付家门庄水库存在的问题及除险加固措施
2020-01-12潘士勇解秀丽
潘士勇,解秀丽
(1.山东省临沂市水利勘测设计院,山东 临沂 276000;2.临沂市罗庄区小埠东灌区管理处,山东 临沂 276021)
1 水库工程概况
付家门庄水库位于莒县寨里河镇付家门庄村南侧0.9km处,属沭河水系,于1966年4月建成蓄水,坝址以上控制流域面积0.66km2,总库容为12.56万m3,兴利库容5.36万m3,是一座具有防洪、灌溉效益的小(2)型水库。付家门庄水库枢纽建筑物由大坝、溢洪道、放水洞三部分组成。大坝东西向,为黏土心墙坝,坝长169m,坝顶宽2.6-4.2m,坝顶高程138.19-138.60m,最大坝高7.61m,心墙顶高程137.80m;溢洪道位于大坝左侧,为开敞式溢洪道,堰顶高程为135.42m,堰宽11.4m;放水洞位于大坝右侧坝体桩号0+143处,为坝下埋管式,管道为DN250钢管,洞长25m,进口底高程为133.50m,出口底高程为133.00m, 出口处为闸阀控制。
2 水库存在的主要问题
付家门庄水库于1966年建成,经过50多年的运行,水库现状存在多种安全隐患问题。2016年,该水库大坝经安全鉴定,被核定为三类坝。水库大坝、溢洪道、放水洞均存在安全隐患,主要问题如下:
1)大坝:大坝坝型为心墙砂壳坝,最大坝高7.61m,上游坡坡比1∶2.8,坡面素混凝土护砌,破损较为严重;现状大坝坝顶高程为138.19-138.60m,为土质路面,坝顶宽2.6-4.2m,部分坝段坝顶宽度不满足要求;大坝下游坝坡坡比1∶2.1-1∶3.0,局部坝坡较陡;现状坝体桩号0+070-0+150段靠近闸阀室处坝坡存在渗漏,并且发生过局部滑坡现象。
2)溢洪道:溢洪道位于库区左侧,溢洪道进口底高程为135.42m,宽度11.4m,溢洪道进口导流墙基础受掏刷,已出现空层现象,尤其是左岸导流墙基础空洞明显;现状溢洪道生产桥无栏杆,桥底无护砌,基岩直接裸露,该段基岩风化程度不均匀,局部抗冲刷性一般,桥台及桥墩基础冲刷淘蚀严重,存在安全隐患;生产桥下游砌石宽顶堰局部存在破损,下游消力池冲刷破坏严重;泄槽段两岸岸坡土体为残坡积物及强风化岩自然边坡,未护砌,抗冲刷性一般,左岸凹岸段洪水期迎流顶冲,存在安全隐患,槽底有明显冲沟[1]。
3)放水洞:放水洞位于大坝右侧,放水洞上游高程133.50m,下游坡设有2m×2m的闸阀室控制,现状闸阀锈蚀严重,无法正常开关。
3 工程等别和设计标准
付家门庄水库总库容12.56万m3,根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252—2017),付家门庄水库工程规模为小(2)型,其永久性主要建筑物大坝、溢洪道等均为5级建筑物,主要建筑物设计洪水标准为20a一遇,校核洪水标准为200a一遇。地震设防烈度为8℃。
4 水库除险加固工程措施
针对水库由大坝、溢洪道、放水洞存在的主要问题,在水库原枢纽布置的基础上进行维修加固。
4.1 大坝加固
根据水库洪水调算成果,按照《小型水利水电工程碾压式土石坝设计规范》(SL189-2013)及《碾压式土石坝设计规范》(SL274-2001)中的相关规定和公式进行复核计算,经计算,各种工况下坝顶高程的最大值为137.35m,结合现状坝顶高程138.19m-138.60m考虑,设计坝顶高程确定为138.30m。根据规范要求,防渗体顶部高程应高出正常运用条件的静水位≥0.3m,且不低于非常运用条件的静水位,根据调洪计算结果,设计洪水位为136.23m,校核洪水位为136.70m,现状黏土心墙顶高程137.80m满足防洪要求,设计黏土心墙顶高程确定仍为137.80m。
1)大坝上游坡加固。大坝上游坡拆除现有混凝土面板,上游坝坡按照设计坡比1∶2.8找坡,其中高程133.0m(死水位)以下至坝脚设顶宽3.0m的压重平台,高程133.0m(死水位)-136.40m(兴利水位以上1m)范围采用干砌方块石护坡,厚度15cm,高程136.40(兴利水位以上1m)-138.30m(设计坝顶)范围内采用预制C25混凝土植草砖护坡,干砌方块石护坡下铺10cm厚的碎石垫层,C25混凝土植草砖护砌下铺20cm种植土,底层均铺设土工布250g/m2,干砌方块石护坡与植草砖护坡之间采用C25预制混凝土齿墙(尺寸为100×350×750mm)。另外,于大坝桩号0+140处设宽1.0m的M10浆砌细料石台阶,自上游坝脚至坝顶,台阶两侧设细料石路缘石。
2)坝顶加固。对坝顶进行修整,设计坝顶高程为138.30m,坝顶宽度4.0m,铺设厚10cm的级配碎石路面,路面宽3.0m,坝顶上游侧新建0.6m高的M10浆砌块石防护墙,基础与黏土心墙紧密结合,下游侧设C25预制混凝土路缘石;另外坝顶路面设置2%的横向坡度,将雨水排向下游侧。
3)大坝下游坡加固。大坝下游坡按照现状坡比1∶2.1-1∶3.0找坡,对纵、横向排水沟拆除重建,于下游坡脚处设纵向预制C25混凝土U型排水槽,尺寸为0.65m×0.38m(宽×高),沿下游坝坡每30m设一道横向排水槽,尺寸为0.50m×0.27m(宽×高)。另外,于大坝桩号0+143处设宽1.0m的M10浆砌细料石台阶,自上游坝脚至坝顶,台阶两侧设细料石路缘石。
4)坝体防渗加固。根据《付家门庄水库地质勘查报告》可知,坝体桩号0+138-0+143段下游坝坡滑塌,水位高时渗水明显。夹有①-1风化岩屑素填土层,渗透系数取5.0×10-4cm/s,允许出逸水力比降0.35,高水位差下易发生渗透破坏,从而引起坝体滑坡。
设计对坝体桩号0+070-0+150段采用开挖换填处理方案,渗漏土层埋深位于4.40-3.20m,设计两侧开挖边坡为1∶2.0,然后对坝体黏土心墙采用黏性土料回填压实,保证压实度≥0.97,回填土料含水量按最优含水量控制,允许偏差为3%,设计回填黏土心墙顶高程137.80m,黏土心墙顶高程与新建防护墙基础紧密结合,设计黏土心墙顶宽2.0m,上、下游侧黏土心墙边坡坡比1∶0.20;上、下游坝壳采用砂性土回填,相对密实度≥0.75。
4.2 溢洪道加固
设计维持溢洪道底高程不变,为135.42m,对现状溢洪道进、出口导流墙拆除重建,设计导流墙采用M10浆砌石重力式挡墙,基础埋深0.6m,迎水侧设深0.4m的齿墙。
对溢洪道生产桥桥底进行护砌,设计护底厚度0.4m,底层铺设0.1m的碎石垫层,并于护底上、下游侧砌筑深0.8m的浆砌乱石齿墙;于溢洪道生产桥两侧浇筑厚0.2m、宽0.5m的C30混凝土基座,基座上安装预制钢筋混凝土防护栏杆。
对控制段顶宽2.2m的浆砌乱石宽顶堰进行修复,采用M10浆砌乱石修复,下游外露面采用方块石镶面,堰顶采用厚0.2m的C20混凝土压顶;另外于宽顶堰下游砌筑M10浆砌乱石消力池,设计消力池长5.0m,池宽11.4m,消力池池坎顶宽0.5m,池深0.5m。
对泄槽段两岸进行护砌,采用M10浆砌石重力式挡墙防护,墙高1.5m,基础埋深0.6m,迎水侧设深0.4m的齿墙。
4.3 放水洞加固
现状放水洞位于坝体桩号0+143处,为坝下埋管式,管道为DN250钢管,上游坝坡入口高程133.50m,坝下游放水洞出口为2.0m×2.0m矩形闸阀室。现状闸阀锈蚀严重,无法正常开关,设计更换2个闸阀。
5 结 语
付家门庄水库除险加固工程已于2019年施工完成,工程运行情况良好。付家门庄水库除险加固工程的实施,解除了安全隐患问题,水库的防洪安全性得到提高,水库20a一遇洪水削减洪峰21%,200a一遇洪水削减洪峰20%,有效保护下游水库下游人民群众生命财产的安全,水库水源保证率得到提高,可充分利用水库水源发展农业灌溉,水库的防洪、灌溉效益得到充分发挥。