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打虎沟水库除险加固方案探析

2015-08-15宋丽丽

陕西水利 2015年1期
关键词:砌石坝顶溢洪道

宋丽丽

(府谷县防汛办 陕西 府谷 719499)

1 工程概况

打虎沟水库位于府谷县黄甫川左岸支沟打虎沟上,属暖温带、中温带干旱、半干旱大陆性季风气候,特点是:冬长夏短,春秋不明显,冬春少雨雪,多风沙,无霜期短,昼夜温差大;多年平均降雨量435mm,降雨集中在7、8两个月,占年降水量的56%。打虎沟水库由府谷县黄甫镇黄甫前村组织群众投劳投工实施,府谷县水电局派员技术指导,1975年12月建成。枢纽建筑物包括均质土坝、溢洪道。大坝为水坠均质土坝,坝高 20m,坝顶高程 894.0m(假定高程120.0m),坝顶长 109m,坝顶宽5m,坝基宽99m,迎水坡坡比1∶2.4,背水坡坡比1∶2.3。溢洪道建在大坝右岸,为窄深式简易土质渠道,未衬砌,堰顶高程889.0m(假定高程115m),宽1.6m,深5m,长33m。水库控制流域面积3.4km2,总库容80万m3,是一座以防洪、拦沙为主,兼顾灌溉等综合利用的小型水库。

打虎沟水库运行30多年来,发挥了较好的社会效益和经济效益:一是防洪保安,保护了下游三个自然村防洪安全;二是拦截泥沙,截止2006年底拦截泥沙45万m3,减少了入黄泥沙;三是为库区周围500余亩农田提供灌溉水源;四是改善了区域生态环境。但是,由于水库目前带病运行,水库本身和下游村庄安全己受到严重威胁。

2 打虎沟水库存在的主要问题

打虎沟水库无设计、无批文、无施工、无竣工验收文件和图纸等资料,属典型的“三边”工程,施工质量具有“先天不足”,多年来一直处低水位运行,没有最大程度地发挥应有的效益。水库工程存在的主要问题有:

(1)水库淤积严重。

打虎沟水库无排沙设施,上游来沙全部拦截,减弱了水库防洪和兴利调蓄能力。打虎沟水库建成运用以来,随着水库泥沙淤积的增多,库水位在不断上升。1987年溢洪道曾过水泄洪,仅排出少量泥沙,多年来上游来沙全部拦截在库内,近年来库水位基本上在888.4m~889.0m范围内变化,现淤积高程为888.4m,大大降低了水库的防洪调蓄能力。

(2)大坝损毁严重。

打虎沟水库竣工投运以来,一直粗放管理。大坝迎水坡没有防护和排水措施,坝内坡风浪淘刷,坝外坡雨水冲沟多,背水坡出现渗水、流泥现象,影响大坝运行安全。水库土质溢洪道多年来不断塌方,淤积堵塞严重。1987年溢洪道曾泄洪运行,出水过程中渠道刷深0.5m~1.5m,两侧塌土现象严重,陡坡段现已完全毁坏。

(3)水库无放水设施影响灌溉效益发挥。

大坝无放水洞、溢洪道毁坏。目前,库内虽有水,库下游有地,但无法灌溉或成本过高,现状溢洪道不能泄洪运行。

(4)水库无安全预警设施,大坝无安全监测设施,不能满足防汛抢险需要。

2007年4 月榆林市水利局组织有关专家,按照《水库大坝安全鉴定办法》之规定,对打虎沟水库大坝进行了安全鉴定工作,评定打虎沟水库大坝为三类病险坝,建议管理单位“应尽快对该水库进行除险加固,确保大坝安全及正常运行”。

3 除险加固方案

3.1 工程任务

打虎沟水库为已成工程,故本次除险加固工程的实施应充分考虑到该工程的历史和现状,尽可能不影响水库的正常运行。按大坝安全鉴定报告书并结合本阶段水文等有关成果,此次除险加固工程的具体任务为:加高大坝,整修坝坡,增设坝坡防护、排水、坝下反滤设施;新建泄水洞,改造溢洪道;增设大坝安全监测设施;改善管理条件,更新防汛通讯、预警设施等,购置防汛抢险交通工具,改造上坝道路。

3.2 正常蓄水位确定和调洪计算

打虎沟流域无实测径流资料,根据打虎沟流域径流特点及现有的水文资料情况,本次采用径流系数等值线图法、径流深等值线图法和面积比拟法计算。采用高石崖站面积比拟法计算成果,即打虎沟水库多年平均径流量为21.4万m3。打虎沟水库1975年12月建成,截止2006年底库淤积泥沙45万m3,多年平均淤积量1.45万m3。据此推算水库后续运行20年其淤积量为29万m3,则水库运行20年后的总淤积库容为74m3,对应淤积面高程为894.5m,由此确定本次除险加固设计正常蓄水位为894.5m。校核洪水位和设计洪水位通过调洪计算确定,起调水位为894.5m,溢洪道宽度4.0m,调洪演算成果为:校核洪水位897.73m,库容 104.85万 m3,溢洪道泄量33.14m3/s。设计洪水位 896.37m,库容90.7万m3,溢洪道泄量14.89m3/s。

3.3 大坝加固处理

(1)大坝坝顶道路设计

根据打虎沟水库大坝坝顶高程计算结果,坝顶加高至898.70m高程。坝顶宽度5.0m,改造坝顶道路,设计标准为四级道路,路面采用20cm厚的泥结石路面,下部铺设20cm厚的碎石垫层路基,上游侧设M7.5浆砌石路沿,下游侧设M7.5浆砌石坝顶排水沟。

(2)迎水坡改造处理

原大坝上游坡面无护坡,为保护上游坝坡安全,本次加固设计结合对大坝的加高培厚对迎水坡进行整修改造处理。填土培厚清除表层0.5m左右的松动浮土,对上游坝坡采用0.3m厚浆砌石内嵌干砌石护坡,砌石底高程至现淤积面以下1.0m,下部铺设0.2m厚的砂砾料垫层。

(3)背水坡加固处理及增设坡面排水系统原大坝下游坡坡面破损不整、未砌护,且无排水系统。因此,对背水坡采用种植植物防护,下游坝坡及两侧岸坡设置纵向排水沟,马道平台设置横向排水沟,与岸坡排水沟相接将水直接导入下游河床。坝坡、岸坡、马道排水沟均采用浆砌石结构。坝顶、下游坝坡,以及下游马道设置0.3m×0.3m浆砌石矩形排水沟,左右两岸坡设置0.5m×0.5m浆砌石矩形排水沟。下游坝坡脚设置排水棱体,排水棱体顶高程881.0m,顶宽2.0m,内侧坡比为1∶1.5,外侧坡比为 1∶2.0。

3.4 新建放水设施

新建放水建筑物由放水卧管、输水涵管及输水明渠的组成,位于大坝左岸。卧管采用台阶式取水方式,其断面最小尺寸为1.0m×0.6m。岸坡处地面高程为891.00m,卧管纵坡比为1∶2,卧管放水口采用阶梯式布置,卧管共设14级,每级高差0.5m,采用C20钢筋砼结构。各级放水孔进口高程分别为891.00m~897.00m。其中正常蓄水位894.50m以下布设7级,校核水位至正常蓄水位之间设6级。各级放水孔孔口尺寸均为φ0.3m的圆孔。卧管采用预制圆台体封盖。为便于卧管放水孔操作运行,卧管顶部至右岸坝肩回填一条宽1.5m的运行管理便道。

本次除险加固拟定正常蓄水位为894.50m,卧管底部地面高程为887.00m,故拟定涵管进口高程为889.00m,涵管坝后出口处高程维持原设计高程不变即为888.00m,涵管全长60m,设计坡比为0.02。卧管底部接φ1m预制钢筋混凝土涵管,涵管按明流设计。涵管沿轴线基础均为土基,为防止基础发生不均匀变形,设置两层基础,即底部设厚0.3m的浆砌石,上部现浇鞍式混凝土管座,管座沿线设有适应地基沉降的永久缝,缝间距为12m。为避免涵管上部填方发生过大沉降危及涵管安全,要求沿管线的所有填方(坝体范围内、外)的压实度均需达到98%。为防止沿卧管发生集中渗流,卧管在坝轴线上游部分设置两道截水环,截水环间距10m。

3.5 溢洪道加固设计

溢洪道按5级建筑物设计,洪水标准按20年一遇洪水设计、200年一遇洪水校核。当200年一遇洪水时,坝前达到最高洪水位为897.73m,溢洪道下泄量28.79m3/s;20年一遇洪水时,坝前达到最高洪水位为896.37m,下泄量14.83m3/s。考虑原溢洪槽未衬砌,淤积、分化严重,除险加固设计将在原溢洪道位置新建正向开敞式溢洪道。溢洪道由引渠段、控制段、泄槽段及尾渠段等部分组成,总长度100.728m。

现状引渠段为土渠,渠道断面形状不规整。本次加固设计引渠为矩形断面,长度8.5m,底宽由6m渐变为4m,底坡设计比降为i=0;进水渠底板高程为893.5m,墙顶高程898.7m;底板浆砌石厚度为0.3m,左侧墙为重力式挡墙,侧墙顶宽0.3m,坡比为1∶0.3;右侧墙为斜坡式,侧墙厚0.3m,坡比为1∶0.5。在设计坝顶坝轴线位置新建混凝土结构宽顶堰,堰顶高程为894.5m,墙顶高程为898.7m,宽顶堰宽4m,顺水流向长5m,左侧墙为重力式挡墙,侧墙顶宽0.3m,坡比为1∶0.3;右侧墙为斜坡式,侧墙厚0.5m,坡比为1∶0.5。墙顶设计交通桥与坝顶连通。

加固改造溢洪道泄槽采用梯形断面,底宽4m,侧墙坡比为1∶0.5,纵向采用两级坡。第一级坡坡比i=0.2,总长13.56m;一二级陡坡之间设渐变段,渐变段转角为15.26°,控制半径为30m,长度为7.53m;第二级坡坡比i=0.5,总长20.4m;二级陡坡末端接挖深式消力池;泄槽段采用M7.5浆砌石和C20钢筋砼结构,即内壁为0.15m厚C20钢筋砼结构,外侧为0.3m厚浆砌石结构。

3.6 大坝安全监测设计

依据规范,为了及时准确的掌握大坝水库上下游水位情况,本次除险加固设计中,设置2组水尺。同时为了及时监测坝体及坝基的渗流量情况,在大坝下游侧设置量水堰。

4 结语

打虎沟水库是小(二)型水库,属三无工程,经过30年运行,已出现的工程病害问题使水库不具备基本运行条件和能力,无法进行正规化、规范化的管理,严重威胁下游群众生命财产安全。通过分析水库病险问题,分别给予加固和更新建设,可有效提高水库运行能力,保障下游800人安全和540亩耕地的灌溉问题,可有效拦截1.1万m3的泥沙入黄,经济生态效益显著。陕西水利

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