白鹤水库除险加固工程优化设计

2014-02-20李正琼朱文兰童远华

水利规划与设计 2014年6期

关键词：马道坝坡干渠

李正琼朱文兰童远华

白鹤水库除险加固工程优化设计

李正琼朱文兰童远华

（重庆市水利规划院重庆 401147）

本文根据白鹤水库除险加固工程施工设计工作实践，分析了水库大坝上下游坝坡、溢洪道、取水及放空设施等整治设计优化的原因及优化设计方案，总结了工程设计经验，可为类似病险水库除险加固设计提供参考。

水库工程除险加固优化设计

1 工程概况

白鹤水库位于合川区三庙镇白鹤村，距合川城区42km。是一座以灌溉为主，兼顾防洪、发电、养殖等综合利用的中型水库。水库所在河流属嘉陵江支流南溪河支流三庙河，坝址以上集雨面积42.9km2，流域多年平均降雨量1124mm。水库总库容2830万m3，有效库容2180万m3，设计正常蓄水位276m，死水位263m。设计灌溉面积5.57万亩。水库枢纽由大坝、溢洪道、取水设施、放空设施等组成。

大坝坝型为均质土坝。坝顶长208m，宽4m，最大坝高32.2m，坝顶高程280.17m。上游坝坡：从坝顶至下1:2.4～1:3.0～1: 3.5～1:7，下游坝坡：从坝顶至下1:2.0～1:1.7。坝下游沿轴线方向设有贴坡排水或堆石排水体，大坝建基面为粉质粘土。

溢洪道位于距左坝端约50m处，为侧槽隧洞式。侧堰长25m，堰顶高程276m，侧槽首端宽3m，末端宽5m，后接隧洞。隧洞长118m，比降0.0183，净宽5m，净高5.17m，直墙高3.5m，为圆拱直墙型断面。隧洞出口接34m长明渠陡槽，明渠末端通过挑流消能入河。侧槽、隧洞中除拱圈为砼外，其余均为浆砌条石砌筑。

取水设施共2座，大坝坝前左右岸各1座，均为竖井涵洞式。左岸取水竖井后接北干渠，右岸后接南干渠。竖井内径均为2m，北干渠取水竖井高13.4m，南干渠取水竖井高17.9m。竖井及涵洞采用浆砌条石砌筑。取水设施均为单一底层取水，用平面钢闸门手动螺杆启闭机控制，闸孔断面0.8×0.8m。设计取水流量：南干渠1.8m3/ s，北干渠1.7m3/s。

放空设施位于水库左岸，为竖井涵洞式。竖井内径3.4m，高30m，顶部高程279.33m。竖井及涵洞采用浆砌条石砌筑，涵洞内埋入有管道，前段为钢管，后段为砼管。竖井内设有φ600mm闸阀控制放水，放水底高程253.7m。

2 存在问题及整治内容

2.1存在问题

水库大坝下游滑坡未根治处理。水库大坝于1958年动工修建，1960年大坝修至20m高时停工，1961年遇洪水造成溃坝，1970年9月复建，于1975年3月建成。大坝修建期间曾发生过三次下游滑坡，当时曾采取在下游坝坡加宽加高堆石排水体的措施，但仍未根治下游滑坡。水库于1976年开始蓄水运行，1978年7月，当水位达到268m时，下游坝体出现9处较大面积渗漏，并出现3处坝基渗漏，当水位达到274m时，坝体渗漏严重，被迫将蓄水位限制在271m。1979～1989年曾先后两次对坝体进行过灌浆处理，由于资金不足只完成了坝身设计灌浆进尺的一半，将水库蓄水位提高到了274m，但仍达不到设计蓄水位276m。

溢洪道侧槽及隧洞段过流能力不足。溢洪道设计、校核洪水流量分别为216、297m3/s。过流能力复核结果，在设计和校核洪水情况下侧槽槽首水位高于堰顶高度均大于相应堰上水头的1/2，此时溢流堰发生淹没出流，导致侧槽过流能力不足；当通过校核流量297m3/s时，泄洪隧洞内洪水水面线较高，满足不了隧洞净空要求，隧洞过流能力也不足。

取水设施存在不能分层取水及闸门老化等问题。放空设施存在闸阀老化、竖井高度不够等问题。

2.2整治内容

为了使水库达到设计蓄水能力，消除蓄水、泄洪安全隐患，发挥水库正常效益，2001年，启动了白鹤水库除险加固工程。2001年9～10月，相继完成了该工程地质勘察工作和工程初步设计报告。2002年10月，有关部门对该工程初步设计进行了批复，批复整治的主要内容为：

（1）坝顶宽度由原4m加宽为6m，采用浆砌条石加高坝顶防浪墙。上游坝坡采用干砌块石培厚加固，并采用预制砼块护坡；下游坝坡采用碾压石渣加固坝体，排水棱体采用干砌块石砌筑。

（2）对坝基、坝肩进行帷幕灌浆；对坝体进行劈裂灌浆。

（3）对溢洪道侧槽及隧洞段进行整治。

（4）对取水设施、放空设施进行改造。

（5）新建管理房1940m2，改造进库防汛抢险公路3.6km。

3 优化调整设计

本工程施设阶段优化调整设计主要体现在大坝上下游坝坡、溢洪道、取水及放空设施等方面的整治。

3.1大坝上下游坝坡

初设方案，上游坝坡采取抛石填筑压脚和碾压块石回填，下游坝坡坡脚原排水体处采用干砌块石和碾压块石加固加厚，其上采用碾压石渣加厚坝体，设计上游坝坡1:2.0～1:3.6～1:6.6～1:2.5，下游坝坡：1:2.0～1:3.3～1:2.5。

施工优化设计，考虑上游坝坡现状已较缓，仅对其进行拟化标准和护坡设计。拟化标准后的上游坝坡从坝顶至下1:2.4～1:3.4～1:3.4～1:1.6～1:7.0，坝坡上设3级马道，马道高程268m、262m、 259m，宽分别为6m、2m、6m。由于下游坝坡较陡，经复核，在最不利工况荷载作用下，坡体的稳定安全系数仅K=0.95，与原初设一样采取放缓坝坡措施，不同的是，考虑到最大坝高仅30m，且原有块石排水体已达坝体中部，因此，将原初设的2级马道调整为1级8m宽的马道，马道高程265.5m，位于坝坡中部。放缓后的坝坡从坝顶至下为：1:2～1:2.5。马道以上采用碾压石渣料填筑，坝面采用C15砼框格草皮护坡，马道以下采用干砌块石培厚和碾压堆石压脚。

3.2溢洪道

初设方案，将侧槽后的调整段（0-010～0+000）宽度由现状8～5m统一扩大为8m，保持底坡i=0不变；对前28m长隧洞进口段（0+000～0+028）底宽由8m收缩至5m，坡度由i=0变为i=0.0925；对后段95m长隧洞浆砌石侧墙采取拆出风化层10cm后再喷10cm厚C20细石砼进行保护。该方案不仅会拆除长10m、高约13m的调整段边墙后重建，并且对隧洞进口段（0+000～0+028）需进行彻底整治，溢洪道整治工程量及施工难度均较大。

施工优化设计时，根据对溢洪道过流能力的复核结果，在保证溢洪道泄洪过流能力不变的前提条件下，仅采取对原侧槽后的调整段（0-010～0+000）及隧洞进口段（0+000～0+012.6）的底板拆除后下挖0～0.6m，再采用厚0.3m的C20钢筋混凝土现浇底板，同时采用锚筋锚固侧向底板；对桩号0+012.6以后约111m长隧洞段原浆砌条石衬砌侧墙过流面仅进行扁光处理，以减小其糙率。优化后的方案不仅易于施工，且投资较原方案减少约18万元。

3.3取水设施

初设方案，考虑在原内径2m的竖井一侧增设取水闸门以便分层取水。此方案一是分层取水闸门孔口尺寸与原深层取水闸孔尺寸一样，由于水头减少，取水流量明显下降；二是原竖井内空间较小，在竖井外侧加设闸门难于布置，螺杆启闭机螺杆上加设中间轴承后对运行管理、检修维护带来极大不便。

施工设计时采取拆除原南、北干渠取水竖井，在原地新建2座取水塔。取水塔内径均为4m，在塔内靠边设一管径DN600的垂直钢管连接坝下取水涵洞，为实现分层取水，分层采用管径DN600的水平钢管连接垂直钢管，并在每层水平钢管上设阀门控制。南干渠取水塔设3层水平钢管，最低取水管高程264m，北干渠取水塔设2层水平钢管，最低取水高程268.5m，取水层高均为4.1m。取水塔筒身采用钢筋混凝土结构，厚0.8m。该方案施工、运行、管理、维护均很方便。

3.4放空设施

初设方案，仅考虑改造阀门，加高竖井。如按原方案实施，则竖井内渗漏水排水困难，通气不畅。

由于原放空闸阀老化整治施工时水库不能完全放空，加之南北干渠最低取水高程为264m，比原放空高程高6.7m，因此，在不影响水库灌溉效益发挥的同时，水库放空高程有抬高的可能。施工设计调整后方案为，保留部分水下竖井不变，将原浆砌条石竖井拆至260m高程后采用C20钢筋砼结构重建，并将放水口高程由原253.7m抬高至261m，同时更换旧闸阀，在塔顶设管理房。