水库除险加固设计方案探析

时间:2022-04-16 08:24:46

水库除险加固设计方案探析

摘要:介绍了大同县营坊沟水库工程概况,针对水库存在的问题及安全隐患,进行了分析,通过对水库除险加固设计,确保水库正常运行。

关键词:水库除险加固;工程地质问题;大坝除险加固设计;探析

1概况

营坊沟水库位于大同县倍加造镇营坊沟村西,所在流域为海河流域桑干河支流坊城河一级支流尼河,坝址以上控制流域面积24.1km,河道长度6.02km,流域平均坡度0.65%,多年平均降雨量394mm。营坊沟水库原设计总库容12万m3,淤积1万m3,近年来年均蓄水量3.5万m3,年均灌溉面积0.01万hm2,是一座以灌溉为主兼有水产养殖的小(2)型水库,工程等级为V等,水工建筑物级别5级[1]。大坝类型为均质土坝,最大坝高5m,长180m,坝顶宽度6m,上游坡降比为1∶3.0,下游坡降比为1∶2.0。

2存在问题

水库1967年建成,多年来拦洪蓄水为农业生产带来可观的效益,经过40余年运行出现了不同程度的病险情况,坝体年久失修,出现了坝坡冲刷、坝体沉降、泄洪管接触渗漏、出口边墙坍塌等不良现象,给水库的安运行带来隐患。2.1库区工程地质2.1.1库区渗漏从库区的地形、地貌方面来看,河流两岸岸坡较缓,库区处于低洼谷地,为周边地区地表和地下水的排泄区;从岩性条件来看,两岸库底主要由上更新统冲洪积作用形成的低液限粉质黏土构成,可视为库底隔水层,但坝体与坝基接触带为冲洪积作用(Qal+pl3)的粗砂,其渗透性为中等透水,从地质构造条件来看,由于库区构造作用不明显,未发现有构造带存在,不存在渗漏通道,从而形成库区盆状的储水条件,因此库区存在接触渗漏的条件。2.1.2库区淤积库区及其上游河谷均为第四系松散堆积物组成,多年来泥砂等细粒物质通过洪水下移搬运淤积于库区。目前原大坝上游最大淤积厚度1m。2.2坝址区工程地质坝基土层上部为第四系上更新统冲洪积作用(Qal+pl3)的②粉土(Qal+pl3),其渗透系数1.72×10-4cm/s,为中等透水;中部为第四系上更新统冲洪积作用(Qal+pl3)的②粗砂(Qal+pl3),其渗透系数最大2.10×10-3cm/s,最小1.58×10-3cm/s,为中等透水;下部为第四系上更新统冲洪积作用(Q3)的④粉土(Qal+pl3),其渗透系数最大1.98×10-5cm/s,最小1.14×10-6cm/s,为弱—微透水性。总体评价坝基隔水性能较差。2.3坝体工程地质2.3.1坝体粉土营坊沟水库坝大坝为土坝,坝顶高程1030.16~1030.44m,库水位1027.0m。库水位以下坝体土有可能浸泡饱和,坝主体主要为低液限粉土,组成物质较杂乱,均匀性差。据土工试验资料,坝体粉土钻孔及探井土样液性指数均除K1-1大于0.75外,其均小于0.75,故坝体粉土基本不会液化,仅局部存在液化可能。2.3.2库岸稳定及库区淤积坝体填土岩性主要为低液限粉土,坝体结构松散,组成物质较杂乱,均匀性差。大坝存在坝基渗漏,渗透变形问题。坝顶无放浪墙,上游坝坡无护坡,坝后坡未设置排水设施,水蚀冲坑、冲沟多处[2]。

3除险加固方案

针对水库病、险情,为彻底消除其不安全隐患,确保水库正常运行,依据大坝安全鉴定评价结论及建议,拟定水库除险加固方案为:坝基防渗;新建溢洪道;大坝上游坝坡干砌石护坡;下游增设排水排渗设施;坝顶增设防浪墙。

4大坝除险加固设

4.1上游护坡处理大坝上游原无护坡保护,本次设计对大坝上游坝坡增设护坡,护砌范围为1025.0m至坝顶(1030.0m)。将现坝坡杂草腐植土去掉,并将坑沟人工夯填后按除险加固坡比1∶3.0整平修理,由下至上依次铺设两布一膜土工布(规格为600g/m2),30cm厚卵砾混合料垫层和130cm厚干砌块石护坡。当年筑坝时未进行清基处理,坝体与坝基结合处有3~4m粗砂层,导致坝基存在严重渗透问题。木次设计在坝前距离坝脚4m处开挖截渗槽,深度5m,铺设两布一膜土工布截渗,土工布一直与坝顶防浪墙嵌接,形成整体防渗封闭。4.2大坝下游护坡下游左右坝肩设混凝土U型渠横向排水沟各一道,坝顶下游侧设纵向排水沟。坝坡下部新建贴坡排水长70m,设计顶宽1.2m,项高程1026.5m。排水体上层为40cm厚干砌石,下层为30cm卵砾混合料垫层(粒径5~40mm)。大坝现状下游坡比1∶2.0,对大坝下游冲沟、冲坑填土夯填,坝下游坡采用C15混凝土菱形网格,网格内种植草皮,营坊沟水库大字镶嵌。4.3坝顶结构坝项上游侧增设防浪墙,防浪墙采用M7.5浆砌石砌筑,高1.0m,宽0.5m,基础埋设深度1.2m,顶部采用现浇C15混凝土压顶,厚10cm,两侧出沿5cm。防浪墙墙面M10水泥砂浆抹面厚2cm,每隔8m设1道伸缩缝。坝顶宽6m,现状混凝土路面宽3.5m,本次设计对坝顶剩余1.5m宽度铺设20cm厚三合土路面整修。4.4溢洪道营坊沟水库溢洪道位于大坝左侧,为开敞式岸边溢洪道,全长68m,进口控制段底高程1027.0m,矩形断面,进口水平段八字墙长10m,高3m,开口宽由14.0m渐缩为8m,控制段为交通桥,泄槽段底坡1/3,长9m,底宽8m;消力池长15m,护坦长8m,海漫长15m,海漫出口开挖明渠与下游河道相接[3]。4.4.1进口段浆砌石八字墙长10m,开口宽由14m渐缩为8m,墙高3m,背水面1∶0.4,基础深1.2m,进口高程1027.0m,底板0.8m厚浆砌石。4.4.2控制段采用8m跨,6m宽,3m高公路桥设计,底板采用M7.5浆砌石,高程1027m,边墙为M10浆砌石挡墙,墙高3m,背水面1∶0.5,基础深1.5m,下铺0.1m厚C10现浇混凝土垫层。4.4.3陡槽段进口高程1027.0m,水平长9m,i=l/3,底宽8m,断面为矩形,边墙为M7.5浆砌石结构,顶宽0.6m,高3m,背水面1∶0.4,基础深1.2m,陡槽底板与公路桥出口底板连接处加设齿坎,齿坎底宽0.6m,深0.4m,使底板间咬合牢固。连接处横缝采用沥青杉板填缝,651型止水带,缝宽20mm,深50mm。4.4.4消力池采用综合式消能方式,池长15m,底宽8m,底板高程1024.0m,池尾设高0.5m高的消能坎,边墙采用M7.5浆砌石挡墙,墙高4m,项宽为0.6m,外边坡1∶0.4,基础埋深1.2m,消力池底板由上至下依次为厚0.2m的C25钢筋混凝土,厚0.8m浆砌石,消力池后部设间隔1m梅花状布置的排水孔,相应底板下垫厚0.2m的卵砾混合料垫层。4.4.5护坦断面护坦断面为矩形,底板高程1020.0m,长8m,浆砌石底板厚0.8m,边墙顶宽0.6m,高3m,外边坡1∶0.4。4.4.6海漫长10m,底板高程1020.0m。底板为铅丝笼块石,厚0.8m,防冲槽为干砌块石,2.0m深。海漫长度计算:lp=(8.5~12.5)Ht式中Ht为下游水深(m)。经计算,Hp取15m。大坝经过加固,泄水建筑物得到维修,流域发生50年一遇洪水时,不会威胁大坝安全,对下游城镇和人民的生命财产起到了保障作用。

5结语

通过对水库的除险加固,设计出适合不同情况的水库除险加固方案,延长了水库使用年限,保证水库安全运行,保障当地的经济、农业发展,人民的生命财产安全。

作者:贺瑜 单位:山西省大同县水务局

参考文献:

[1]申明平.宁夏重点小(1)型病险水库除险加固项目技术管理分析探讨[J].中国水利,2016(12):21-24.

[2]欧阳建,彭海波.小型水库除险加固技术审查若干要点及思考[J].中国水利,2016(8):35-37,51.

[3]高贵芬.关于水利大坝除险加固的设计及其施工分析[J].科技创新与应用,2016(5):196.

[4]王青惠.红雁池水库除险加固后大坝渗流监测[J].水利科技与经济,2016(3):36-37.

[5]宋丽丽.打虎沟水库除险加固方案探析[J].陕西水利,2015(1):84-85.