董歡

（新疆阜康市水利局，新疆阜康831500）

水磨溝水庫除險加固設(shè)計方案及施工技術(shù)分析

董歡

（新疆阜康市水利局，新疆阜康831500）

水庫除險加固是改善水庫運行狀態(tài)，提升水庫運行質(zhì)量的重要舉措。文章以新疆阜康水磨溝水庫除險加固為實例，在分析水庫運行現(xiàn)狀不足的基礎(chǔ)上，從水庫壩體加固與放水涵洞新建兩方面開展設(shè)計分析與施工方案制定。最終結(jié)果表明，此次除險加固有效改善水庫運行狀態(tài)，同時也實現(xiàn)了對下游灌區(qū)灌溉環(huán)境的改良，提升了灌區(qū)經(jīng)濟效益。

除險加固；施工設(shè)計；施工技術(shù)；水磨溝水庫

0引言

水磨溝水庫位于阜康市水磨溝鄉(xiāng)西北約5 km，屬天山山脈，北緣沖洪積平原區(qū)，庫區(qū)及庫區(qū)外圍地形平坦開闊，地形南高北低，庫區(qū)地層主要由第四紀(jì)全新統(tǒng)沖洪積低液限粘土（Q4al+pl）構(gòu)成。該水庫是一座以灌溉為主的平原注入式水庫，由大壩、放水涵洞、防洪堤等組成、大壩全長1 678.3 m，最大壩高5.5 m，壩頂寬5.9～3.6 m；放水涵洞位于0+000處，為壩下整體式鋼筋混凝土箱涵結(jié)構(gòu)?？傞L36.6 m，涵洞斷面為1.3 m×1.3 m。

1 水庫運行現(xiàn)狀分析

1）水庫壩體普遍存在裂縫，部分地段壩體變形嚴重，壩體表層土體呈松散擾動狀態(tài)，局部有塌陷凹坑及細流沖溝，下游壩坡存在較多鼠洞，經(jīng)檢測壩體土壓實度不符合要求。

2）水庫淤積嚴重，造成水庫有效庫容明顯減小，放水涵洞淤埋，水庫無法正常運行，通過勘察確定庫盤淤積厚度為0.7~2.3 m，舊放水涵洞需拆除重建。

3）水庫所屬地區(qū)屬寒冷區(qū)，最大凍深1.4 m，庫盤出露地層巖性主要為低液限粘土，屬季節(jié)性凍土。進行除險加固設(shè)計時，應(yīng)對相應(yīng)的工程部分采取抗凍脹措施。

2 水庫除險加固設(shè)計

2.1 壩體除險加固設(shè)計

原壩體填筑質(zhì)量較差，此次除險加固，經(jīng)復(fù)核，壩頂高程為505.65 m，壩體需培厚加高。按照上游防滲、下游疏導(dǎo)的原則，采用斜墻壩設(shè)計理念，壩體培厚區(qū)盡量位于上游壩坡，采用庫盤內(nèi)的防滲效果較好的低液限粘土土料培厚填筑。

除險加固后，壩軸線長2 050 m，設(shè)計壩頂高程505.65 m，壩頂寬4 m，上游壩坡1.0∶2.5，下游壩坡1∶2。X0+600～D1+000段壩體前壩坡采用15 cm厚現(xiàn)澆混凝土板護坡，板下設(shè)砂礫石料防凍墊層，厚1 m，以保護低液限粘土防滲體。壩后坡腳設(shè)貼坡排水體。X0+600～X0+800以及D1+000～D1+300段壩體前壩坡采用土緩坡形式，坡度1∶12。壩頂路面采用碎石路面。

2.2 新建放水涵洞設(shè)計

新建放水涵洞位于需拆除的老涵洞處，即壩軸線0+000處。涵洞主要用于下游灌區(qū)灌溉用水的供給，無沖砂排洪任務(wù)。最大泄流量10.1 m3/s，設(shè)計流量0.50 m3/s。放水涵洞為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，閘井上游為有壓段，矩形斷面，凈寬1.2 m，凈高1.8 m，閘井室后為無壓段，為城門洞型，凈寬1.2 m、凈高1.8 m，縱坡i＝0.02；放水涵洞后接消力池，消力池為矩形斷面，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，池寬5 m、長15 m，邊墻采用整體式懸臂擋土墻，墻高4 m，頂寬0.3 m，底寬0.6 m，底板厚0.5 m，斜坡擴散段長20 m。閘井室設(shè)工作閘門及檢修（事故）閘門各1扇，閘孔寬1.2 m，高1.8 m。啟閉機室位于壩頂上游面閘井上方，為磚混結(jié)構(gòu)。

放水涵洞地基為低液限粉土，承載力較低，需進行換基處理。涵洞基礎(chǔ)均采用水泥土換基，置換深度1.5 m。

3 水庫除險加固方案分析

3.1 壩體穩(wěn)定分析

依據(jù)水庫壩體巖土力學(xué)特征，自壩體選取2個典型橫斷面進行計算分析，一個為主壩段X0+ 100～D0+400段老壩體培厚加高段，該段壩體典型斷面為D0+100處，一個為副壩段壩體典型斷面為X0+600處。計算方法按照瑞典圓弧法，采用北京理正軟件設(shè)計研究所的邊坡穩(wěn)定設(shè)計軟件進行計算，計算所用數(shù)據(jù)見表1，計算后成果統(tǒng)計見表2。

表1 水庫除險加固后壩體抗滑穩(wěn)定計算采用數(shù)據(jù)

表2 壩體抗滑穩(wěn)定計算成果表

對比分析上述計算結(jié)果可知：大壩前壩坡及后壩坡的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求，此次加固設(shè)計方案可行。

3.2 放水涵洞流量合理性分析

根據(jù)灌區(qū)設(shè)計水平年的作物種植比例、灌溉制度進行設(shè)計灌水率計算，并繪制圖1所示灌水率圖，并結(jié)合式（1）計算年設(shè)計灌水率。

式中：qik——第i種作物第k次灌水的灌水率，m3/（s·hm2）；mik——第i種作物第k次灌水的灌水定額，m3/hm2；αi——作物種植比例，%；Tik——第i種作物第k次灌水的灌水延續(xù)時間，d。

經(jīng)計算灌區(qū)年設(shè)計灌水率為3.9 m3/（s·hm2）。結(jié)合水磨溝水庫服務(wù)灌溉面積為0.047萬hm2，灌溉水利用系數(shù)為0.48，則由式（2）可計算求得下游干渠設(shè)計流量：

式中：Qs——干渠設(shè)計流量，m3/s；As——控制灌溉面積，萬hm2；ηs——灌溉水利用系數(shù)；qs——設(shè)計灌水率，m3/（s·hm2）。

經(jīng)計算下游干渠設(shè)計流量0.38 m3/s，依據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計規(guī)范》相關(guān)規(guī)定，干渠實際設(shè)計流量應(yīng)為計算流量的1.30～1.35，即0.49～0.51 m3/s。新建放水涵洞設(shè)計最小流量為0.50 m3/s，符合計算結(jié)果，可滿足實際使用需要。

圖1 設(shè)計水平年灌水率圖

4 除險加固施工

4.1 壩體施工

水庫前壩坡施工流程：前壩面清廢→壩體填筑→阻滑墻→防凍墊層混凝土面板→壩頂碎石路面→路肩石；后壩坡施工流程：后壩面清廢→壩體填筑→壩后坡腳排水體→排水溝。

施工時清除壩面50 cm浮土，并使用凸塊震動碾依照進退法對壩面進行碾壓，確保壩面以下0.5 m內(nèi)土料壓實度不小于0.97；壩體填筑采用汽車后退法直接卸料，人工沿水平面分層整平并修整夯實壩面的方法進行；阻滑墻為現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)，采用跳倉法施工，澆筑前先于墻體基礎(chǔ)下墊50 cm厚砂礫石料，澆筑時采用插入式震動棒震搗，澆筑完后應(yīng)進行及時養(yǎng)護；壩面混凝土板采用跳倉法，混凝土塌落度不宜過大，以防止未凝結(jié)的混凝土在斜面上滑動。混凝土采用0.4~0.8 m3混凝土拌和機拌制，平倉后采用2.5 kW的平板震動器震搗，混凝土終凝后應(yīng)及時進行灑水養(yǎng)護；壩體施工完成后，采用粒徑小于20 mm的天然級配混合料砂礫料鋪設(shè)壩頂碎石路面，后退法卸料，人工分層整平，振動碾碾壓；路肩石采用預(yù)制混凝土塊。壩頂碎石路面鋪設(shè)完成后人工挖槽，基礎(chǔ)夯實整平后人工砌制，沉降縫采用100號水泥砂漿勾縫。

后壩施工參照前壩施工進行，排水溝斷面均為土渠梯形斷面，采取人工開挖方式。在開挖土方前，首先清除渠道范圍內(nèi)（包括渠堤部分）表層30 cm的浮土和雜草及植物根系，然后按設(shè)計斷面進行開挖。

4.2 放水涵洞施工

水庫放水涵洞施工流程：老涵洞拆除→基礎(chǔ)開挖→基礎(chǔ)處理→混凝土澆筑→金屬結(jié)構(gòu)安裝。

老放水涵洞使用1.4 m3挖掘機拆除，局部機械無法拆除部分，采用人工拆除；依照設(shè)計尺寸利用挖掘機進行放水涵洞基礎(chǔ)開挖，基底不得有淤泥、流沙等透鏡體。基礎(chǔ)開挖完后，應(yīng)由地質(zhì)勘察人員驗槽合格后方準(zhǔn)進行下一工序；采用水泥土對涵洞基礎(chǔ)進行換填。水泥土應(yīng)按照設(shè)計比例采用攪拌機配置，分層填筑，每層布設(shè)厚度不超過40 cm，振動碾碾壓；涵洞施工放線后，支模綁扎鋼筋進行混凝土澆筑，澆筑時人工平倉，插入式震動棒震搗；金屬結(jié)構(gòu)主要包括放水涵洞檢修（事故）閘門與工作閘門。安裝時閘門應(yīng)保持垂直，中心軸線與啟閉機中心軸線一致，二期混凝土澆筑后，達到設(shè)計強度以后方準(zhǔn)啟閉閘門。

5 結(jié)語

水磨溝水庫除險加固施工工期共計12個月，施工作業(yè)有效依照工程設(shè)計開展，全過程無事故，施工達成后經(jīng)檢驗，各項指標(biāo)均符合水利工程施工規(guī)范。后續(xù)運行中水庫各設(shè)施運行良好，有利保障下游灌區(qū)生產(chǎn)需求的同時對灌區(qū)灌溉環(huán)境實現(xiàn)了良性改善，提升了灌區(qū)經(jīng)濟效益。

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