刘村沟水库除险加固设计简述

2017-08-23郭灵燕

山西水利 2017年7期

关键词：溢流坝泄洪洞坝坡

郭灵燕

（浮山县水利局，山西浮山 042600）

刘村沟水库除险加固设计简述

郭灵燕

（浮山县水利局，山西浮山 042600）

介绍了刘村沟水库的基本情况，分析了水库目前存在的主要问题，并针对性地提出了水库除险加固设计方案，以确保水库的正常运行。

除险加固；刘村沟水库

1 工程概况

刘村沟水库位于浮山县北王乡刘村村东，属汾河流域涝河水系，控制流域面积3.45km2，总库容18.92万m3，是一座以防洪为主，兼有灌溉的小（二）型水库，设计灌溉面积33.33hm2。

刘村沟水库兴建于1974年，枢纽工程由大坝、2个泄洪洞和灌溉洞3部分组成。大坝为浆砌石重力坝，坝顶长55m，坝高20.4m，坝顶宽2.5m，坝顶高程833.82m，上游坝坡坡比1∶0.2，下游坝坡坡比1∶0.5，正常蓄水位830.92m。

坝体左、右侧各设一个泄洪洞，为圆拱直墙式，宽1.0m，洞高1.5m，拱高0.5m。右侧泄洪洞出口底高程822.54m，左侧泄洪洞出口底高程822.71m，灌溉洞位于大坝的右侧，为圆拱直墙式，宽1.5m，洞高1.95m，拱高0.75m。灌溉洞出口底高程823.09m。

水库承担周边33.33hm2农田灌溉，防洪范围为下游3个村庄、800口人、60hm2耕地。

2 目前存在的主要问题

刘村沟水库目前存在的主要问题是：水库防洪能力不满足20年一遇设计、100年一遇校核的防洪标准；水库淤积严重，泄洪洞及输水洞进口已淤堵;大坝砌石勾缝脱落；坝肩有渗水现象；水库无管理、观测等设施；上坝道路为羊肠小道，影响防洪抢险。

3 除险加固工程的主要内容

刘村沟水库除险加固工程的主要内容为：大坝加固改造；灌溉洞和右侧泄洪洞改造；新建上坝道路；新建管理房50m2。

3.1 建筑物

3.1.1 大坝工程

大坝工程现状：现状大坝为砌石重力坝，坝顶高程为833.82m，坝高20.4m，坝顶长55m，宽2.5m，上游坝坡1∶0.2，下游坝坡1∶0.5。坝基为岩石基础，经多年运用未发现明显渗流，坝体上游面未设防渗面板，大坝背水面下部及坝肩渗水严重。

大坝坝顶高程确定：刘村沟水库大坝级别为V等5级，流域多年平均最大风速17m/s。

坝顶高程与正常蓄水位或校核洪水位的高差根据《砌石坝设计规范》（SL25-91）中的公式计算，选择两者中的高者作为选定高程。特征水位：正常蓄水位830.92m；1%校核洪水位832.99m。

不同运用条件的坝顶高程计算成果见表1。

表1 坝顶高程计算表

坝顶高程由非正常运用条件确定为833.69m，现状坝顶高程833.82m，能满足要求。

大坝稳定分析：大坝为砌石重力坝，坝顶高程为833.82m，坝高20.4m，坝顶长55m，宽2.5m，上游坝坡1∶0.2，下游坝坡1∶0.5，坝基为岩石基础。根据《砌石坝设计规范》（SL25-2006），计算时采用抗剪强度计算公式计算，坝体抗滑稳定计算成果见表2。

表2 砌体与基岩间抗滑稳定安全系数计算成果表

由上表可知，大坝现状断面不满足规范的抗滑稳定要求。

大坝结合溢流设施改造，将现状大坝中部改造为溢流坝段，桩号0+019.7～0+034.7，其余坝段设计为非溢流坝段，桩号0+000～0+019.7和0+034.7～0+055，溢流坝设计坝顶高程831.0，上游坝坡不变，下游坝坡培厚，坡比由1∶0.5变为1∶0.7。非溢流坝设计坝顶高程834.12，上游坝坡不变，坝顶宽由2.5m加宽至3.4m，下游坝坡由1∶0.5变为1∶0.7。对设计断面进行稳定计算，计算结果见表3。

表3 砌体与基岩间抗滑稳定安全系数计算成果表

从表3数据可知，坝体抗滑稳定满足规范要求。

大坝应力分析：根据《砌石坝设计规范》SL25-2006中规定，对现状、设计断面上、下游边缘应力进行计算，坝基上、下游边缘应力计算成果见下表4，表5。

表4 现状上、下游边缘应力计算成果

表5 设计上、下游边缘应力计算成果

经计算，坝基面的垂直正应力小于地基的容许承载力2Mpa及砌石容许压应力，满足规范要求。

3.1.2 大坝加固改造

大坝为砌石重力坝，坝顶高程为833.82m，坝高20.4m，坝顶长55m，宽2.5m，上游坝坡1∶0.2，下游坝坡1∶0.5。坝基为岩石基础。

根据水库调洪计算成果和大坝稳定计算成果，对大坝结合溢流设施进行改造，增设溢流坝河段，结合现状实际，根据下游河道地形、地质条件，溢流坝布置在大坝中部的主河槽段，桩号0+019.70～0+034.70，总长15m。其余坝段设计为非溢流坝段，桩号0+000～0+ 019.7和0+034.7～0+055，溢流坝设计坝顶高程831.0，上游坝坡不变，下游坝坡培厚，坡比由1∶0.5变为1∶0.7。非溢流坝设计坝顶高程834.12m，上游坝坡不变，坝顶宽由2.5m加宽至3.4m，下游坝坡由1∶0.5变为1∶0.7。

溢流坝长15m，为开敞式溢流堰，分为2孔，每孔净宽6m，中墩宽1.5m，边墩宽0.75m，墩头上、下游侧为0.5m半圆型。墩长3.96m，墩高为2.82m，墩顶高程为833.82m。墩顶设宽3.4m的交通桥与两侧非溢流坝坝顶连接。交通桥为钢筋混凝土现浇梁板结构，桥两侧设高1.1m仿大理石栏杆。溢流坝上游面与非溢流坝段协调一致，下游与非溢流坝之间通过导墙隔开，下游通过半径4.5m的圆弧段与坝顶连接，溢流坝下游坝坡面高程829.08～820.45m为直线段，下游为半径6m弧段与半径4.2m的反弧挑鼻坎相撞，鼻坎高程为818.28m，挑角为25°，导墙高1.5～2.82m。

3.2 灌溉洞和右侧泄洪洞改造

3.2.1 灌溉洞改造

现状灌溉洞位于大坝的右侧，进口无控制设施，洞身为圆拱直墙式，宽1.5m，洞高1.95m，拱高0.75m。灌溉洞出口底高程823.09m。目前，灌溉洞进口已淤堵，不能泄洪。本次工程设计将灌溉洞改建，进口开挖经渠，长15m，底宽9.0m，边坡1∶2.5～1∶6.3，进口现状淤积面高程827.50m，将开挖至高程822.54m。

改造后的灌溉洞分为洞身段、闸室段、出口段，洞身段桩号0-002.466～0+009.616，长12.082m，洞身为圆拱直墙式，宽1.5m，洞高1.95m，拱高0.75m。对现状洞内进行维修，采用水泥砂浆抹面。闸室段桩号0+ 009.616～0+011.616，长2m，宽1.5m，设平面钢闸门1部，闸孔尺寸1.5m×1.2m（宽×高），配套QL-80KN螺杆式手动启闭机。出口段桩号0+011.616～0+022.016，长10.4m，宽1.5m，渠深1.5m，闸后接与现状渠道连接，通过出口闸门控制最大流量3.3m3/s。

3.2.2 右侧泄洪洞改造

现状坝体左、右侧各设一个泄洪洞，无控制设施，左侧泄洪洞位于桩号0+018.4，出口底高程822.71m。右侧泄洪洞位于桩号0+036.27，出口底高程822.54m。目前，左、右泄洪洞进口已淤堵，不能泄洪。右岸泄洪洞与灌溉洞相距相近，中心距3.47m，右岸泄洪洞进口开挖与灌溉洞进口引渠开挖结合进行。

改造后的泄洪洞分为洞身段、闸室段、泄槽段、挑流段，洞身段桩号0-002.256～0+009.616，长11.872m，洞身为圆拱直墙式，宽1.0m，洞高1.5m，拱高0.5m，对现状洞内维修，采用水泥砂浆抹面。闸室段桩号0+009.616～0+011.616，长2m，宽1.0m，设平面钢闸门1部，闸孔尺寸1.0m× 1.2m（宽×高），配套QL-50KN螺杆式手动启闭机。泄槽段桩号0+011.616～0+019.166，长7.55m，断面为矩形，宽度由1m渐扩至2m，导墙高1.5m，纵坡1∶1.2。挑流段段桩号0+019.166～0+022.016，长2.85m，宽2.0m，鼻坎高程为818.03m，挑角为25°，墙高1.5～2.0m。

设计将左侧泄洪洞封堵，封堵体采用M10水泥砂浆砌石块石。

3.3 新建上坝道路

刘村沟水库现状无上坝道路，上坝需经乡级公路至北王乡堡子上村，再沿沟道内的羊肠小路至大坝下游上坝，交通极为不便，不利于防汛抢险，本次设计在沟道一侧新修宽4m，设计长度2.70km的上坝道路，采用泥结碎石路面，厚200mm，路旁岩石边坡1∶0.2，土体边坡1∶0.75。

3.4 新建管理房

根据工程管理的需要，在库区左岸下游平地，新建管理站，管理站占地面积320m2，建管理房3间，建筑总面积50m2，为砖混结构。