运城市盐湖区磨河水库冲沙洞改造

2019-09-23杨帆

山西水利科技 2019年2期

关键词：除险闸门坝体

杨帆

（运城市水利勘测设计研究院山西运城044000）

0 引言

水库除险加固改造过程中，由于病险水库建设年代久远，受到当时经济技术条件限制，往往很多结构的设计已不能满足现阶段的安全运行要求，其中冲沙洞的改造往往成为水库除险加固改造中的难点。

山西省运城市盐湖区磨河水库除险加固工程中，冲沙洞的改造采用钢筋砼挑梁设计方案，设计过程中，经过多方面论证，实践中已经安全运行多年，证明该方案具有投资小、施工难度小、安全程度高等优点。以下针对方案的设计进行了分析和总结。

1 工程概况

磨河水库始建于1970年，是一座以防洪为主、兼顾灌溉的小（2）型水库。水库枢纽工程由大坝、冲沙洞和放水涵洞三部分组成，大坝为浆砌石结构。

水库除险加固工程于2012年实施，主要内容包括:

1）对大坝下游坝坡进行加厚；

2）对坝体进行帷幕灌浆；

3）对冲沙洞进行改造；

4）更新放水涵洞钢管及闸阀；

5）管理房、道路改造，增加观测设施。

大坝结构见图1、图2。

冲沙洞位于大坝0+038 处，进口为城门洞型，宽1.4 m，高2.1 m，进口位于于上游坝脚位置，设闸墩及闸门槽，无闸门，采用木板封死，闸墩为钢筋砼结构，闸门槽距上游坝面1.2 m。

冲沙洞改造工程在进口设钢板闸门，闸门槽后洞顶以上采用钢筋砼封堵，闸门尺寸为1.2 m×1.2 m。因下游坝体培厚，冲沙洞需延长。

冲沙洞改造难点在于控制设备的安装，坝顶至冲沙洞底板高差24.10 m，上游坝坡1∶0.1，原冲沙洞截面尺寸较小，控制设备的安装受到限制，同时，深孔闸门启闭力较大，对结构强度有一定要求。

图1 大坝溢流段立视图

图2 大坝剖视图

2 冲沙洞启闭设施结构的方案选择

冲沙洞的改造是工程中的难点，对此进行了详细分析，并且提出以下详细的设计方案进行研究比较。

2.1 洞内控制

采用钢管冲沙，并在洞内设置球阀进行控制，缩小了过流截面尺寸，因为需要提供人员进出启闭机室的通道，所以扩大了涵洞尺寸。运行管理方面存在风险，受坝体内空间限制，需要采用价格昂贵的控制球阀，见图3。

图3 洞内控制方案简图

2.2 钢筋砼闸墩

冲沙洞进口处设置闸室，钢筋砼闸墩需修建至坝顶高程，且由于水库上游坝坡为1∶0.1，为避免闸墩结构为上宽下窄，需在上游坝面开槽，为保证闸墩稳定，需与上游坝体锚固，对原坝体损伤较大。同时对基础强度要求较高，见图4。

图4 钢筋砼闸墩方案简图

2.3 钢结构支撑

与钢筋砼闸墩方案类似，采用钢结构由下至上支撑，成本高，钢结构需要防腐，需与坝体锚固，对基础要求较高。

2.4 钢筋砼挑梁

冲沙洞进口处设闸室，为了安装启闭机，在坝体上部挑梁，挑梁截面为变截面矩形，挑梁根部伸入坝体内；挑梁上部设两道支承墙；墙上部设有工作平台；挑梁、支承墙及工作平台均为现浇C25 钢筋砼结构。详见图5。

图5 钢筋砼挑梁方案简图

2.5 方案的比选

综合考虑经济、技术条件、施工难度及安全性、实用性等多方面因素，将多种方案进行比选，最终选择了钢筋砼挑梁设计方案。方案对比分析见表1。

表1 方案对比分析表

3 挑梁结构分析

冲沙洞改造工程方案为:在坝体0+038 处设两根挑梁，挑梁中心间距为0.95 m，挑梁截面为变截面矩形，长2.5 m，宽0.45 m，高0.5～1.0 m，挑梁根部伸入坝体内；挑梁上部设两道支承墙，墙长2.5 m，宽0.45 m，高1.58 m；墙上部设有工作平台，平台顶面高程为+25 m（与非溢流段坝顶齐平），宽2.5 m，长3.0 m；挑梁、支承墙及工作平台均为现浇C25 钢筋砼结构。同时在冲沙洞进口处设置闸室。详细结构见图6、图7。

图6 结构剖面图1

图7 结构剖面图2

剖面图针对改造方案的结构性能，从基础、荷载及抗倾三个方面进行详细分析，以确保结构安全。

3.1 基础

该方案施工方便，不需要与上游坝体进行锚固，对基础要求低。冲沙洞进口位于上游坝脚处，大坝基础为混合花刚片麻岩，微风化，当初建坝时已开挖至新鲜基岩面，坝基渗透小，岩性坚硬，不存在软弱结构面。工程实施过程中，上游洞口处淤积清理后，露出的基岩完整性好，质地坚硬，在冲沙洞进口设置闸门或修建其他建筑物是可行的。