北鎮(zhèn)市龍門水庫除險加固工程設(shè)計分析

袁 瑩

(北鎮(zhèn)市水務(wù)局，遼寧 北鎮(zhèn) 121300)

北鎮(zhèn)市龍門水庫除險加固工程設(shè)計分析

袁 瑩

(北鎮(zhèn)市水務(wù)局，遼寧 北鎮(zhèn) 121300)

龍門水庫是黑魚溝河上游的水利樞紐工程，坐落在北鎮(zhèn)市華鋒村。水庫工程存在老化等諸多病害隱患，為病險水庫，不能滿足水庫工程安全運(yùn)行。水庫一旦潰壩，下游人民財產(chǎn)將受到嚴(yán)重破壞，后果不堪設(shè)想。龍門水庫整治后下游華鋒村及北鎮(zhèn)城區(qū)的55 000口人，13.33 km2耕地、102國道和北鎮(zhèn)城區(qū)的生命財產(chǎn)得到了保護(hù)。3.33 km2的耕地得到有效灌溉。文章對該水庫除險加固改造工程進(jìn)行了設(shè)計探究，旨在為類似工程建設(shè)提供參考。

水庫；除險加固；工程設(shè)計；分析

1 水庫概況

龍門水庫是黑魚溝河上游的水利樞紐工程，坐落在北鎮(zhèn)市華鋒村。該水庫建于1956年2月，1958年2月基本完工，原設(shè)計防洪標(biāo)準(zhǔn)50 a一遇，原校核洪水標(biāo)準(zhǔn)500 a一遇。設(shè)計洪水位107.3 m，相應(yīng)庫容106.92 萬 m3；校核洪水位108.55 m，相應(yīng)庫容133.01 萬 m3；正常蓄水位高程105.4 m，相應(yīng)庫容64.96 萬 m3。堰頂高程105.4 m，相應(yīng)庫容64.96 萬 m3。

大壩為黏土心墻壩，最大壩高13.2 m，壩頂寬2.00 m，壩頂高程108.6 m[1]。多年平均降水量550 mm。輸水洞為漿砌石結(jié)構(gòu)，洞徑2.0 m，最大泄量2.54 m3/s。溢洪道最大泄量449.0 m3/s。龍門水庫整治后下游華鋒村及北鎮(zhèn)城區(qū)的55000口人，13.33km2耕地、102國道和北鎮(zhèn)城區(qū)的生命財產(chǎn)得到了保護(hù)，3.33 km2的耕地得到有效灌溉。

2 工程設(shè)計分析

2.1 壩頂高程

基本資料：設(shè)計洪水位在頻率2%時高程109.8 m，庫容246.0 萬 m3，溢洪道泄量214.45 m3/s；校核洪水位在頻率0.2%時高程110.8 m，庫容297.0 萬 m3，溢洪道泄量416.05 m3/s；正常水位高程108.0 m，庫容180.0 萬 m3。

2.1.1 計算風(fēng)速確定

庫區(qū)最大風(fēng)速可達(dá)25 m/s，其相應(yīng)風(fēng)向為NW，多年平均最大風(fēng)速15 m/s。根據(jù)大壩洪水標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核后的各種特征水位，復(fù)核壩頂高程[2]。

2.1.2 壩頂超高計算

根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》(SL274—2001)及水庫運(yùn)用方式，分別按以下兩種運(yùn)用情況計算，取其最大值：

1)設(shè)計洪水位加正常運(yùn)用情況的壩頂超高。

2)校核洪水位加非常運(yùn)用情況的壩頂超高。

計算公式為：

y=R+e+A

(1)

式中：y為壩頂超高，m；R為最大波浪在壩坡上的爬高，m；e為最大風(fēng)壅水面高度，m；A為安全加高，m。

2.1.2.1 波浪爬高R計算

本次壩頂超高復(fù)核風(fēng)浪要素的計算采用莆田試驗站公式。

1)平均波高h(yuǎn)計算：

(2)

式中：g為重力加速度，g=9.81 m/s2；H為水域平均水深；D為由計算點逆風(fēng)向量到對岸的距離，m；W為設(shè)計洪水位取1.5倍的多年平均年最大風(fēng)速，校核洪水位取多年平均年最大風(fēng)速。

2)平均波長λ按公式計算如下：

(3)

式中：T為平均波周期，按公式T=4.438h×0.5計算；H為水域平均水深。

3)波浪爬高RP計算

(4)

設(shè)計波浪爬高RP，按爬高分布進(jìn)行換算，該工程為5級建筑物，確定波高累積頻率P=10%。

2.1.2.2 風(fēng)壅水面高度e計算

(5)

式中：K為綜合摩阻系數(shù)，K=3.6×10-6；β為風(fēng)向與水域中線的夾角，取β=0°；W為水面上10 m處的風(fēng)速，m/s；D為從計算點作水域中線(或壩軸中線)的平行線與對岸的交點到計算點的距離，m；H為水域的平均水深，m。

2.1.2.3 安全加高A

根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》(S274—2001)表5.3.1取用：設(shè)計水位時，A=0.5 m,校核水位時，A=0.3 m。

根據(jù)上述所列公式和計算參數(shù)，土石壩壩頂超高計算結(jié)果見表1。

表1 壩頂超高計算成果表

2.1.3 壩頂高程

根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》(S274—2001)規(guī)范第5.3.3條規(guī)定，土壩各種運(yùn)用情況的壩頂高程計算結(jié)果見表2。

表2 壩頂高程計算成果表

2.1.4 大壩高程確定

由表2可以看出，計算壩頂高程均大于現(xiàn)狀壩頂高程，即現(xiàn)狀壩頂高程不滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求，需對大壩加高培厚，增加水庫蓄水能力[3]。

2.2 壩體除險加固維修改造設(shè)計

壩體除險加固維修改造有以下8個方面：

1)龍門水庫樞紐工程主壩44 m，實測頂寬2.0 m，壩頂高程108.6 m，本次需對壩體加高培厚，壩頂高程達(dá)到111.51 m，頂寬4.0 m，迎水坡坡比為1∶2.5，背水坡坡比為1∶3.0。

3)拆除原來的主壩防浪墻44 m，新建主壩防浪墻，墻寬0.5 m，墻長44 m，墻高為1.5 m，露出壩面1.0 m，埋入壩體0.5 m。防浪墻采用整體水泥砂漿罩面。

4)主壩迎水面干砌石護(hù)坡全部拆除，重新鋪設(shè)干砌石護(hù)坡，干砌石厚0.3 m，護(hù)坡下為0.2 m碎石墊層，0.1 m粗砂墊層。下游護(hù)坡為干砌石護(hù)坡，干砌石厚0.3 m，護(hù)坡下為0.2 m碎石墊層，0.1 m粗砂墊層。坡腳排水棱體需拆除重新砌筑。

5)主、副壩壩頂路面經(jīng)多年使用，現(xiàn)在已經(jīng)不能滿足行人行車要求，本次壩頂路面需要重新鋪筑,厚度為0.3 m。

6)副壩700 m長，壩頂高程為108.6 m，壩頂寬2 m，本次需對壩體加高培厚，壩頂高程達(dá)到111.51 m，壩頂寬2 m，迎水坡為1∶2.0，背水坡為1∶2.5。

7)副壩迎水面干砌石護(hù)坡全部拆除，重新鋪設(shè)干砌石護(hù)坡，干砌石厚0.3 m，護(hù)坡下為0.2 m碎石墊層，0.1 m粗砂墊層。下游護(hù)坡為干砌石護(hù)坡，干砌石厚0.3 m，護(hù)坡下為0.2 m碎石墊層，0.1 m粗砂墊層。坡腳排水棱體需拆除重新砌筑。

8)拆除原來的副壩防浪墻700 m，新建副壩防浪墻，墻寬0.5 m，墻長700 m，墻高為1.5 m，露出壩面1.0 m，埋入壩體0.5 m。防浪墻采用整體水泥砂漿罩面。

2.3 溢洪道除險加固維修改造設(shè)計

原有溢洪道底板已出現(xiàn)貫穿性裂縫，兩側(cè)擋土墻已坍塌，本次對溢洪道予以整體拆除需重建。新建溢洪道工程由進(jìn)口、溢流堰、陡槽、消力池、海漫等組成[4-5]。進(jìn)口段長10 m，寬80 m；寬頂堰堰體長4 m，寬60 m，堰頂高程108.0 m；陡槽段長90 m，兩岸邊墻為漿砌石重力擋土墻，墻頂寬0.5 m，墻基深1.2 m，墻高4.5～2.5 m；底板采用0.4 m厚漿砌石基礎(chǔ)，0.1 m厚混凝土罩面；重建消力池，長15 m，寬30 m，邊墻采用漿砌石結(jié)構(gòu)；海漫長30 m，寬40 m，厚0.4 m，采用石籠結(jié)構(gòu)。

2.4 輸水洞除險加固維修改造設(shè)計

根據(jù)現(xiàn)狀存在的問題可知，輸水洞閘門已無法利用，必須更換，閘室存在裂縫，也需拆除重建，同時拆除閘室上游測的方涵，閘室后的洞身尚可利用，輸水洞出口邊墻及底板破壞嚴(yán)重，除洞身保留外，其余原地拆除重建[6-8]。

2.4.1 新建進(jìn)口段設(shè)計

新建進(jìn)口段及閘室設(shè)計的軸線位置與原輸水洞完全一致。

2.4.1.1 進(jìn)出口高程

本工程死水位為98.2 m，與原設(shè)計相同，為充分利用興利庫容，輸水洞進(jìn)口底高程定為98.2 m，出口由于要利用原有結(jié)構(gòu)，因此出口高程與原設(shè)計保持一致。

2.4.1.2 進(jìn)口段

進(jìn)口段采用八字墻：進(jìn)口寬3.0 m，八字墻緊接閘室，連接閘室處寬1.0 m，邊墻為重力式混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土強(qiáng)度等級為C20，墻頂寬0.5 m，墻體高度2 m，底板厚度為1.0 m，沿輸水洞軸線方向長3 m。迎水面為直立。

2.4.2 閘室設(shè)計

檢修閘室采用塔式結(jié)構(gòu)，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土強(qiáng)度等級為C25，長2.20 m，沿壩軸線方向?qū)?.0 m，內(nèi)寬0.80 m，底板厚1.0 m，座落在強(qiáng)風(fēng)化巖石上。進(jìn)口設(shè)一扇鑄鐵平板工作閘門，孔口尺寸為1.00 m×1.00 m。啟閉機(jī)室為輕型結(jié)構(gòu)，建筑面積為2 m×2 m。

2.4.3 出口邊墻及底板設(shè)計

出口邊墻及底板均采用60 cm漿砌石，墻高2.0 m，進(jìn)口0.8 m寬，出口寬8.0 m。進(jìn)口底長度為8.0 m，坡度為1∶16。

2.4.4 輸水洞進(jìn)口交通

新建長18 m的交通橋通至大壩壩頂。橋?qū)?.0 m，共3跨，每跨6 m，橋墩采用混凝土結(jié)構(gòu)，厚度為0.5 m，基礎(chǔ)為擴(kuò)大基礎(chǔ)，座落在壩殼料上，基礎(chǔ)埋深1.6 m。橋面采用鋼筋混凝土板結(jié)構(gòu)[9]。

2.5 庫區(qū)清淤與防滲

龍門水庫經(jīng)過幾十年運(yùn)作，庫區(qū)淤積已經(jīng)十分嚴(yán)重，本次采取清淤予以解決，清淤土方量為158 120 m3。清淤后庫區(qū)采用土工膜防滲，防滲面積423 150 m2[10]。

2.6 庫區(qū)占地

龍門水庫除險加固維修改造工程實施后，水庫大壩需永久性占地4.3 hm2，其中旱田3 hm2，林地1.3 hm2。

3 結(jié) 語

通過該項工程實施后，水庫防洪效益巨大，下游河道防洪標(biāo)準(zhǔn)大幅度提高。基本解決了華鋒村農(nóng)田灌溉用水困難問題，使項目區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件和環(huán)境得到了極大的改善，增強(qiáng)了農(nóng)田的抗災(zāi)能力，解除了旱災(zāi)的威脅。為水庫下游新城區(qū)景觀帶隨時供水，改善生態(tài)環(huán)境，為新城區(qū)城市供水提供了可靠保障，為農(nóng)村的穩(wěn)定繁榮發(fā)展提供了有利環(huán)境，為建設(shè)社會主義新農(nóng)村打下了堅實的基礎(chǔ)。

[1]海城市海龍川水庫除險加固工程設(shè)計[J].黑龍江水利科技，2013，41(02)：98-100.

[2]李浩.莫家溝水庫除險加固工程設(shè)計[J].中國科技信息，2011(13)：59-60.

[3]郭文斗.般若院水庫除險加固工程設(shè)計[J].河北水利，2007(06)：40-41.

[4]王志明.水庫放水涵管除險加固的處理辦法[J].中國水運(yùn):學(xué)術(shù)版,2007(02):63-64.

[5]王維.病險水庫除險加固問題探討[J].中小企業(yè)管理與科技:上半月,2008(05):16-17.

[6]李銳.綏化分局小型病險水庫險情分析及除險加固建議[J].現(xiàn)代化農(nóng)業(yè),2009(11):29-31.

[7]袁夢.從化市小型水庫現(xiàn)狀及處理措施[J].廣東水利水電,2010(06):62-64.

[8]和麗清,張仕紅,柴正先.淺談如何有效處理水庫除險加固問題[J].經(jīng)營管理者,2010(13):372.

1007-7596(2014)11-0154-03

2014-03-12

袁瑩(1976-)，女，遼寧北鎮(zhèn)人，工程師，研究方向為水利水電工程、河道、水土保持、水資源等。

TV697.3

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