王宏亮

西堡水庫除險加固設(shè)計方案

王宏亮

在對西堡水庫進(jìn)行現(xiàn)場勘測等工作的基礎(chǔ)上,分析研究了現(xiàn)狀大壩工程質(zhì)量和多年來工程運行中存在的問題,根據(jù)大壩安全鑒定建議,提出了水庫除險加固工程方案,為類似水庫除險加固工程提供指導(dǎo)。

病險水庫,除險加固,設(shè)計

1 工程概況

西堡水庫位于壺關(guān)縣城西南13 km的西堡村南陶清河干流上,原設(shè)計總庫容3 364萬m3,是一座以防洪為主,兼顧灌溉及人畜生活用水等綜合利用的中型水庫。西堡水庫樞紐由大壩、溢洪道、輸水涵洞組成。水庫始建于1958年9月,1959年9月竣工。興利水位和汛限水位為1 085.5m。水庫設(shè)計洪水重現(xiàn)期為20年,無校核洪水?，F(xiàn)水庫防洪僅滿足50年一遇（P=2%）洪水要求。

2 工程存在的主要問題

水庫存在的主要問題為：大壩防洪能力達(dá)不到現(xiàn)行有關(guān)規(guī)范的規(guī)定;大壩下游壩坡過陡;右岸壩基坐落在濕陷性黃土臺地上,壩體填土質(zhì)量差,蓄水以來陸續(xù)發(fā)生多次裂縫;迎水坡護(hù)坡塌陷嚴(yán)重,護(hù)坡下無反濾層;溢洪道建在近代沖積、坡積的濕陷黃土狀粘土上,存在安全隱患;缺乏雨情、水情自動測報系統(tǒng),大壩安全監(jiān)測設(shè)施需補充更新;水庫防汛搶險道路標(biāo)準(zhǔn)低,雨季無法正常運行。經(jīng)大壩安全鑒定認(rèn)定,水庫大壩屬三類壩,水庫帶病運行嚴(yán)重影響了水庫效益的正常發(fā)揮,除險加固,改建達(dá)標(biāo),是工程建設(shè)的主要任務(wù)。

3 工程任務(wù)和規(guī)模

西堡水庫工程規(guī)模為中型,工程等別三等,其主要建筑物級別為三級,次要建筑物為四級,臨時建筑物的級別為五級。其永久性擋水和泄水建筑物正常運用洪水標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇,非常運用洪水標(biāo)準(zhǔn)為1 000年一遇。

水庫除險加固改造后設(shè)計死水位為1 078.00m,對應(yīng)有效庫容481m3（原設(shè)計死水位為1 067.40m,現(xiàn)水庫已淤積1 243萬m3,壩前淤積高程為1 070.85m）;正常蓄水位為1 080.20m,對應(yīng)有效庫容763.20萬m3,則興利庫容為282.20萬m3;汛限水位為1 080.20m。

水庫改建方案一：設(shè)計洪水位為1 085.94 m,對應(yīng)庫容1 642.35萬m3,防洪庫容為879.15萬m3,入庫最大洪峰流量為1 214m3/s,最大出庫泄流量314.78m3/s;校核洪水位為1089.57m,對應(yīng)庫容2 299.56萬m3,防洪庫容為1 536.36萬m3,水庫入庫最大洪峰流量為2 748m3/s,最大出庫泄流量1 058.41m3/s。

水庫改建方案二：設(shè)計洪水位1 084.67 m,對應(yīng)庫容1 453.29萬m3,防洪庫容為690.09萬m3,入庫最大洪峰流量為1 214m3/s,最大出庫泄流量161.45m3/s;校核洪水位為1089.96m,對應(yīng)庫容2 382.67萬m3,防洪庫容為1 536.36萬m3,入庫最大洪峰流量為2 748m3/s,最大出庫泄流量591.25m3/s。

水庫調(diào)度運用方式為：水庫水位在1 080.20m以下水庫蓄水運用;汛期水庫水位達(dá)到1080.20m以上輸水洞（或泄流底洞）預(yù)泄,水庫超過1 083.00m（或1 085.50m）溢洪道敞泄。

4 工程布置及主要建筑物

4.1 大壩除險加固設(shè)計方案

西堡水庫大壩建在西堡村西,此處為石灰?guī)r出露區(qū),此段主河槽長約160m,底寬最窄處9.8m,最寬處24.5m,平均17.3m。主河槽的右岸非常陡峭,最大岸高39m,左岸平均1∶0.5的坡度,最大岸高30m。壩體建在石灰?guī)r陡坎的上游處,壩下游邊坡正好建在與壩軸方向基本一致的巖石陡崖上,陡崖最高處達(dá)17m,陡崖構(gòu)成了大壩下游壩址,由于現(xiàn)狀條件的限制,造成大壩下游壩坡過陡。經(jīng)計算下游壩坡在原設(shè)計興利水位下運行不滿足穩(wěn)定要求,但由于壩址處特殊的地理位置,對大壩進(jìn)行加高、培厚的改造措施實施困難比較大,只有在保持大壩現(xiàn)狀斷面的基礎(chǔ)上,對大壩采取加固措施,同時限定興利運行水位。

現(xiàn)狀壩頂漿砌塊石防浪墻,高度1.20m,墻厚0.8m,長度與主壩頂長度相等,但大壩右岸為1 089.52m～1 090.61m高程的臺地,水庫在非常情況下運行時洪水位1 089.57m,加上波浪高度,將會漫上臺地從壩右岸出水。西堡村正好位于壩右岸,水庫非常情況下出水也會給西堡村造成損失。設(shè)計在壩右岸臺地邊緣修筑防浪墻,并與大壩防浪墻連接。

水庫建成以后,方便了河道兩岸居民的交通,現(xiàn)鄉(xiāng)鎮(zhèn)公路從壩頂通過,為保護(hù)大壩壩體,在壩頂鋪設(shè)混凝土路面,左岸與溢洪道交通橋連接,右岸與上壩道路相連,同時方便水庫樞紐管理和庫區(qū)開發(fā)利用,更便于汛期水庫的防汛搶險工作。

水庫大壩上游壩坡在1 069.40 m高程以上,原干砌塊石護(hù)坡,塌陷嚴(yán)重,有較多鼠洞,且護(hù)坡石下未鋪設(shè)反濾料。1980年曾對護(hù)坡進(jìn)行過返修,返修面積約占總面積的2/3,已返修過的護(hù)坡大部分完好。設(shè)計對原未返修的部分護(hù)坡進(jìn)行拆除重修,已返修過的護(hù)坡局部維修改造。下游壩體護(hù)坡采用混凝土預(yù)制空心塊與草皮結(jié)合護(hù)坡,并設(shè)縱橫向混凝土排水溝以利壩坡排水。

4.2 溢洪道除險加固設(shè)計方案比較

水庫改建方案比較主要是溢洪道改建方案的比較。要使西堡水庫除險加固滿足防洪要求,需增大溢洪道泄量,降低汛限水位,在考慮現(xiàn)狀溢洪道和新建泄洪底洞的可能中,形成了兩個方案：1）對現(xiàn)有溢洪道進(jìn)行挖深、拓寬改造;2）新開挖一個泄洪洞,完善現(xiàn)有溢洪道,利用泄洪洞和溢洪道同時泄洪。

方案一：降低堰頂高程,增加堰頂和泄槽寬度,以增大溢洪道泄洪流量,滿足泄洪要求。經(jīng)過幾個方案的計算比較,確定本方案為：將原堰頂高程1 085.5m降低到1 083.0m,原控制段總寬27.4m拓寬為35.0m,采用開敞式駝峰堰。溢洪道總長496m,其中引渠長36m,底寬35m～55m,邊坡1∶1的梯形斷面,用漿砌塊石和混凝土襯砌,底板縱坡-1%;控制段長10.8m,堰頂凈寬為4×8m,總寬35m,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),頂部修建交通橋;泄槽段長379.2m,底寬18m～35m,縱坡1%～37%;消能防沖段長70m,前為消力池,長35m,寬25m,后為海漫段,長35m。

方案二：經(jīng)過初步勘測,根據(jù)左、右兩岸地質(zhì)條件,泄洪洞布置在水庫左岸,進(jìn)口選在大壩左岸上游100m處,泄洪洞全長691m。0+000～0+290段洞軸線與大壩軸線夾角73°,在0+290處洞軸線向右轉(zhuǎn)50°,0+500處再向右轉(zhuǎn)40°,最后在0+602處進(jìn)入下游消能段。

泄洪洞進(jìn)口底板高程1 076.0m,進(jìn)口0+000處先設(shè)攔污柵一道,攔污柵與底板夾角67°。進(jìn)口閘門段長5m,設(shè)高3.25m、寬3.25m的平板閘門兩扇,供檢修隧洞時使用。主洞段長541.6m,該段全線采用內(nèi)徑6.5 m的圓形斷面。出口閘門段長5.0m,橫斷面為高3.25m、寬3.25m的兩個矩形斷面,內(nèi)設(shè)高3.25m、寬3.25m的平板閘門兩扇,出口閘門段的底板高程為1 074.8m。消力池長35m,寬15m,深5.6m,池坎高2.0m。消力池后依地形進(jìn)行襯砌,將洪水引入自然河道。

兩種改造方案均是在同樣的汛限水位1 080.20m時開始起調(diào)泄洪的,方案一在汛限水位1 080.20m時由輸水涵洞泄洪,水位超過溢洪道控制段底板高程1 083.0m時溢洪道開始泄洪;方案二在汛限水位1 080.20m時由泄洪洞泄洪,水位超過溢洪道控制段底板高程1 085.50m時溢洪道開始泄洪。

設(shè)計認(rèn)為上述兩種方案各有優(yōu)缺點,其中方案一具有結(jié)構(gòu)簡單,施工方便,造價較低,節(jié)省材料,運行管理方便的優(yōu)點,但同時存在開挖量較大、溢洪道現(xiàn)護(hù)砌工程不能利用等缺點;而方案二能部分利用溢洪道現(xiàn)控制段工程,但新開挖泄洪洞結(jié)構(gòu)復(fù)雜,覆蓋層薄,巖層破碎,施工難度大,造價較高,運行管理難度較大。

分析對比認(rèn)為：方案一設(shè)計、施工經(jīng)驗成熟,造價較低,檢修管理方便,適合于本地區(qū)修建,因此推薦挖深、拓寬溢洪道改造方案。

4.3 輸水洞維修加固

現(xiàn)臥管有縱橫裂縫多條,砂漿多處剝落,需整修。臥管的孔口蓋板部分損壞、丟失,設(shè)計對臥管和輸水涵洞進(jìn)口采用漿砌塊石整修,并用混凝土襯砌?？紤]輸水涵洞要承擔(dān)一部分汛期泄洪的任務(wù),設(shè)計對輸水涵洞出口和干渠渠首段進(jìn)行整修,安裝渠首泄水閘閘門和節(jié)制閘,護(hù)砌泄水渠消能段。

5 結(jié)語

西堡水庫正常運行中的隱患和問題,為每年的水庫度汛帶來了工作難度。近年來,水庫下游防洪保護(hù)區(qū)內(nèi)鐵路、公路等基礎(chǔ)設(shè)施,工礦區(qū),以及下游大型水庫的區(qū)域聯(lián)合調(diào)度等對其防洪安全性的要求也越來越高。改造水庫,消除隱患,使其過關(guān)脫險,充分利用現(xiàn)有水利設(shè)施,延長其正常運行期限,發(fā)揮其最佳效益,促進(jìn)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展,是很必要和緊迫的。

[1] 張京彬.淺談小型水庫除險加固處理技術(shù)的應(yīng)用[J].山西建筑,2009,35（3）：365-366.

On design schem e for danger release and intensification of Xibao reservoir

W ANG Hong-liang

Based on the field observation of Xibao reservoir,the paper analyzes and researches the quality of current dam projects and problems in themany-year engineering operation,and points out the reservoir design scheme for danger release and intensification according to the dam safety evaluation suggestions,so as to p rovide directions the intensification and danger release projects for similar reservoir.

danger reservoir,danger release and intensification,design

TV697.3

A

1009-6825（2010）35-0360-02

2010-09-07

王宏亮（1968-）,男,工程師,長治市水利建筑工程處,山西長治 046000