白鶴水庫除險加固工程優化設計

李正瓊 朱文蘭 童遠華

白鶴水庫除險加固工程優化設計

李正瓊 朱文蘭 童遠華

（重慶市水利規劃院 重慶 401147）

本文根據白鶴水庫除險加固工程施工設計工作實踐，分析了水庫大壩上下游壩坡、溢洪道、取水及放空設施等整治設計優化的原因及優化設計方案，總結了工程設計經驗，可為類似病險水庫除險加固設計提供參考。

水庫工程 除險加固 優化設計

1 工程概況

白鶴水庫位于合川區三廟鎮白鶴村，距合川城區42km。是一座以灌溉為主，兼顧防洪、發電、養殖等綜合利用的中型水庫。水庫所在河流屬嘉陵江支流南溪河支流三廟河，壩址以上集雨面積42.9km2，流域多年平均降雨量1124mm。水庫總庫容2830萬m3，有效庫容2180萬m3，設計正常蓄水位276m，死水位263m。設計灌溉面積5.57萬畝。水庫樞紐由大壩、溢洪道、取水設施、放空設施等組成。

大壩壩型為均質土壩。壩頂長208m，寬4m，最大壩高32.2m，壩頂高程280.17m。上游壩坡：從壩頂至下1:2.4～1:3.0～1: 3.5～1:7，下游壩坡：從壩頂至下1:2.0～1:1.7。壩下游沿軸線方向設有貼坡排水或堆石排水體，大壩建基面為粉質粘土。

溢洪道位于距左壩端約50m處，為側槽隧洞式。側堰長25m，堰頂高程276m，側槽首端寬3m，末端寬5m，后接隧洞。隧洞長118m，比降0.0183，凈寬5m，凈高5.17m，直墻高3.5m，為圓拱直墻型斷面。隧洞出口接34m長明渠陡槽，明渠末端通過挑流消能入河。側槽、隧洞中除拱圈為砼外，其余均為漿砌條石砌筑。

取水設施共2座，大壩壩前左右岸各1座，均為豎井涵洞式。左岸取水豎井后接北干渠，右岸后接南干渠。豎井內徑均為2m，北干渠取水豎井高13.4m，南干渠取水豎井高17.9m。豎井及涵洞采用漿砌條石砌筑。取水設施均為單一底層取水，用平面鋼閘門手動螺桿啟閉機控制，閘孔斷面0.8×0.8m。設計取水流量：南干渠1.8m3/ s，北干渠1.7m3/s。

放空設施位于水庫左岸，為豎井涵洞式。豎井內徑3.4m，高30m，頂部高程279.33m。豎井及涵洞采用漿砌條石砌筑，涵洞內埋入有管道，前段為鋼管，后段為砼管。豎井內設有φ600mm閘閥控制放水，放水底高程253.7m。

2 存在問題及整治內容

2.1存在問題

水庫大壩下游滑坡未根治處理。水庫大壩于1958年動工修建，1960年大壩修至20m高時停工，1961年遇洪水造成潰壩，1970年9月復建，于1975年3月建成。大壩修建期間曾發生過三次下游滑坡，當時曾采取在下游壩坡加寬加高堆石排水體的措施，但仍未根治下游滑坡。水庫于1976年開始蓄水運行，1978年7月，當水位達到268m時，下游壩體出現9處較大面積滲漏，并出現3處壩基滲漏，當水位達到274m時，壩體滲漏嚴重，被迫將蓄水位限制在271m。1979～1989年曾先后兩次對壩體進行過灌漿處理，由于資金不足只完成了壩身設計灌漿進尺的一半，將水庫蓄水位提高到了274m，但仍達不到設計蓄水位276m。

溢洪道側槽及隧洞段過流能力不足。溢洪道設計、校核洪水流量分別為216、297m3/s。過流能力復核結果，在設計和校核洪水情況下側槽槽首水位高于堰頂高度均大于相應堰上水頭的1/2，此時溢流堰發生淹沒出流，導致側槽過流能力不足；當通過校核流量297m3/s時，泄洪隧洞內洪水水面線較高，滿足不了隧洞凈空要求，隧洞過流能力也不足。

取水設施存在不能分層取水及閘門老化等問題。放空設施存在閘閥老化、豎井高度不夠等問題。

2.2整治內容

為了使水庫達到設計蓄水能力，消除蓄水、泄洪安全隱患，發揮水庫正常效益，2001年，啟動了白鶴水庫除險加固工程。2001年9～10月，相繼完成了該工程地質勘察工作和工程初步設計報告。2002年10月，有關部門對該工程初步設計進行了批復，批復整治的主要內容為：

（1）壩頂寬度由原4m加寬為6m，采用漿砌條石加高壩頂防浪墻。上游壩坡采用干砌塊石培厚加固，并采用預制砼塊護坡；下游壩坡采用碾壓石渣加固壩體，排水棱體采用干砌塊石砌筑。

（2）對壩基、壩肩進行帷幕灌漿；對壩體進行劈裂灌漿。

（3）對溢洪道側槽及隧洞段進行整治。

（4）對取水設施、放空設施進行改造。

（5）新建管理房1940m2，改造進庫防汛搶險公路3.6km。

3 優化調整設計

本工程施設階段優化調整設計主要體現在大壩上下游壩坡、溢洪道、取水及放空設施等方面的整治。

3.1大壩上下游壩坡

初設方案，上游壩坡采取拋石填筑壓腳和碾壓塊石回填，下游壩坡坡腳原排水體處采用干砌塊石和碾壓塊石加固加厚，其上采用碾壓石渣加厚壩體，設計上游壩坡1:2.0～1:3.6～1:6.6～1:2.5，下游壩坡：1:2.0～1:3.3～1:2.5。

施工優化設計，考慮上游壩坡現狀已較緩，僅對其進行擬化標準和護坡設計。擬化標準后的上游壩坡從壩頂至下1:2.4～1:3.4～1:3.4～1:1.6～1:7.0，壩坡上設3級馬道，馬道高程268m、262m、 259m，寬分別為6m、2m、6m。由于下游壩坡較陡，經復核，在最不利工況荷載作用下，坡體的穩定安全系數僅K=0.95，與原初設一樣采取放緩壩坡措施，不同的是，考慮到最大壩高僅30m，且原有塊石排水體已達壩體中部，因此，將原初設的2級馬道調整為1級8m寬的馬道，馬道高程265.5m，位于壩坡中部。放緩后的壩坡從壩頂至下為：1:2～1:2.5。馬道以上采用碾壓石渣料填筑，壩面采用C15砼框格草皮護坡，馬道以下采用干砌塊石培厚和碾壓堆石壓腳。

3.2溢洪道

初設方案，將側槽后的調整段（0-010～0+000）寬度由現狀8～5m統一擴大為8m，保持底坡i=0不變；對前28m長隧洞進口段（0+000～0+028）底寬由8m收縮至5m，坡度由i=0變為i=0.0925；對后段95m長隧洞漿砌石側墻采取拆出風化層10cm后再噴10cm厚C20細石砼進行保護。該方案不僅會拆除長10m、高約13m的調整段邊墻后重建，并且對隧洞進口段（0+000～0+028）需進行徹底整治，溢洪道整治工程量及施工難度均較大。

施工優化設計時，根據對溢洪道過流能力的復核結果，在保證溢洪道泄洪過流能力不變的前提條件下，僅采取對原側槽后的調整段（0-010～0+000）及隧洞進口段（0+000～0+012.6）的底板拆除后下挖0～0.6m，再采用厚0.3m的C20鋼筋混凝土現澆底板，同時采用錨筋錨固側向底板；對樁號0+012.6以后約111m長隧洞段原漿砌條石襯砌側墻過流面僅進行扁光處理，以減小其糙率。優化后的方案不僅易于施工，且投資較原方案減少約18萬元。

3.3取水設施

初設方案，考慮在原內徑2m的豎井一側增設取水閘門以便分層取水。此方案一是分層取水閘門孔口尺寸與原深層取水閘孔尺寸一樣，由于水頭減少，取水流量明顯下降；二是原豎井內空間較小，在豎井外側加設閘門難于布置，螺桿啟閉機螺桿上加設中間軸承后對運行管理、檢修維護帶來極大不便。

施工設計時采取拆除原南、北干渠取水豎井，在原地新建2座取水塔。取水塔內徑均為4m，在塔內靠邊設一管徑DN600的垂直鋼管連接壩下取水涵洞，為實現分層取水，分層采用管徑DN600的水平鋼管連接垂直鋼管，并在每層水平鋼管上設閥門控制。南干渠取水塔設3層水平鋼管，最低取水管高程264m，北干渠取水塔設2層水平鋼管，最低取水高程268.5m，取水層高均為4.1m。取水塔筒身采用鋼筋混凝土結構，厚0.8m。該方案施工、運行、管理、維護均很方便。

3.4放空設施

初設方案，僅考慮改造閥門，加高豎井。如按原方案實施，則豎井內滲漏水排水困難，通氣不暢。

由于原放空閘閥老化整治施工時水庫不能完全放空，加之南北干渠最低取水高程為264m，比原放空高程高6.7m，因此，在不影響水庫灌溉效益發揮的同時，水庫放空高程有抬高的可能。施工設計調整后方案為，保留部分水下豎井不變，將原漿砌條石豎井拆至260m高程后采用C20鋼筋砼結構重建，并將放水口高程由原253.7m抬高至261m，同時更換舊閘閥，在塔頂設管理房。

4 經驗總結

該項目于2002年12月動工，2005年5月竣工，2005年10月通過了水利部專家組的檢查評估。工程除險加固后已安全運行8年，說明施工優化設計是成功的。

在設計過程中獲得了一些經驗，現總結供同行們參考。

（1）將大壩下游邊坡原3級變坡優化為2級變坡，且在變坡處設計采用寬馬道銜接，既增加了大壩的穩定性，又便于施工。

（2）溢洪道整治方案優化后僅對原調整段（0-010～0+000）及隧洞進口段（0+000～0+012.63）的底板拆除重建，減少了施工難度和工程投資。

以上式中，t為=統計量；p為平均相對偏離值；sp為p的標準差； s為p的標準差；n為測點總數；pi為測點與關系曲線的相對偏離值，見式（23）、式（24）。

偏離數值檢驗時，α值采用0.10～0.20，臨界值按表2確定。

4.4檢驗結果分析

當上述三種檢驗結果均接受原假設時，應認為定線正確；若三種檢驗（或其中一、二種檢驗）結果拒絕原假設，則應分析原因，對原定線適當修改，重作檢驗。

表2 臨界值t1?α/2

5 率定曲線及其公式的對比分析

根據《水工建筑物測流規范》，對三類站要求：75%以上的測點與關系線的偏離相對誤差值不超過±10%（關系線中上部）和±15%（關系線下部）。可以通過以上水位（水頭）流量關系法和水力學法兩種方法的計算誤差進行分析，找出符合以上條件精度較高的泄流計算公式，擇優選用。

TV697

B

1672-2469(2014)06-0069-03

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.06.022

李正瓊（1966年—），女，高級工程師。