浅析南乔水库除险加固工程方案设计

2016-09-07孔洁惠

山东水利 2016年4期

关键词：泄洪洞坝坡坝顶

孔洁惠

（临汾水利勘测设计院，山西临汾 041000）

浅析南乔水库除险加固工程方案设计

孔洁惠

（临汾水利勘测设计院，山西临汾 041000）

南乔水库运行30多年来，因水库先天条件不足，加之年久失修，存在着诸多问题。本文介绍了南乔水库存在的问题，分析了水库除险加固的必要性和除险加固工程的设计方案。

现状与问题；除险加固；设计方案

1　水库现状及存在的问题

南乔水库位于临汾市尧都区县底镇城隍村南约1.2 km的南乔沟内，该水库于1973建成蓄水，是一座以灌溉为主兼有防洪、养殖的小（2）型水库，水库坝址以上控制流域面积8 km2。水库枢纽由大坝、溢洪道、泄洪洞组成。

水库目前主要存在主要问题：①大坝防洪不满足200年一遇洪水校核标准；②坝顶宽约3 m不符合规范要求，坝顶及上下游坝坡有多处塌坑；③溢洪道断面不规则，为土基，无衬砌及消能设施；④泄洪洞进口损坏；⑤大坝无观测设施、无水情测报系统。鉴于工程存在的主要问题，2009 年7月，省水利厅组织有关专家结合安全鉴定报告进行了现场察看和技术评审，安全鉴定结论为三类坝。

2　除险加固设计方案

除险加固工程方案如下：1）采取防洪工程措施，以使水库防洪标准达到规范要求；2）改建右岸泄洪洞进口，保证泄洪洞正常使用；3）对大坝上下游坝坡进行整治，对上游坝坡干砌石护坡进行维修。拟定了两个方案进行比选：

方案Ⅰ：溢洪道进口为开敞式无控制宽顶堰，堰顶高程570.0 m，净宽10 m；

方案Ⅱ：溢洪道进口为开敞式无控制宽顶堰，堰顶高程570.0 m，净宽6 m；

根据调洪演算成果及现状溢洪道地形等方面分析，方案Ⅰ的主要优缺点是：①溢洪道现状底宽6 m，宽度增加只能向山体侧开挖，工程量较大，且布置较为困难；②无淹没与库区占地问题。方案Ⅱ的主要优缺点是：①坝顶需修建1 m高防浪墙；②溢洪道现状底宽6 m，能有效利用现有泄槽，工程布置合理，且工程量较小；③无淹没与库区占地问题。

经综合比较并参考水利部水总（2008）428号文件中有关意见，本次设计采用方案Ⅱ，即大坝增设1 m高防浪墙，改建溢洪道净宽6 m。

水库除险加固工程的主要建设内容：①大坝工程。整治大坝上下游坝坡，坝顶加宽至5 m，对上游坝坡干砌石护坡进行维修，修建1 m高防浪墙；②改建溢洪道工程。即原溢洪道部位改建6 m宽开敞式溢洪道，堰顶高程570.0 m；③改建泄洪洞进口工程。在泄洪洞进口增设阀门井。

3　大坝整治工程

3.1防浪墙高程

水库大坝级别为5级，吹程0.6 km，多年平均最大风速18 m/s。坝顶超高根据《碾压土石坝设计规范》（SL274-2001）中的公式计算：

式中∶y为坝顶超高，m；R为最大波浪在坝坡上的爬高，m；e为最大风壅水面高度，m；A为安全加高，m。

坝顶高程按设计洪水位加正常运用的坝顶超高和校核洪水位加非常运用的坝顶超高分别计算，取其大值，详见表1。

表1　坝顶高程计算结果

由上表可知，在坝顶增设1m高防浪墙可以满足防洪要求。

3.2大坝整治

3.2.1大坝现状

南乔水库大坝为均质土坝，坝顶高程573.5 m，坝顶长109 m，坝顶宽约3 m。上游坝坡坡比1∶2。下游坝坡分为二级，一级坝坡573.5～561.5 m，坡比1∶2，561.5 m处设4 m宽马道，二级坝坡561.5～557.5 m，坡比为1∶2.5，下游坝坡无护坡。坝顶无防浪墙，路面为原填土面。根据《碾压土石坝设计规范》（SL274-2001），现状坝顶宽约3 m不符合规范要求，坝坡稳定安全系数经计算不满足规范要求，故需对大坝进行整治。

3.2.2坝坡整治措施

1）上游坝坡整治。针对上游坝坡存在的问题，先清除坝坡损坏的护坡，然后按设计断面整治，坝坡坡比仍为1∶2。护坡采用干砌块石，下设反滤层。干砌石护坡厚度按下式计算：

式中：Q为干砌块石的平均重量Q= 0.525ρkDm3；ρk为块石的密度；D为石块的换算球形直径。计算结果为0.22 m，取护坡厚度为0.3 m，反滤层自上而下采用20 cm厚砂砾石及10 cm厚粗砂。

2）下游坝坡整治。因原坝顶宽度不满足规范要求，故将下游坝坡坡面清除0.5 m，然后培厚至设计断面，即坝轴线向下游侧偏移1 m。下游坡面采用草皮护坡，设置纵、横U型排水沟。

3）坝顶整治。下游坝坡培厚至设计断面后，坝顶宽度为5 m，坝顶设20 cm厚泥结石路面，坝顶上游侧设1 m高M10浆砌石防浪墙。

3.3大坝稳定分析

坝坡稳定分析按简化毕肖普法静力分析，简化有效应力法计算。选取主河床最大坝高断面对整治后的坝坡进行稳定计算，因坝基存在1.5～2 m厚砂砾石透水层，筑坝时未予截断，故坝体浸润线按照有限深透水坝基计算确定，坝体土料物理特性指标按照钻孔取样试验结果分析选用，土料物理特性选用值见表2。

表2　坝体土料物理力学指标表

计算分正常运用和非正常运用两种情况。正常运用情况下，上游坡为正常高水位以及正常高水位缓降至死水位时的稳定渗流情况，下游坡为正常高水位时的稳定渗流情况；非常运用情况下，上游坡为库水位骤降以及正常高水位加地震时的稳定渗流情况；下游坡为正常高水位加地震以及校核洪水位时的情况。坝坡稳定安全系数按《碾压土石坝设计规范》（SL274-2001）附录D中简化毕肖普法公式进行计算，计算成果见表3。