杜以芳

（沂南縣張莊鎮(zhèn)水利站，山東 沂南 276309）

沂南寨子水庫(kù)位于臨沂市沂南縣沂河支流的銅井河上游，壩址座落于沂南縣銅井鎮(zhèn)張家莊子村西北0.50 km。寨子水庫(kù)流域面積25.45 km2，流域形狀為多支流闊葉型，平均寬度3 km，壩址以上平均坡度0.02%，有挑峪、三山溝等3條支流，呈枝狀分布。寨子水庫(kù)是一座具有防洪、灌溉、養(yǎng)殖等多功能的中型水庫(kù)，灌區(qū)設(shè)計(jì)灌溉面積1 606.67 hm2，目前有效灌溉面積133.45 hm2。

寨子水庫(kù)工程主要包括大壩、溢洪道、輸水洞3部分，水庫(kù)輸水洞為直徑1.50 m的有壓隧洞，進(jìn)口洞底高程535.85 m，洞長(zhǎng)86.0 m，出口高程532.81 m。輸水洞進(jìn)口有啟閉塔1座，其斷面4 m×4 m，安裝工作閘門(mén)1扇，并配有螺桿啟閉機(jī)。

1 存在的問(wèn)題

運(yùn)行周期較長(zhǎng)以及工程建設(shè)初期不合理設(shè)計(jì)都會(huì)導(dǎo)致水庫(kù)存在一定的問(wèn)題，寨子水庫(kù)建于1970年，運(yùn)行至今，輸水洞存在很多問(wèn)題，具體如下：

1）輸水洞出口沒(méi)有消力措施，沖坑越來(lái)越深，沖坑面積越來(lái)越大。輸水洞泄洪渠沒(méi)有保護(hù)措施，不斷吞噬耕地，且威脅左側(cè)居民住宅。

2）輸水洞金屬結(jié)構(gòu)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)如下問(wèn)題：一是沒(méi)有檢修閘門(mén)，在實(shí)際運(yùn)行中，對(duì)工作閘門(mén)的檢修很困難；二是啟閉塔工作閘門(mén)橡皮止水變型，漏水，已不能正常發(fā)揮作用；三是輸水洞出口鋼閥門(mén)啟閉不靈，漏水、銹蝕。進(jìn)口啟閉不靈，主絲桿銹蝕現(xiàn)象嚴(yán)重。

2 除險(xiǎn)加固措施

根據(jù)對(duì)輸水洞存在問(wèn)題的分析，確定輸水洞的除險(xiǎn)加固方案主要為：在輸水洞的出口處設(shè)置消力池，從泄洪建筑物中流出的湍急水流具有極大的動(dòng)能，將產(chǎn)生巨大的破壞作用力，設(shè)置消力池能將急流轉(zhuǎn)變成緩流，降低甚至避免水流造成的危害。經(jīng)過(guò)多年運(yùn)行，水庫(kù)輸水洞進(jìn)口閘門(mén)及啟閉機(jī)均已不能正常運(yùn)行，已經(jīng)嚴(yán)重影響到整個(gè)水庫(kù)的功效發(fā)揮，因此，應(yīng)對(duì)輸水洞進(jìn)口閘門(mén)及啟閉機(jī)進(jìn)行重新安裝更換。

2.1 輸水洞工程布置

消力池除險(xiǎn)加固工程主要包括：銜接段擋土墻、消力池及海漫。輸水洞總長(zhǎng)度為86 m，直徑1.5 m，進(jìn)口洞底高程535.85 m，洞長(zhǎng)86.0 m，出口底高程532.81 m。

1）銜接段翼墻。輸水洞出口處有一平臺(tái)，需要修建鋼筋混凝土翼墻。

2）消力池。輸水洞下游修建消力池，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。消力池底板高程為525.05 m，寬度為10 m，長(zhǎng)度22 m，消力池兩側(cè)修建5.6 m高擋土墻，并需要對(duì)河道進(jìn)行土方回填，并對(duì)翼墻以上土體按1∶1.5進(jìn)行削坡。

3）消力池下游需要修建海漫，海漫底板高程為526.65 m，寬度為10 m，長(zhǎng)度31 m，海漫兩側(cè)前段5 m鋼筋混凝土翼墻，墻高由4 m降至2 m，后段長(zhǎng)26 m，為漿砌石結(jié)構(gòu)。對(duì)海漫兩岸進(jìn)行土方回填，并對(duì)翼墻以上土體按1∶1.5進(jìn)行削坡。

2.2 輸水洞出口消能設(shè)計(jì)

1）消能建筑物標(biāo)準(zhǔn)確定。據(jù)水庫(kù)洪水調(diào)節(jié)計(jì)算結(jié)果，300年一遇輸水洞最大泄量17.0 m3/s，30年一遇泄流量 16.89 m3/s，10年一遇泄流量15.95 m3/s。根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》SL252-2000的規(guī)定，消能設(shè)施采用10年一遇標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，相應(yīng)庫(kù)水位為551.6 m。

2）消能型式的選擇。水庫(kù)輸水洞為有壓式隧洞，單寬流量、流速及設(shè)計(jì)水頭較大，為選擇較為經(jīng)濟(jì)合理的消能型式，布置了消力檻與消力池2個(gè)方案進(jìn)行比較，主要工程量及投資情況見(jiàn)表1。

表1 消力檻與消力池方案對(duì)比表

由表1可知，消力檻方案混凝土量較大，投資亦較消力池方案多10.35萬(wàn)元，故采用消力池的消能型式。

3）銜接段翼墻。輸水洞出口處有一平臺(tái)，需要修建鋼筋混凝土翼墻。墻高為1.5 m，上頂寬為0.3 m，下底寬為0.5 m。

4）消力池消能計(jì)算。鼻坎距閘下水流收縮斷面的距離據(jù)公式計(jì)算為11.69 m。為了保護(hù)兩岸的居民房屋和耕地，消力池兩側(cè)需要修建5.6 m高翼墻，上頂寬為0.3 m，下底寬為1.2 m，墻后進(jìn)行土方回填，并對(duì)翼墻以上土體按1∶1.5進(jìn)行削坡。

5）海漫。由海漫長(zhǎng)度公式計(jì)算得海漫長(zhǎng)度為31 m。由于海漫兩側(cè)的擋土墻高度需要從4 m漸變到2 m，漸變段采用C20鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)度為5 m，上頂寬0.3 m，下底寬由0.9 m漸變到0.6 m；海漫的其余部分采用漿砌石結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)度為26 m，上頂寬0.5 m，下底寬1.5 m。為使兩岸的邊坡穩(wěn)定，需要對(duì)海漫兩岸進(jìn)行土方回填，并對(duì)翼墻以上土體按1∶1.5進(jìn)行削坡。

2.3 電氣與金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本工程金屬結(jié)構(gòu)部分包括：輸水洞工作閘門(mén)、檢修閘門(mén)、閘門(mén)啟閉設(shè)備。

1）設(shè)計(jì)條件：輸水洞進(jìn)口檢修閘門(mén)及其啟閉設(shè)備的設(shè)計(jì)條件如下，設(shè)計(jì)水位：552.45 m，校核水位：553.90 m，底坎高程：535.25 m，孔口尺寸：1.50 m×1.50 m，孔口數(shù)量：1，閘門(mén)數(shù)量：1。 閘門(mén)結(jié)構(gòu)：進(jìn)口檢修閘門(mén)采用鑄鐵閘門(mén)，閘門(mén)靜水啟閉。

2）啟閉設(shè)備計(jì)算。當(dāng)閘門(mén)下游無(wú)水時(shí)：?jiǎn)㈤T(mén)力 P1=K[0.5γbf（h12-h32）+G]；當(dāng)閘門(mén)上下游都有水時(shí)：閉門(mén)力 P1=K[0.5γbf（h12-h22-h32）+W-G]。 式中：K為安全系數(shù)，采用1.35；γ為水的容重，10 kN/m3；b為閘孔凈寬度，m；f為閘門(mén)與閘槽間的摩擦系數(shù)，取0.5；h1為上游水深，m；h2為上下游水頭差，m；h3為下游水位，m；G為閘門(mén)自重，kN；W為水對(duì)閘門(mén)的浮托力，kN。

表2 啟閉設(shè)備計(jì)算結(jié)果表 kN

3）設(shè)備選擇。通過(guò)計(jì)算選用啟閉機(jī)性能如下：型式：LQ-500 螺桿式啟閉機(jī)， 容量：1×500 kN，揚(yáng)程：20 m，啟門(mén)力：500 kN，閉門(mén)力：250 kN，電機(jī)功率：7.50 kW。

4）金屬結(jié)構(gòu)工程量。金屬結(jié)構(gòu)工程量：閘門(mén)啟閉機(jī)配備2座閘門(mén)，2臺(tái)啟閉機(jī)。

5）電氣設(shè)備。工作閘門(mén)與檢修閘門(mén)交替使用，按一臺(tái)啟閉機(jī)容量進(jìn)行計(jì)算。為防止斷電而造成啟閉機(jī)無(wú)法工作，在啟閉機(jī)室安裝一臺(tái)10 kW柴油發(fā)電機(jī)，在停電時(shí)供閘門(mén)開(kāi)啟使用。

3 結(jié)語(yǔ)

1）在除險(xiǎn)加固工程結(jié)束后，要做好輸水洞養(yǎng)護(hù)工作：當(dāng)輸水洞出現(xiàn)分縫滲漏、內(nèi)外力所引起的各種裂縫時(shí)，及時(shí)用洞內(nèi)修補(bǔ)、補(bǔ)強(qiáng)、襯砌、套管及灌漿等措施進(jìn)行處理，避免裂縫進(jìn)一步擴(kuò)張，減輕危害。

2）水庫(kù)輸水洞除險(xiǎn)加固后，可以有力地解決水庫(kù)因工程老化產(chǎn)生的閘門(mén)漏水、輸水洞進(jìn)口啟閉機(jī)啟閉困難等問(wèn)題，可以最大限度地解除水患，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)便利，提高水庫(kù)抵抗水旱災(zāi)害的能力，保證了水庫(kù)周邊居民的安全，有力地促進(jìn)農(nóng)民增收和農(nóng)業(yè)發(fā)展，為當(dāng)?shù)卣?、?jīng)濟(jì)發(fā)展提供了保障。