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水库除险加固设计探索

红旗水库于1971年冬动工兴建,1973年至1975年大坝继续加高加固和其它工程的续建配套,1976年开始发挥效益,工程达到现有规模。至今,水库枢纽各建筑物均已出现不同程度的质量安全隐患,在大坝安全鉴定中被评为三类工程。为了能针对大坝工程存在问题进行除险加固,需要尽快地消除安全隐患,确保工程正常安全运行,充分发挥效益。

1工程概况

红旗水库属重点小(1)型水库,位于瑞昌市西部花园乡茅竹村,距瑞昌市城区约50km,座落在长河支流乌石河上,属赛湖水系,地理坐标为E115°31'52″,N29°35'57″。该坝址以上集雨面积4.82km2,主河道长2.76km,河道比降4.7%,总库容366.6万方,设计灌溉面积533.3hm2,目前实际灌溉面积166.7hm2,发电装机55kW。大坝保护水库下游花园乡所在地及12个村庄,人口达1.1万余人,耕地600hm2及武九铁路、九江至修水公路和瑞昌至阳新公路的安全。是一座以灌溉为主兼顾防洪、养殖等综合效益的重点小(1)型水库工程。

2水库存在问题

红旗水库运行几十年来,发现大坝渗漏等险情不断恶化,大坝无排水反滤设施,危及到大坝的安全;溢洪道底板混凝土开裂、裂缝多,混凝土强度低,施工质量差,出水渠道两侧浆砌石边墙单薄,砌护块石风化、松动;灌溉涵管断裂、管壁渗水严重,闸门启闭机锈蚀、拉杆弯曲,启闭不灵,无法正常启闭;放空涵管管身断裂,管壁存在漏水,现已封堵,但封堵不严;无管理设施等,水库不能安全运行,必须进行除险加固[1]。

3水库除险加固设计

3.1枢纽布置及除险加固设计要点依据水库枢纽工程运行现状及存在的主要问题,结合地形地质条件,确定本次水库工程枢纽布置及除险加固设计要点为:1)大坝现状轴线向下游偏移7.72m,对大坝进行除险加固。2)保持溢洪道位置、过流能力及过流形式不变,对其进行除险加固。3)加固坝下灌溉涵管。4)封堵原坝下放空涵管。5)对上坝公路进行维修,配置必要的水库运行观测设施和管理设施,设置专职管理机构,加强工程管理,确保水库安全运行,充分发挥效益[2]。3.2大坝除险加固设计1)坝坡加固设计:根据大坝坝坡稳定计算结果,大坝下游坡的抗滑稳定系数不能满足规范要求。在水位降落期,大坝上游坡的抗滑稳定系数能满足规范要求。为保证坝坡稳定,除对大坝进行防渗处理降低浸润线外,还应放缓下游边坡。考虑到采用下游削坡放缓,上游补坡方案,工作量大,且上游补坡需要围堰,因此考虑将原坝轴线向下游偏移1.5m,采用上游削坡,下游补坡方案。上游坝坡:考虑到本工程坝下放空涵管无法放空水库,在高程195.0m处预留1.0m平台,平台以上削坡边坡至1∶2.5,平台以下维持原坝坡现状。下游坝坡:在高程200.0m新修马道,宽分别为2.0m,马道以上坡比1∶2.5,以下1∶2.5。然后采用草皮护砌,减小坡面雨水的冲刷。为了方便管理,在下游坝坡修建浆砌石便民踏步两条,宽1.2m。2)护坡设计:上游坝坡原混凝土预制块损坏严重,必须重新护坡,原混凝土预制块拆除后,可采用混凝土预制块护坡和干砌石护坡,根据本工程的实际情况,干砌石料资源缺乏,需到70KM外购运,施工运输不便,考虑到混凝土预制块护坡施工速度快、美观、耐久性好特点,因此选用预制块护坡。下游草皮护坡。3)坝顶构造设计:为改善大坝防汛交通条件,结合坝顶加高和水库运行管理要求,坝顶设置20cm厚混凝土路面,路面向下游侧设2%的横向坡面排水,坝顶路面两侧埋设50cm×60cm的M7.5浆砌石路肩石。现状坝顶高程210.0m,按防洪安全复核后,大坝现状坝顶高程不满足设计洪水、校核洪水及近期非常运用洪水的安全需要。本次坝顶高程设计为210.5m,坝顶宽度取5.0m。4)坡面排水设计为避免雨水漫流冲刷坝坡,在下游坝坡两岸交线各设置一条横向排水沟,断面尺寸为0.4m×0.3m,在马道、贴坡排水顶部内侧和坝脚处各设置纵排水沟一条,断面尺寸为0.3m×0.3m,纵横排水沟相连通。5)排水设施设计:由于对大坝坝体采用了防渗处理,有效的降低了浸润线,坝坡也稳定,没有必要采用棱体排水再次降低浸润线,且棱体排水要深入坝体,对坝体开挖比较大,对坝体整体稳定不利,棱体施工费用也高,考虑到渗流出逸点仍在下游坡上,因此本次设计采用贴坡排水。贴坡排水分为3层,从里向外分别为30cm砂卵石、30cm碎石、40cm块石,其中砂卵石及碎石的粒径及级配根据充填砂的粒径按有关规范通过计算确定,排水设施高度超出浸润线1.5m,顶高程为182.4m。3.3大坝防渗加固设计1)防渗加固设计条件:根据安全鉴定结论,坝体未彻底清基,坝基存在接触渗漏问题;坝基下部为强风化细砂岩,具中等透水;两坝肩岩体均具中等透水性,左右坝肩存在绕坝和接触渗漏;大坝填筑质量差,心墙渗透系数>1×10-4cm/s,心墙顶高偏低;计算的浸润线位置偏高,坝体和坝基及坝坡出逸坡降均大于允许渗透坡降,存在渗透破坏的隐患。坝体存在渗漏问题。因此完善大坝的防渗体系是大坝除险加固处理的主要任务之一。2)大坝白蚁诱杀设计:为搞好大坝白蚁防治,达到灭杀白蚁目的,建议请专业队伍采取工程措施和药物诱捕灭杀方式对坝体白蚁进行专门处理。本坝灭杀范围:上游坡宽4.0m的634m2面积和下游坡整个坡面6522.62m2的面积,合计面积7156.62m2。根据其它工程白蚁诱杀经验,本工程白蚁防治需要主要材料和工程量有:开挖土方320m3,回填土方320m3,灭蚁灵药粉1.5kg,毒饵条1.90kg,引诱料176kg,盖板及地膜158套,施药器械1套,其它竹木若干。3.4溢洪道除险加固设计1)进口段加固设计:原溢洪道进口段长5.42m,进口宽8m,坡降为0.046,底板出现裂缝,两侧边墙浆砌石砂浆老化脱落,冲蚀现象严重,顶部高程不足,影响行洪。为了保证进口运行安全和水流顺畅,本设计根据该段存在问题,拟拆除原浆砌石边墙,保持原过水断面不变,采用厚0.3m的M7.5浆砌石重砌导墙,并按过流要求加高边墙高度至209.7m。2)控制段加固设计:现状溢洪道堰顶高程为206.6m,控制段长14.6m,进口有两个40cm厚的中墩和40cm厚的边墩,进口净宽为6.4m,矩形断面,底板出现裂缝,两侧边墙浆砌石砂浆老化脱落,冲蚀现象严重,顶部高程不足,两侧边墙高程不满足运行要求。根据该段存在问题,设计保持原过水断面和控制段长不变,采用厚0.3m的M7.5浆砌石重砌右边墙,与大坝接触部位左侧边墙采用扶壁式混凝土边墙,同时修补开裂的混凝土底板,并按过流要求加高边墙高度至209.7m。3)陡槽设计:现状溢洪道控制段后接长14.5m矩形渐变槽,宽由8m变至5m,坡降为0.034;渐变槽接矩形陡槽,槽长30.8m,坡降为0.687,宽5m;陡槽下为长11.4m矩形平段,宽5m;平段下接矩形扩散段长9.5m,坡降为0.566,首端宽5m,末端宽7m。修补原控制段后开裂的混凝土底板和两侧边墙,根据复核,陡槽需墙高0.93-1.91m,设计取边墙高1.5-2.0m。。4)消力池设计:修补溢洪道出口消能池,采用底流消能形式。池长23.0m,深1.6m,宽7m,出口设海幔与下游渠道平顺连接。消力池底板厚0.4m。。5)出水渠设计:保持原溢洪道出口出水渠矩形断面不变,宽7m,清除出水渠底的杂草,出水渠底坡取0.025。3.5灌溉涵管加固设计1)加固设计方案:根据涵管结构存在的问题,必须对涵管进行加固处理。因涵管管径小,且已经采用套钢管法对管身进行加固,同时内衬钢管也难以解决管壁接触漏水问题。采用开挖重建方案:开挖坝体,拆除老涵管,原址新建坝下涵管。此方案施工技术简单,但施工要求严,且大坝坝高较高,开挖坝体对大坝扰动极大,对大坝安全不利,所以本次设计不推荐采用此种方案。因此考虑采用原坝下灌溉涵管进口加固改建方案。2)改建灌溉涵管进口设计:在坝前坡沿原灌溉涵管进口段开挖基坑长5m,开挖宽度:涵管外壁宽B+3m(即涵管每边开挖宽度1.5m),对开挖基坑后的灌溉涵管管壁、底板灌水泥浆;再在灌溉涵管头(基坑下游面)浇筑混凝土截水环,混凝土截水环厚度1m左右,宽度每边超出涵管外壁1.0m,高度超管顶1.0m,基坑回填纯黄黏土,并分层夯实。拆除原斜拉启闭设施,隧洞进口采用平板铸铁闸门控制,为检修闸门,启闭力为20T,手电两用螺杆式启闭,进水口底板高程采用原灌溉涵管进水口高程185.22m,进口建筑物采用正向进水,垂直启闭,启闭形式为塔式结构,顺水流方向依次布置浆砌石进水导墙及底板、钢筋混凝土闸室及其上的启闭框架、启闭室、交通桥等,其尺寸均按经验拟定,可满足整体稳定要求,启闭室结构也采用了框架式结构。3.6放空涵管加固设计本次设计对坝下放空涵管进行封堵,对坝下埋置进口段6m段进行拆除,再进行回填黏土,并设截水环封堵管周接触渗漏,延长渗径。混凝土截水环厚度1m左右,宽度每边超出涵管外壁1.0m,高度超管顶1.0m。管身采用C20混凝土封堵,管壁采用M5水泥砂浆进行充填灌浆。灌浆压力≤0.2MPa。

4结论

红旗水库除险加固工程实施后,可以改善当地群众生产、生活环境,更好地保护和改善区域生态环境,避免洪水泛滥可能造成原瘟疫流行、水源恶化所带来的严重危害,使当地群众安居乐业,促进了各行各业持续稳定发展,为人们提供良好的生产和生活环境,具有较好的社会效益和经济效益。

参考文献:

[1]宋桂玲,邢俊英.盘锦市红旗水库除险加固设计[J].吉林水利,2005(02):7-8.

[2]李国齐.小型水库除险加固设计水利水电工程设计[J].2008(03):17-19.

作者:黄强 单位:九江市水利科学研究所

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