依次为5～20mm、1～5mm、0.25～1mm。

3.2 输水洞设计

输水洞前 17m长的浆砌石护坡采用重力式护坡，顶宽0.3m，底宽5m，高6.1m，采用C15混凝土现浇。输水洞洞身 0+005～0+012.3段，混凝土严重剥落部位凿深2cm，并将周围混凝土面用钢钎凿毛，然后用钢丝刷和毛刷清除混凝土碎渣，用清水冲洗干净，最后用环氧砂浆封堵。

输水洞明渠 0+039～0+047.4和 0+082.7～0+131段，右边墙水毁段的处理维持原设计，明渠底部采用C15混凝土现浇，厚度25cm，其下铺筑30cm砂砾垫层。

3.3 溢洪道设计

根据现状溢洪道地形条件及水利条件，本次加固改建后该水库可抵御300年一遇的洪水。设计溢洪道由引水渠段、陡坡、消力池及尾水渠组成（陡坡段及消力池段完好可利用，尾水渠段维修利用）。

桩号0+000～0+100为引水渠段，总长100m，进口底板高程为 93.0m，设计比降为 1/200，底宽为 12m，结构为梯形，边坡坡比为 1:1.5。0+000～0+033段渠净高 6.91m，口宽 32.73m；0+033～0+100段渠净高 4.5m，口宽 25.5m。现状右岸边墙为M 7.5砂浆砌块石砌筑，新衬砌左边墙为斜坡式结构，C15混凝土现浇，顶部厚15cm，底部厚30cm。底板为C20钢筋混凝土现浇，厚度30cm，下垫20cm厚的砂砾垫层，原土翻夯50cm。从0+000处往库区方向用C15混凝土衬砌左边墙20m及右岸坝体包头。

根据坝顶交通要求，在溢洪道顶架设1座宽3.5m，长 32m的装配式钢筋混凝土简支梁桥，基础采用深5m的嵌岩桩基，采用机械钻孔、干作业灌注桩，桩基嵌入基岩0.5m。