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水库除险加固工程设计分析

[摘要]文章针对呼和水库存在的问题进行分析和探讨,并对其主要建筑物提出了除险加固设计方案。

[关键词]呼和水库;除险加固;工程设计

1工程概况

呼和水库位于内蒙古自治区兴安盟科右中旗高力板境内杜其营子河支沟上,距科右中旗高力板镇11km。水库上游控制流域面积186km2,5个行政村,22个自然屯,农田0.30万hm2,草场0.15万hm2、人口1.14万人。呼和水库始建于1966年,1967年8月竣工,并于同年11月主体工程投入使用,是1座以防洪为主,结合灌溉、养鱼为综合利用的小(1)型水库。水库原设计标准为:20年一遇洪水设计,50年一遇洪水校核。呼和水库现状建筑物包括:主坝、副坝、泄洪闸和泄洪渠等。主坝坝型为均质土坝,坝顶高程为199.80m,坝长296.00m,最大坝高4.80m,顶宽3.0m,上游坡度为1∶3.0,下游坡度为1∶2.0。上游坡为干砌石护坡,下游无排水设施。由于98洪水,使主坝有179.00m被冲毁,现存坝段长117.00m,坝顶高程为199.67m,最大坝高只有2.42m,上游坡度平均为1∶3.5,下游坡度平均为1∶6.0。副坝坝型为均质土坝,坝顶高程为199.80m。长450m,最大坝高1.20m,顶宽2.0m,上下游坝坡均为1∶1.50。副坝现状被冲毁两段,一段为20m,一段为40m。泄洪闸位于主坝左侧,单孔,进口底高程为195.00m,坐落在砂砾石上,形式为开敞式,净宽1.50m。泄洪闸下游设消力池,最大泄量7.0m3/s。现已全部冲毁。泄洪渠总长12km,泄水流量为7.0m3/s,渠底宽4m,渠坡坡度为1∶1.50。现已不能正常使用。

2水库现有病险情况及除险加固的必要性和重要性

呼和水库自1967年建成运行40多年来,对当地社会经济发展起到了巨大作用,特别是对水库下游基础设施的防洪保护和农田灌溉作用比较明显。但从未进行集中统一的安全复核及加固,特别是1998年洪水,进库流量超过设计泄量数10倍,使水位超过坝顶,洪水从大坝左侧漫顶,主坝段北侧179m被冲毁,同时泄洪闸及泄洪渠被毁。导致现状水库存在许多安全隐患。由于经费不足,地方水务局对被毁段进行了低标准恢复,使被毁坝段坝顶高程达到197.50m,再加上管理不善等原因,水库防洪标准已达不到设计要求,严重威胁着水库及下游的安全。(1)水库现状防洪能力严重不足。(2)主坝未毁坝段坝体填筑质量较差,达不到规范要求,坝基存在严重渗漏问题,需做防渗处理。主坝1998年洪水水毁坝段低标准合拢时,没有按规范要求施工,使本坝段工程处于带病运行状态。(3)大坝迎水坡干砌石粒径不够,经过多年冰冻及风浪淘刷,护坡砌石多数被掀起破坏,不能起到保护迎水坡作用。(4)泄洪闸及泄洪渠被彻底冲毁。(5)水库大坝及其建筑物没有完善的观测及监测设施。

3除险加固方案比较

根据工程现状和存在问题,在溢洪道规模不变的条件下,根据其位置的不同,推选两方案进行比较。方案一:将溢洪道布置在大坝右岸,从上游至下游依次为进口段、控制段和陡槽段、消力池及尾水渠。方案二:将溢洪道布置在原泄洪闸位置段,其轴线与原渠道轴线重合,从上游至下游依次为进口段、控制段和陡槽段、消力池及海漫。两方案经投资、地质条件比较:方案一工程量明显大于方案二,且泄流条件不如方案二;又因方案二建筑物基础所处地质地基标准贯入击数只有14~18击,而方案一建筑物基础所处地质地基标准贯入击数达到25~30击。故本次设计从安全角度考虑推荐方案一。

4建筑物加固设计方案

4.1挡水建筑物除险加固设计。(1)坝顶构造。水库现状大坝顶宽约3.0m,根据《碾压式土石坝设计规范》SL274-2001规定,坝顶宽度可选用范围5~10m,结合工程实际情况,本次除险加固大坝坝顶宽采用5.0m。确定坝顶高程为199.50m。坝顶不设防浪墙,仅在坝顶上游侧设0.495m高的C15混凝土路缘石,缘石设排水孔。坝顶路面采用泥结石路面,坝顶向下游侧设2%的排水坡度。(2)大坝坝坡的确定。大坝上下游坝坡的确定,一般是根据经验类比法初步拟定,再经过核算修改确定。在满足稳定的前提下,应尽可能使坝坡陡些以减小工程量。大坝的坝坡与坝型、坝高、填筑料情况和坝基性质有关。碾压式土石坝平均坝坡一般在1∶2.0~1∶4.0左右。本工程坝型采用均质土坝,根据大坝上下游坝坡的现状,上游坝坡确定为1∶3.0,下游坝坡确定为1∶2.5。(3)坡面护坡设计。本工程大坝上游仍维持干砌石护坡,下游采用碎石护坡。(4)坝体排水设计。在大坝下游设置堆石棱体排水,根据渗流计算结果确定棱体排水顶高程为196.00m。(5)坝基防渗设计。坝基由砂、粉土质砂和细粉土组成,为确保工程安全、减少投资、方便施工,坝基防渗采用高压喷射灌浆。大坝轴线坝基下深入坝基10m;沿坝轴线深入大坝左右两岸各15m;墙顶高程为大坝轴线坝基面以上1.0m。4.2泄水建筑物除险加固设计。溢洪道位于大坝右岸,采用开敞式宽顶堰结构。进口段采用钢筋混凝土衬砌,控制段堰型为宽顶堰,堰顶高程为197.30m,净宽22.00m。控制段、陡坡段及消力池采用钢筋混凝土结构,消力池后修建一段尾水渠与原泄水渠连接。尾水渠渠顶宽2m,渠顶高程为196.50m,前后边坡均为1∶2.0,渠底宽22。前端采用铅丝石笼护底与消力池出口底板连接,尾水渠迎水坡护坡采用0.5m厚的浆砌石。堰顶上设简易人行工作桥,桥面宽1.0m,为简支结构。输水洞为钢筋混凝土无压方涵(单孔),断面尺寸为1.0m×1.0m,洞长12.5m,设计泄量2.0m3/s,进口底高程195.50m,出口底高程195.40m,位于溢流堰体内。在溢洪道堰顶上设有手摇螺杆式启闭机、启闭机架,同时设1.0m×1.0m铸铁闸门。

5结语

针对呼和水库的主要病险情况,经过相应处理,最终收到了良好效果:①主坝全部拆除重建,副坝未达到199.50m高程段,进行加高培厚,彻底解决了主、副坝防洪能力严重不足的问题;②主坝坝体采用土工膜防渗,坝基全线进行高喷灌浆防渗处理,彻底解决了坝基渗漏问题;③新建溢洪道及输水洞,解决了泄流能力不足的问题,消除了水库运行的安全隐患。

作者:亢文婷 单位:内蒙古自治区水利规划设计研究院

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