砌石拱壩加高方案探討

曾冬梅，雷 剛，陳衛(wèi)東，潘君燕

（1.新疆農(nóng)牧區(qū)水利規(guī)劃總站，新疆 烏魯木齊 830000；

2.四川大學(xué)水力學(xué)與山區(qū)河流開(kāi)發(fā)保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610065）

1 概述

據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，全國(guó)已建的水庫(kù)大壩8.5萬(wàn)多座，由水利系統(tǒng)管理的8.37萬(wàn)多座水庫(kù)中，防洪標(biāo)準(zhǔn)、工程質(zhì)量都存在問(wèn)題的壩有3萬(wàn)多座，約占大壩總數(shù)的36%[1]。山區(qū)水庫(kù)大壩的主要問(wèn)題中，水庫(kù)防洪標(biāo)準(zhǔn)低是普遍存在的，主要原因有[2-5]：1）很多工程本身設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)低，不滿足實(shí)際運(yùn)用要求；2）隨著水文系列資料的延長(zhǎng)，特別是受實(shí)測(cè)大洪水系列資料的影響，重新核定后，工程的實(shí)際防洪標(biāo)準(zhǔn)低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；3）隨著科技進(jìn)步和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工程建設(shè)規(guī)程和規(guī)范的要求在不斷強(qiáng)化和統(tǒng)一，原有標(biāo)準(zhǔn)不滿足新規(guī)范要求。因此如何增加壩高，增大水庫(kù)庫(kù)容量成了關(guān)鍵問(wèn)題，特別是有壩頂溢流堰的拱壩。以下以某水庫(kù)為例進(jìn)行探討。

2 拱壩加高方案探討

某水庫(kù)是一座以灌溉為主，兼顧防洪的綜合利用的中型水利工程，總庫(kù)容1 945萬(wàn)m3，有效庫(kù)容1 794萬(wàn)m3，且地處高寒地區(qū)，晝夜溫差大。樞紐工程由大壩、壩頂溢流堰、灌溉放水設(shè)施，導(dǎo)流沖沙洞等成，水庫(kù)大壩為漿砌石拱壩，最大壩高78 m，樞紐工程為Ⅲ等中型工程。

隨著該水庫(kù)所在地區(qū)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展，對(duì)水資源的利用和需求日益增加，該水庫(kù)目前的現(xiàn)狀遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的要求。因此，迫切需要對(duì)該水庫(kù)的開(kāi)發(fā)目的加以調(diào)整和充分利用，擬增加該水庫(kù)興利庫(kù)容，充分發(fā)揮其地區(qū)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要作用。同時(shí)，進(jìn)一步增大其蓄水量和防洪庫(kù)容，對(duì)提高水庫(kù)防洪標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步保障水庫(kù)下游人民生命財(cái)產(chǎn)安全，有效地防止洪水災(zāi)害也具有重要的意義。

經(jīng)過(guò)調(diào)洪計(jì)算及壩頂高程復(fù)核結(jié)果表明，現(xiàn)狀壩頂高程1 785.00 m，1 000年一遇校核洪水時(shí)，所需壩頂高程為1 788.51 m，在現(xiàn)有溢洪設(shè)施情況下，大壩防洪標(biāo)準(zhǔn)不能滿足1 000年一遇校核標(biāo)準(zhǔn)，需要采用適當(dāng)增加壩高和防浪墻等措施，下面列出幾種加高方案：

1）方案一，直接從壩頂增加壩高，俗稱“戴帽”加高[2]。即從壩頂上直接加高，迎水面可用防浪墻直立加高，背水面上部坡度加陡一些，可通過(guò)穩(wěn)定分析確定，但如果單純?cè)黾訅胃撸缌餮唔斠陨喜糠謮误w失去拱效后為重力壩，而且此例中壩體為漿砌石拱壩，且壩頂拱圈厚度較小，因此該部分壩體本身的穩(wěn)定難以保證。

2）方案二，從大壩背水坡培厚加高。當(dāng)“戴帽”加高不滿足要求時(shí)，需從大壩背水坡培厚加高，以滿足大壩穩(wěn)定滲流條件。對(duì)土石壩一般要求背水面加培宜用風(fēng)化料等透水料，迎水面加培宜用粘土、壤土料。這一措施，比“戴帽”加高工程量要大得多，造價(jià)也高。具體加高根據(jù)需要來(lái)定，以滿足規(guī)范要求的防洪標(biāo)準(zhǔn)。

3）方案三，大壩加高與溢流堰改建相結(jié)合。同時(shí)加高壩頂和溢流堰高程，并適當(dāng)擴(kuò)寬溢流堰。根據(jù)調(diào)洪演算結(jié)果，溢流堰加高3 m，壩頂加高1.0 m。

4）方案四，大壩加高與增建泄洪設(shè)施相結(jié)合。為提高水庫(kù)防洪標(biāo)準(zhǔn)，增加水庫(kù)調(diào)蓄庫(kù)容，加大下泄流量，大壩適當(dāng)加高結(jié)合新建溢流堰、利用原有導(dǎo)流洞、增設(shè)溢洪道等措施。

5）方案五，此方案中溢流堰高程保持不變，使大壩和中間溢流堰邊墩一起加高，采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，在溢流表孔壩段上方形成一個(gè)整體的框架結(jié)構(gòu)，與兩邊增加的壩體形成一個(gè)整體拱圈。該方案拱壩的壩體設(shè)置孔口，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在壩頂拱圈和閘室結(jié)合處以及箱體四周容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，設(shè)計(jì)難度較大，設(shè)計(jì)周期較長(zhǎng)。

3 結(jié)果分析

本文對(duì)上述5種方案的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析，現(xiàn)對(duì)以上5個(gè)方案的工程量、預(yù)算費(fèi)用及優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行綜合對(duì)比分析。5個(gè)方案的綜合指標(biāo)見(jiàn)表1。

通過(guò)對(duì)5種方案的綜合對(duì)比分析，在本工程實(shí)例中建議采用方案三作為推薦方案。

但在大壩加高的同時(shí)，也帶來(lái)以下問(wèn)題需要處理：交通洞與壩體連接及擋水防滲成了主要問(wèn)題；由于壩體加高所帶來(lái)的壩體斷面的突變將引起局部的應(yīng)力集中問(wèn)題，對(duì)壩體的穩(wěn)定不利；壩體防滲體系的封閉性較難處理。

表1 該工程壩體加高方案對(duì)比表

［1］王萍，夏仲平.險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固中的主要技術(shù)措施［J］.人民長(zhǎng)江，2006，37（8）：87-88.

［2］肖艷，張光科，劉超.石城子水庫(kù)砌石拱壩除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)［J］.東北水利水電，2007（8）：14-15.

［3］林奮.安全保壩加固技術(shù)［J］.12-17.

［4］梁妙屏，徐均明.試論病險(xiǎn)水庫(kù)加固措施［J］.水利建設(shè).2007（9）：289-290.

［5］辛俊錄，宋怡馨，中小型病險(xiǎn)水庫(kù)現(xiàn)存問(wèn)題及除險(xiǎn)加固措施［J］.東北水利水電，2009（8）：63-65.