泔河水庫(kù)下游壩坡加固處理與溢流堰改造方案優(yōu)化設(shè)計(jì)

杜曉寒

（陜西省寶雞峽管理局　陜西　咸陽(yáng)　712000）

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泔河水庫(kù)下游壩坡加固處理與溢流堰改造方案優(yōu)化設(shè)計(jì)

杜曉寒

（陜西省寶雞峽管理局陜西咸陽(yáng)712000）

摘要泔河水庫(kù)經(jīng)多年實(shí)際運(yùn)行，病險(xiǎn)問題眾多，按計(jì)劃進(jìn)行了除險(xiǎn)加固。本文結(jié)合實(shí)際，對(duì)泔河水庫(kù)下游壩坡加固處理、溢洪堰改造多種方案作了綜合分析，通過比選提出了最優(yōu)設(shè)計(jì)方案，可供同類工程借鑒。

關(guān)鍵詞泔河水庫(kù);壩坡加固;溢流堰改造;方案優(yōu)化

1　概況

泔河水庫(kù)位于陜西省禮泉縣城北泔河與小河匯流處，距縣城3.5km，寶雞峽西干四支渠由壩頂通過。水庫(kù)功能以灌溉為主，同時(shí)兼顧安全防洪、水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合效益。泔河水庫(kù)為Ⅲ等中型工程，主要建筑物為3級(jí)，地震基本裂度為Ⅶ度。原防洪標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇洪水設(shè)計(jì)，200年一遇洪水校核，水庫(kù)總庫(kù)容5440萬m3，興利庫(kù)容4380萬m3，死庫(kù)容160萬m3。設(shè)計(jì)洪水位544.5m，校核洪水位546.5m，正常蓄水位541.0m，死水位515.0m。泔河引水灌溉發(fā)端于1944年李儀祉主持建成的泔惠渠工程，可灌地3000多畝。水庫(kù)工程位于其上游，始建于1958年11月，1963年4月停工，1969年復(fù)工，1972 年5月5日竣工，設(shè)施灌溉面積55萬畝。經(jīng)過30多年運(yùn)行，水庫(kù)淤積嚴(yán)重，溢洪道泄洪能力不足，壩體浸潤(rùn)線被抬高，壩頂渠道襯砌破損嚴(yán)重等。經(jīng)省水利廳組織專家檢測(cè)，評(píng)定為三類壩，決定實(shí)施除險(xiǎn)加固，并委托陜西省水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院進(jìn)行方案設(shè)計(jì)。

2　下游壩坡加固處理方案

經(jīng)水利專家對(duì)泔河水庫(kù)壩體下游穩(wěn)定性能計(jì)算，通過下游坡517.164m高程馬道處的滑弧安全系數(shù)較小，必須進(jìn)行加固處理。加固有兩種途徑，其一是通過降低壩體內(nèi)部的浸潤(rùn)線來提高下游壩坡的穩(wěn)定性；其二是通過培厚壩坡提高下游壩坡的穩(wěn)定安全系數(shù)。根據(jù)泔河大壩下游壩坡設(shè)有備戰(zhàn)公路和右岸設(shè)有抽水泵站情況，統(tǒng)籌兼顧各方安全，擬定了兩種加固方案進(jìn)行比選。

2.1堆石排水棱體方案

水庫(kù)大壩雖然原來設(shè)有水平排水，但由于下游壩坡平緩，且排水體伸入壩體的長(zhǎng)度較短，其降低壩內(nèi)浸潤(rùn)線的效果不理想。因此，擬設(shè)置堆石排水棱體取代原水平排水。通過計(jì)算比較，排水棱體可比水平排水明顯降低壩體浸潤(rùn)線，而且棱體對(duì)下游壩體具有支撐作用，從而提高下游壩體的穩(wěn)定性。

排水棱體頂部高程為512m，頂寬5m，內(nèi)坡1∶1.5，外坡1∶2，棱體采用堆石填筑。施工時(shí)，從棱體內(nèi)坡角以1∶2.2邊坡開挖壩體，然后進(jìn)行棱體施工，用粘性土回填后將壩體并恢復(fù)到原壩坡，粘性土料壓實(shí)干密度控制為1.65g/cm3，在回填土料和棱體之間設(shè)置無紡?fù)凉げ己?0cm厚的墊層料。本方案不足之處是施工時(shí)要對(duì)壩體進(jìn)行大開挖，存在施工期下游壩坡穩(wěn)定問題。

2.2下游壩坡培厚方案

此方案可將對(duì)水庫(kù)壩體的擾動(dòng)降到最小，通過對(duì)大壩下游526m高程以下壩坡培厚來提高壩坡的穩(wěn)定性。培厚時(shí)，將526m高程處的馬道寬度加寬至15m，培厚的壩坡坡比為1∶4，在517m高程處設(shè)置馬道，寬度為2.5m。在壩趾處設(shè)堆石排水棱體，棱體頂部高程為508.5m，寬5m，內(nèi)坡1∶1.5，外坡1∶2。培厚壩體采用粘性土填筑，填筑干密度為1.65g/cm3，在填筑土料和棱體之間設(shè)置無紡?fù)凉げ己?0cm厚的墊層料。

2.3方案比選

以上2個(gè)加固方案工程量和安全系數(shù)比較見表1

從表1看出方案二的土方、石材、輔料工程量總體上小于方案一，工程投資要比方案一小的多，并能避免施工期間壩體大開挖造成下游壩坡原狀破壞多水土易流失帶來的壩坡穩(wěn)定性問題，將對(duì)原壩體的擾動(dòng)降低到最小，綜合比較工程量、投資、施工不良影響諸多方面，故設(shè)計(jì)以方案二作為下游壩坡加固方案。

3　溢流堰改造方案

泔河水庫(kù)原溢流堰頂高程541.00m，堰高8m，順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)11.5m，堰型為改型實(shí)用堰，堰上有一單跨12m的四跨輸水渡槽。為盡量恢復(fù)興利庫(kù)容，除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)把正常蓄水位由541.0m抬至544.5m，因此需要進(jìn)行溢流堰加閘改造，并擬設(shè)兩種方案比較。

表1　泔河水庫(kù)下游壩坡加固方案比較表

表2　泔河水庫(kù)溢流堰改造工程量比較表

3.1改造原堰方案

為了不影響灌溉用水，首先考慮原溢流堰及堰上渡槽不拆除，只做溢流堰表面加固處理，并加寬堰體的改造方案。該方案中新舊堰有兩種連接方式：其一是用永久縫隔開，其二是通過結(jié)構(gòu)措施連接為整體。

用永久縫隔開的改造方案，符合土基上結(jié)構(gòu)分縫的一般原則，能有效防止新舊結(jié)構(gòu)的不均勻沉陷。但是，經(jīng)對(duì)原堰體進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算，地基應(yīng)力不均勻系數(shù)達(dá)3.5，不能滿足規(guī)范要求，且舊堰前布置長(zhǎng)17m、高6.5m的新堰體。再在其上設(shè)計(jì)閘墩、閘室，不但流量系數(shù)變小，而且工程量較大，故該方案不作為比較方案。

連接為整體的改造方案，為避免新老堰體連接不密實(shí)，采用原堰體拆除0.5m～1.0m厚漿砌石形成犬牙交錯(cuò)狀，全斷面布設(shè)直徑20mm、長(zhǎng)度2.5m的錨筋連接，并在上游新澆筑堰體下布設(shè)直徑0.8m、間距3.0m、長(zhǎng)度15m混凝土灌注樁，以滿足新堰體對(duì)地基承載力的需求，防止新舊堰體的不均勻沉陷，其余設(shè)計(jì)與拆除原堰體相同。

3.2拆除原堰方案

即將原高度、長(zhǎng)度、體型不滿足設(shè)計(jì)要求的舊堰體拆除，按設(shè)計(jì)要求重建，兩方案主要工程量比較見表2。

3.3方案比選

改造原堰方案雖然投資較省，對(duì)下游灌溉影響較小，但存在以下主要不足：①由于原堰上預(yù)制渡槽排架基礎(chǔ)埋深只有0.5m，而高度達(dá)11余米，舊堰在高度上需拆除1.5m，為連接密實(shí)，在堰前也需拆除0.5m～1.0m，施工時(shí)無論采用爆破或人工拆除，都將費(fèi)時(shí)費(fèi)工，難度大，且影響堰體及渡槽的穩(wěn)定性、整體性；②渡槽排架和弧形閘門支鉸及牛腿在布置上很難錯(cuò)開，這影響到弧門拉錨筋的受力分布；③新舊堰體因地基處理方式不同，會(huì)發(fā)生不均勻沉陷，而老堰體因其上荷載變化，也會(huì)發(fā)生不均勻沉降，影響堰體、閘室的穩(wěn)定性能；④新舊堰體連接后堰寬必然加大，流量系數(shù)隨之減小，堰前水位抬高會(huì)帶來工程較大變化。

本工程原狀堰高8m，設(shè)計(jì)堰高6.5m，位于標(biāo)準(zhǔn)承載力只有150kPa的土基上，堰面局部存在裂縫、滲水情況，堰上有高達(dá)11多米的四跨預(yù)制渡槽，要做到改造原堰而不影響原有建筑物的整體性和穩(wěn)定性，施工中難度較大，而且質(zhì)量不易保證。鑒于溢流堰的重要性，經(jīng)慎重考慮，溢流堰采用拆除原堰方案組織施工。

4　結(jié)語(yǔ)

泔河水庫(kù)是寶雞峽灌區(qū)6座中型水庫(kù)之一，工程設(shè)施門類齊全，改造前病險(xiǎn)問題眾多。經(jīng)水利專家現(xiàn)場(chǎng)勘查、綜合分析論證，擇優(yōu)確定了水庫(kù)下游壩坡加固處理和溢流堰改造等方案。下游壩坡加固處理主要是降低滲水對(duì)水庫(kù)大壩安全性的影響，溢流堰拆除改造主要是在抬高正常蓄水位的條件下提升設(shè)施效能保證水庫(kù)安全泄水，二者同屬大壩安全防護(hù)工程技術(shù)措施。2006年水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程竣工后，至今未出現(xiàn)不良情況，說明工程設(shè)計(jì)方案科學(xué)，工程實(shí)施效果良好。陜西水利

（責(zé)任編輯：唐紅云）

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