新建水库除险加固设计探析

2017-04-07田娟

山西水利 2017年1期

关键词：坝坡闸室消力池

田娟

（临汾市水利勘测设计院，山西临汾 041000）

新建水库除险加固设计探析

田娟

（临汾市水利勘测设计院，山西临汾 041000）

新建水库位于曲沃县曲村镇新建村东南，是一座以防洪为主，兼顾灌溉的小（二）型水库。经有关专家鉴定，大坝安全类别评定为三类坝。针对水库存在的主要问题，提出了相应的除险加固方案。通过工程加固，可消除安全隐患，保障人民群众生命财产安全。

工程现状；除险加固；新建水库

1 工程现状

新建水库位于曲沃县曲村镇新建村东南，是一座以防洪为主，兼顾灌溉的小（二）型水库，坝址以上控制流域面积23.0 km2，设计总库容37.1万m3，兴建于1964年5月，1965年9月投入运行。

枢纽工程由大坝、溢洪道、灌溉洞三部分组成。大坝为均质土坝，正常高水位432.30 m，设计洪水位432.47 m，校核洪水位433.85 m。坝顶高程433.9 m，最大坝高7.5 m，坝顶宽3.0 m，长115 m，坝顶未设防浪墙。上游坝坡1∶3.0，下游坝坡1∶3.6，坝基宽33.5 m，下游未设岸坡排水，上下游坝坡均未设护坡。现状溢洪道位于大坝左岸，为开敞式砖砌矩形结构，进口底高程432.9 m，下游无消能设施，最大泄洪流量2 m3/s。现状灌溉洞位于大坝右岸，与大坝交点桩号0+101.3，为直径600 mm的无压混凝土管，手动闸门控制，进口底高程428.51 m，最大放水流量1.2 m3/s。

根据《水利水电等级划分及洪水标准》规定，工程等别为Ⅴ等，主要建筑物和次要建筑物均为5级，设计洪水标准为10年一遇，校核洪水标准为20年一遇，溢洪道消力池按设计洪水标准为10年一遇。

2 存在问题

由于水库建于20世纪60年代初，属于典型“边勘测、边设计、边施工”工程，加之现已运行50多年，工程老化不可避免，除险加固迫在眉睫。主要存在以下问题：大坝为均质碾压土坝，坝顶未设防浪墙，上下游坝坡无护坡，下游坝坡无排水设施，汛期水量大，蓄水后影响坝体的稳定。溢洪道无消能设施，断面小，影响泄洪。灌溉洞闸室、闸门损坏严重。现状防汛抢险道路为土路，宽3～3.5 m，不满足防汛抢险要求。

3 工程除险加固措施

3.1 大坝整治

除险加固后坝宽4.0 m，坝长115 m，坝顶上游侧设防浪墙长93 m，高1.0 m，墙厚400 mm，为M7.5水泥砂浆砌石结构；坝顶路面清理整平后，采用200 mm厚砂砾石硬化，路面以2%坡度向下游侧倾斜并设浆砌C20混凝土预制块道边石。

现状上游坝坡1∶3.0，为土坡，局部坑洼不平，为加强上游坝坡的稳定，保护坝体土料不受水流冲刷，对上游坝坡采用干砌块石护坡，防护面积1 800 m2。先清理表层杂物等，随后按设计坡度分层夯填土至相应设计高程，最后在高程428.23～433.90 m处全部采用干砌块石护坡，从上至下层依次为400 mm厚干砌块石，200 mm厚碎石垫层，200 mm厚砂子垫层。

考虑防汛抢险要求及交通方便，本次改造将现状3 m坝顶加宽至4 m，现状坝坡为1∶3.6，坝顶加宽时下游坝坡接近坝顶部分需培厚，整治后下游坝坡为1∶3～1∶3.6。下游坝坡培厚前，需先对下游坝坡进行清理，清除杂物、表层腐植土等，再分层夯填至设计坡度，要求压实度不小于0.96。下游共设岸坡排水沟105 m，其沟底宽0.3 m，深0.25 m，为M7.5水泥砂浆砌石结构。

3.2 改建溢洪道

溢洪道位于大坝左岸，由引水渠段、闸室段、泄槽段、消力池段、海漫段组成，总长74 m。设计采用重力式挡土墙，侧墙与底板为分离式结构。

引水渠段设计：引水渠段为M7.5水泥砂浆砌石结构，长9 m，底宽17～19.8 m，底板厚0.5 m，底高程429.28～429.73 m，坡度-1/20。在底板上游设齿墙，深2m，厚0.5～1.0m。左侧墙高4.17～4.67m，墙顶宽0.5m，底宽2.2～2.6 m，基础宽2.8～3.2 m，基础厚0.8 m；右侧墙呈半圆形布置，半径2.5 m，总长21 m，墙高4.62～0 m，墙顶宽0.5 m，底宽0.5～2.6 m，基础宽1.1～3.2 m，基础厚0.8 m，两侧墙顶均设0.2 m厚C20混凝土压顶块。

闸室段设计：闸室段为C25钢筋混凝土现浇，长10 m，总宽17 m，净宽14 m，墩顶高程433.90 m，底高程429.73m，底板厚0.8m。闸室分4孔，每孔净宽3.5m，中墩厚1.0 m，边墩顶宽1.0 m，底宽1.5 m，设平板铸铁闸门，尺寸为3.5 m×3.0 m（宽×高），由QLZ-2×50-SD启闭机启闭。中墩上游头部为半圆型，下游头部为流线型。启闭机平台高程437.7m，工作桥板宽1.07m，0.87 m，板厚0.15 m，闸墩与启闭平台间连接采用框架结构，结合闸墩位置布置10根立柱，断面尺寸为0.5 m×0.5 m。为满足通行需求，在闸室段下游侧设C25钢筋混凝土连续板式交通桥，桥板厚0.25 m，结合中墩分4跨布置，每跨净宽3.5 m，桥板两侧设大理石栏杆。

根据闸室段与堰顶的衔接条件，按宽顶堰泄流计算，泄量公式为：Q=mεnb（2g）1/2H03/2，计算结果分别为：水位429.73 m时，泄量为0；水位430.9 m时，泄量为29.32 m3/s。

泄槽段设计：泄槽段为C20混凝土结构，长30 m，底宽17 m，底板厚0.4 m，纵坡1∶7.5，泄水流量179.7 m3/s。泄槽底板与两侧挡土墙间设两条纵缝，横向共设2条横缝将其分为3块，缝间均设651型橡胶止水带一道，沥青油毛毡（二毡三油）填缝。每块底板上游侧均设齿墙，齿墙深0.8 m，其下游侧压在下一块底板上游侧的齿墙上，与其构成搭接缝。在底板齿墙处设0.3 m×0.3 m碎石反滤体横向排水，碎石反滤体外包土工布。侧墙左右对称布置为重力式挡土墙，侧墙高度由掺气水深加安全超高确定。根据规范要求安全超高取0.5～1.5 m。经计算墙高为2.5～4.17 m，顶宽0.4 m，底厚1.3～2.2 m，趾长0.4 mm，踵长0.2 m。为减小泄槽侧墙后的渗透水压，在侧墙背水面设粒径0.2～0.3 cm碎石反滤体纵向排水，碎石反滤体外包土工布，反滤体沿侧墙通长布置。

消力池段设计：消力池段为C25钢筋混凝土结构，经计算，池长15 m，底宽17 m，底高程425.73 m，挖深为0.8 m。底板与两侧墙间设两条纵缝，缝间均设651型橡胶止水带一道，沥青油毛毡（二毡三油）填缝。在消力池上下游侧均设1.4 m深齿墙，在底板下部铺设0.1 m厚C20混凝土垫层，并在消力池底板上设直径50 mm的PVC排水管，下包土工布，2 m×2 m梅花状布置。侧墙左右对称布置为C25钢筋混凝土重力式挡土墙，消力池设计洪水标准为10年一遇，侧墙高度由溢洪道设计流量为100.9 m3/s时消力池跃后水深加安全超高确定，计算得跃后水深为3.12 m，加安全超高后确定消力池侧墙高度为3.6 m。

海漫段设计：海漫段长10 m，宽17.0 m，底高程426.51～426.53 m，底坡1/500，底板为铅丝笼块石结构，厚0.5 m，末端设1.0 m深、2.0 m宽的齿墙。侧墙为M7.5水泥砂浆砌石结构左右对称布置，墙高2.8 m，宽0.4 m，底厚1.4 m，趾长0.4 m，踵长0.2 m，基础厚0.8 m，墙顶设0.2 m厚C20混凝土压顶块。

3.3 改建灌溉洞

灌溉洞改建是将现状灌溉洞进口闸室及工作桥拆除。在进口设闸门控制流量，底高程429.73 m，新建闸室段采用C20混凝土结构，长2m，宽2m，高4.67m，闸孔尺寸0.6 m×0.6 m，底板厚0.5 m，闸后设胸墙尺寸0.2 m×0.4 m。设启闭平台，启闭机板厚0.2 m。闸门采用PGZ0.6 m×0.6 m拱形平面闸门，配套2 t侧摇式螺杆启闭机。

启闭平台与坝顶采用工作桥连接，工作桥为梁板式钢筋混凝土结构，总长11.0 m，桥板中间下部设两根钢筋混凝土立柱将梁板分成两跨，单跨长5.5 m，宽2.0 m。立柱高1.55 m，截面尺寸0.4 m×0.4 m。桥面两侧设栏杆，高1.1 m。板下设大梁2根，高0.5 m，宽0.25 m。灌溉洞出口接明渠长65 m，高0.6 m，宽0.6 m，为M7.5水泥砂浆砌石结构。

3.4 防汛抢险道路拓宽硬化

现状防汛抢险道路为宽3～3.5 m的土质路面，坑洼不平，杂草丛生，一遇下雨更是泥泞不堪，不能满足防汛抢险和通行的要求。为此对420 m防汛抢险道路进行拓宽硬化，设计路面总宽5.0 m，其中路面净宽4.0 m，两侧路肩宽0.5 m，原土夯实后采用砂砾石硬化，在路面与路肩间设500 mm×100 mm×300 mm浆砌C20混凝土预制块道边石。