水库除险加固工程设计探析

水库除险加固工程设计探析

水库除险加固工程设计探析［摘要］以新寨子水库除险加固工程为实例，通过对工程基本概况、存在的主要问题及加固设计的分析，对大坝、溢洪道、输水洞等进行方案加固比选，最后提出了科学的设计方案，使病险水库除险加固工程更高效的实施，提出了科学的设计方案，提高水库的防洪标准，使水库发挥原有的防洪、经济效益，保证下游人民生命财产安全。［关键词］小型水库；除险加固；方案比较；设计1水库概况新寨子水库位于辽宁省盖州市九寨镇新寨子村，长犬铁路东侧，地理坐标东经122°10’，北纬40°037，坝址以上控制流域面积3.70km2,河道长3.25km,河道平均比降80%。。水库枢纽工程主要由大坝，溢洪道、输水洞三部分组成，是一座以灌溉为主的小（1）型水库。水库原设计洪水标准为20年一遇，校核洪水标准为200年一遇。水库是在设计任务书的基础上，于1974年9月动工兴建,1976年8月拦洪蓄水。该水库在建设过程中无任何地质和施工资料，建成后也没有洪水观测资料和大坝运行管理资料。在近几十年的运行中，库区未发生过大坝滑坡及坝基渗漏等情况，水库枢纽没有经过大的改建、扩建工作。2水文地质2.1气象水文浮渡河是营口、大连两市的界河，发源于瓦房店市万家岭镇老帽山，流经瓦房店市、盖州市九寨镇、二台子农场、归州镇等乡镇，在归州镇西边村入渤海。河流全长42.70km,流域总面积500km2,其中营口境内河长18.30km,流域面积116km2o新寨子水库位于九寨镇新寨子村，浮渡河支流上。该地区春季多西南风及东南风，夏季以东南风为主，多年平均年最大风速18.6m/s,最大积雪深度22cm,最大冻土深度1.lmo浮渡河流域没有水文测站，新寨子水库也没有实测水文资料。本次主要依据《辽宁省中小流域设计暴雨洪水计算方法》进行设计暴雨、洪水计算。由于新寨子水库没有原始资料可比较，根据新寨子水库及临近水库设计洪水成果，点绘了设计洪峰与面积、设计三日洪量与面积关系图。各站点的分布比较有规律，洪峰、洪量是随面积的增大而增大，符合洪水的地区综合关系规律，也符合本地区的降水特性，表明新寨子水库设计洪水成果是合理的。2.2工程地质新寨子水库所在地区处于中朝古陆辽东隆起中部，库区位于阴山复杂构造带上，在坝址北侧出露的地层主要为侏罗纪岩组，在库区及坝址出露的地层为新牛界第四系全新统冲洪积物，其下覆基岩主要为片麻状中细粒花岗闪长岩。地貌类型属低山丘陵区。根据《屮国地震动峰值加速度区划图》，该区地震动峰值加速度为0.15g,地震动反应谱特征周期为0.35s,相应的地震基本烈度为7度。3工程存在的主要问题n3.1大坝存在的问题大坝坝高不满足防洪标准。根据水库运用方式，坝顶高程为各种运用条件水库静水位与坝顶超高之和，取其最大值：Y二R+e+A式屮：Y——坝顶超高，m；R——最大波浪在坝坡上的爬高，m；c最大风壅水面高度，m；A安全加高，m；本次坝顶超高复核风浪要素的计算采用莆田试验站公式。新寨子水库原设计洪水标准为20年一遇，校核洪水标准为200年一遇。最大坝高18.35m,上下游最大水头差为14.67m,根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》SL252-2000及《辽宇省小（1）型水库除险加固工程初步设计报告编制规程》规定，确定水库设计洪水标准为30年一遇，校核洪水标准应为300年一遇。根据水库的现状，按起调水位为27.70m,复核设计洪水位为29.61m,校核洪水位为30.73mo实测现状坝顶高程为30.58m"30.85m,心墙顶高程为29.15m。在设计水位、校核水位时，坝顶、心墙顶高程不满足现行规范要求。3.2坝体排水棱体、护坡不满足要求大坝上游护坡局部脱落，塌陷，块石风化严重。坝体排水棱体顶高程低于下游最高水位。3.3溢洪道工程存在问题溢洪道为开敞式宽顶堰，经复核陡槽段及消力池段边墙高度均不满足要求。3.4输水洞输水洞进口闸阀已运行多年，锈蚀严重，无法正常运用。输水洞进口段浆砌石挡墙局部开裂，脱落破损严重。4加固方案与设计4.1大坝4.1.1大坝加高设计本次设计对坝体加高设计进行了两种方案比较：方案一：坝顶开挖至心墙顶,加高心墙至29.80m,在心墙顶上布设坚固不透水防浪墙，防浪墙顶高程为31.70m,为保证心墙顶部的防冻要求，坝顶加高至31.00m,坝顶宽4.00m,下游坝坡进行培厚，培厚坡比采用1：2.5。方案二：坝顶开挖至心墙顶，加高心墙至30.75m,为保证心墙顶部的防冻要求，坝顶加高至31.95m,坝顶宽4.00m,坝体整体向下游侧移，下游坝坡进行培厚，培厚坡比采用1：2・5。方案一加高心墙至29.80m,坝顶加高至31.00m,布设防浪墙减少了砂石料的回填，技术可行。方案二，加高心墙至30.75m,坝顶填筑砂砾料至31.95m,设计坝顶宽4.00m,上下游平均培厚2.50m,此方案施工简单，但工程量较大，造价高，不经济。综上所述，拟选用方案一对大坝进行加固处理。大坝心墙顶高程由现状加高至29.80m,在心墙上设钢筋混凝土防浪墙，混凝土强度等级为C30,抗冻等级为F200,抗渗等级为W4。墙顶高程为31.70m。坝顶高程由现状加高至31.00m,坝顶宽4.00m,下游坡培厚，大坝下游坡比为1：2・5。4.1.2土坝坝坡稳定分析n（1）计算工况的确定根据大坝现状的实际运行条件和水位参数确定计算工况如下：正常运用条件：a）1/3坝高水位稳定渗流期上、下游坡。b）正常高水位稳定渗流期上、下游坡。c）设计洪水位稳定渗流期上、下游坡。非常运用条件Id）校核洪水位稳定渗流期上、下游坡的稳定计算。e）校核洪水位降落至止常高上游坡。非常运用条件Ilf）正常高水位+地震上、下游坡。g）设计水位+地震上、下游坡的。（2）边坡稳定计算采用不计条块间作用的瑞典圆弧法进行稳定分析。3.1.3上游护坡翻新及下游排水体对水库上游护坡现状进行检查和测量，实际护坡块石厚度200m〜350mm,块径、重量及护坡厚度人部分不合格，而口部分石块风化，不能满足规范要求。本次设计上游仍采用干砌石护坡。上游一级马道以下长期处于水下，因此，将22.5m高程（一级马道）至坝顶范围内的上游干砌石护坡拆除，平整原垫层并夯实，重新铺筑干砌石护坡。高程22.5m（一级马道）以下护坡维持原状。设计采用护坡厚度为300mm。护坡由上至下为：干砌石护坡厚300m,碎石垫层200m,砂垫层100mm。根据实测资料，水库下游排水棱体顶现状高程13.45m〜13.58m,低于下游最高水位13.79m,不满足规范要求，本次设计对原排水棱体进行拆除重建。本次设计下游坝体排水仍采用棱体排水，加固后排水棱体顶高程为14.30m，顶宽1.50m。4.2溢洪道原溢洪道陡槽段及消力池段边墙均不能满足挡水高度要求。对溢洪道控制段拟采取以下两种方案进行防护。方案一：陡槽段及消力池段在原边墙的基础上均采取浆砌石立墙进行防护。浆砌石采用M10水泥砂浆砌筑，截面尺寸为宽500mm,高度为540〜710mmo浆砌石立墙参照边墙现有分缝设置，每隔10m设一道伸缩缝，内填沥青木板。方案二：陡槽段及消力池段在原边墙的基础上均采取浇注混凝土帽梁进行防护。帽梁采用C25混凝土，结构尺寸同方案一。方案一中，在原边墙的基础上采用浆砌石立墙进行防护，施工方案简单，并充分利用了当地石材,且技术可行。方案二施工工序复杂，施工难度较大，且造价较高。综合比较，拟采用方案一。溢洪道经过多年运行，浆砌石底板存在风化、冻融等问题，损坏而积约120m2,本次设计对溢洪道损坏的浆砌石底板拆除，并按原设计标准进行翻新，拆除浆砌石36.00m3,新建浆砌石36.00m3<>4.3输水洞输水洞为隧洞型式结构完整，但闸阀已不能正常运用，需更换。输水洞进口段浆砌石描墙局部开裂，脱落破损严重。木次除险加固将其拆除，然后修建钢筋混凝土结构挡土墙。挡土墙采用U型槽形式，墙顶宽0.50m,墙高2.90m〜5.10m,底板厚0.50m,顺水流方向为&00m,混凝土强度等级为C30,抗冻等级为F200。5结语通过本次除险加固工作，提高了水库的防洪标准，使水库发挥原有的防洪、经济效益保证了下游人民生命财产安全。在设计中应从经济技术、施工难度和现n场实际情况进行多方面进行考虑选择合理的设计方案，使除险加固工程更高效的实施，效益充分发挥。参考文献[1]SL274-2001,碾压土石坝设计规范[S].