鋼化玻璃廊道在關(guān)門山水庫除險(xiǎn)加固中的應(yīng)用

(遼寧省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，遼寧 沈陽 110006)

鋼化玻璃廊道在關(guān)門山水庫除險(xiǎn)加固中的應(yīng)用

王業(yè)紅

(遼寧省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，遼寧 沈陽 110006)

關(guān)門山水庫上壩公路存在嚴(yán)重安全隱患，除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)中，采用混凝土擋墻結(jié)合鋼化玻璃防護(hù)長廊方案，不但滿足工程安全運(yùn)行的要求，也保障了建筑景觀與自然景觀相協(xié)調(diào)，滿足國家“AAAA”級景區(qū)及國家水利風(fēng)景區(qū)的功能要求。

關(guān)門山水庫；鋼化玻璃廊道

1 工程概況

關(guān)門山水庫位于遼寧省太子河支流小湯河中游，壩址距本溪縣政府所在地小市鎮(zhèn)約25km， 控制流域面積176.77km2，主要由混凝土面板堆石壩、河岸式溢洪道、泄洪輸水洞、電站組成。設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)100年一遇、校核洪水標(biāo)準(zhǔn)2000年一遇，水庫總庫容7661萬m3。關(guān)門山水庫工程等別為Ⅲ等，規(guī)模為中型水庫，永久性水工建筑物級別為3級，是一座以工農(nóng)業(yè)供水為主，兼有防洪、發(fā)電、水產(chǎn)養(yǎng)殖及旅游等綜合利用的中型水庫。

關(guān)門山水庫擔(dān)負(fù)著下游小市鎮(zhèn)及其轄屬6個(gè)村鎮(zhèn)的9.60萬人、3.70萬畝耕地及溪田鐵路、小草線公路等防洪安全任務(wù)，位置十分重要，對小市鎮(zhèn)乃至本溪市的國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著至關(guān)重要作用。同時(shí)，關(guān)門山水庫承載著國家“AAAA”級景區(qū)及國家水利風(fēng)景區(qū)的多種功能要求，不僅要求樞紐自身建筑景觀與自然景觀相協(xié)調(diào)，且須保障景區(qū)水域、水體要求，為庫區(qū)生態(tài)、觀賞及親水性等要求提供必要的基本條件。

2 上壩公路存在的問題

上壩公路(含電站進(jìn)場路)位于溢洪道尾水渠右岸岸邊依山而建，是進(jìn)入水庫管理區(qū)和上壩的唯一通道，其中需跨越入庫區(qū)交通橋和壩下交通橋。上壩公路全長1.16km，行車路面寬7m，其中壩腳下一段240m長的上壩公路為碎石棄渣貼山填筑而成，路面高程331.50～332.00m，坡比1∶1。

上壩公路走向與溢洪道和輸水洞軸線接近垂直，而水庫溢洪道和輸水洞采用挑流消能，挑射水流直接沖向上壩公路。1995年，在庫水位371.60m時(shí)泄洪，溢洪道泄流量為250m3/s(30年一遇泄量為564.15m3/s)，輸水洞泄流20m3/s(30年一遇泄量為115.85m3/s)，上壩公路局部被沖毀，無法上壩進(jìn)行抗洪搶險(xiǎn)工作。從上述情況看，溢洪道和輸水洞泄洪時(shí)下泄水流挑至沖坑內(nèi)后存在嚴(yán)重的回淘問題，導(dǎo)致上壩公路破壞。上壩公路現(xiàn)狀的防洪標(biāo)準(zhǔn)低于30年一遇，在溢洪道或輸水洞泄流量繼續(xù)增加的情況下，上壩公路將會(huì)受到更加嚴(yán)重的破壞直至沖毀，直接影響汛期水庫防洪安全。通過現(xiàn)場地質(zhì)鉆孔勘察，上壩公路為石渣填筑而成，路面以下7m為填筑覆蓋層；7～12m為強(qiáng)化巖安山巖，完整性極差，節(jié)理裂隙發(fā)育；12m以下為弱風(fēng)化安山巖，節(jié)理裂隙，完整性一般。該處的巖石雖然強(qiáng)度較高，但是節(jié)理裂隙發(fā)育，完整性差，不能抵抗高速水流的沖刷，且上壩公路為碎石棄渣填筑，迎水面坡度過陡，在高速水流淘刷下，一旦混凝土護(hù)坡板破壞，邊坡即會(huì)失穩(wěn)。

上壩公路有水電站向庫外電網(wǎng)輸送的高壓電線，水庫的用電均來自電站，一旦遭到破壞將影響到水庫的正常運(yùn)行，水庫的防洪安全運(yùn)行存在著嚴(yán)重的安全隱患。

3 上壩公路設(shè)計(jì)方案

鑒于上壩公路對水庫防洪的重要性，經(jīng)綜合考慮，對上壩公路段的防洪標(biāo)準(zhǔn)采用100年一遇洪水設(shè)計(jì)。存在安全隱患的部位為壩下橋下游240m長的上壩公路段，該段上壩公路的除險(xiǎn)加固方案應(yīng)結(jié)合水庫的泄洪及溢洪道和輸水洞下泄水流的消能綜合考慮，采用隧道方案和玻璃防護(hù)廊道方案進(jìn)行方案比選，見圖1。

圖1 上壩公路方案比選

3.1 隧道方案

考慮水庫溢洪道和輸水洞泄洪影響，用新建交通隧道取代受沖刷段上壩公路。為防止溢洪道挑流對上壩公路沖刷，上壩公路在右岸山體內(nèi)新建交通隧道。隧道長度為324.79m，馬蹄型雙車道設(shè)計(jì)，行車道寬度6.5m。頂拱為半圓拱，半徑為5.14m，頂拱中心角180°，襯砌厚度0.8m，圓弧段邊墻高1.884m。隧道出口接下游上壩公路。隧道斷面結(jié)構(gòu)詳見圖2。

圖2 交通隧道斷面結(jié)構(gòu)(單位： mm)

3.2 玻璃防護(hù)廊道方案

考慮水庫溢洪道和輸水洞泄洪影響，對受沖刷的上壩公路采用混凝土擋土墻防護(hù)，并在公路上設(shè)防護(hù)廊防水霧。根據(jù)消能分析計(jì)算的成果，為保證上壩公路在水庫泄洪情況下交通安全，對上壩公路迎水面路基采用混凝土重力式擋土墻防護(hù)，防護(hù)底高程為水庫宣泄100年一遇洪水時(shí)，沖坑影響線以下0.50m，并且大于最大凍深。

為防止泄洪水霧的影響，對上壩公路采用鋼化玻璃防護(hù)廊道防護(hù)，防護(hù)廊道采用橫向拱形工字鋼支撐骨架進(jìn)行支撐，間距2m，縱向采用槽鋼支撐并焊接在拱形骨架上，骨架外側(cè)懸掛透明的鋼化玻璃來防止水濺對行車的影響。玻璃防護(hù)廊道斷面結(jié)構(gòu)詳見圖3。

圖3 玻璃防護(hù)廊道斷面(單位：mm)

3.3 方案比較

兩方案的經(jīng)濟(jì)比較見表1。

表1 上壩公路方案投資綜合比較

兩種方案在技術(shù)上都可行，通過比較可發(fā)現(xiàn)玻璃防護(hù)廊道方案更經(jīng)濟(jì)、更美觀，且施工難度也低于隧道方案，更有利于加快施工進(jìn)度，縮短工期，因此推薦采用玻璃防護(hù)廊道方案。

4 上壩公路加固設(shè)計(jì)

根據(jù)《水工擋土墻設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL 379—2007)，該段擋土墻為主要建筑物上壩公路的防護(hù)工程，工程級別為3級，故擋土墻級別為3級。其洪水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)等同于上壩公路采用100年一遇設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)。

為防止回淘水流對上壩公路路基淘刷，對上壩公路迎水面采用懸掛式混凝土重力式擋土墻防護(hù)，防護(hù)底高程在挑射水流影響范圍內(nèi)為最大沖坑影響線以下0.50m，鋼筋混凝土重力式擋土墻護(hù)岸長240m。混凝土擋土墻頂寬為0.50m，迎水坡直立，背水坡坡比為1∶0.50， 底板寬9m，頂面坡比1∶2。底板坐落于河底新鮮巖石上，在此以下采用直立混凝土墻護(hù)砌至最大沖深以下0.50m。直立墻與底板為整體結(jié)構(gòu)，直立墻底寬1.50m，迎水坡直立，背水坡1∶0.20。鋼筋混凝土護(hù)岸后回填砂礫與石渣，并碾壓密實(shí)，在其上修建上壩公路。該段上壩公路行車道寬8.0m，其瀝青路面厚8cm，瀝青路面以下為20cm厚的水泥土穩(wěn)定層。

防護(hù)擋土墻的荷載分為基本荷載和特殊荷載，其荷載組合見表2。

表2 荷載組合

注表2中冰凍情況為電站發(fā)電情況下，在墻前沖坑內(nèi)的積水高程，可取現(xiàn)狀河底高程。

4.1 抗滑穩(wěn)定安全計(jì)算

計(jì)算公式如下：

式中f′——抗剪斷摩擦系數(shù)，取0.5；

c′——抗剪斷凝聚力，取0.2MPa；

∑W——作用于擋土墻上全部荷載對計(jì)算滑動(dòng)面的法向分量；

∑P——作用于擋土墻上全部荷載對計(jì)算滑動(dòng)面的切向分量；

A——擋土墻底面積。

擋土墻基底應(yīng)力計(jì)算公式：

∑G——作用于擋土墻上全部垂直于基底面的荷載；

∑M——作用于擋土墻上的全部豎向荷載和水平荷載對基礎(chǔ)底面垂直水流方向形心軸的力矩；

A——擋土墻基底面的面積，m2；

W——擋土墻基底面對于該底面垂直水流方向的形心軸，m3。

抗滑穩(wěn)定計(jì)算成果見表3。

表3 護(hù)岸擋土墻抗滑穩(wěn)定計(jì)算成果

計(jì)算結(jié)果滿足規(guī)范要求。

4.2 抗傾覆穩(wěn)定計(jì)算

計(jì)算公式如下：

式中K0——擋土墻抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)；

∑MV——對擋土墻基底前趾的抵抗傾覆力矩，kN·m；

∑MH——對擋土墻基底前趾的抵抗傾覆力矩，kN·m。

護(hù)岸擋土墻抗傾穩(wěn)定計(jì)算成果見表4。

表4 護(hù)岸擋土墻抗傾穩(wěn)定計(jì)算成果

計(jì)算結(jié)果滿足規(guī)范要求。

為防止泄洪水霧和水濺影響，對該段上壩公路采用鋼化玻璃防護(hù)廊道進(jìn)行防護(hù)，防護(hù)廊道采用橫向拱形工字鋼支撐骨架進(jìn)行支撐，間距為2m，縱向采用槽鋼支撐并焊接在拱形骨架上，骨架外側(cè)懸掛透明的強(qiáng)化玻璃來防止水濺。

5 結(jié) 語

上壩公路為上壩的唯一通道，若公路被水沖毀，交通被阻斷，無法運(yùn)輸防汛物資，當(dāng)水庫大壩、溢洪道、輸水洞等建筑物發(fā)生險(xiǎn)情時(shí)，無法進(jìn)行有效的防汛搶險(xiǎn)，給水庫留下重大安全隱患。在消除水庫安全隱患的前提下，除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)應(yīng)充分美化工程環(huán)境，為水庫資源的再利用開辟一道亮麗的風(fēng)景(見圖4)，使除險(xiǎn)加固后的關(guān)門山水庫煥然一新，其防洪減災(zāi)、供水灌溉、旅游景觀及生態(tài)效益得以充分發(fā)揮。

ApplicationoftoughenedglasscorridorinGuanmenshanreservoirandconsolidate

WANG Yehong

(LiaoningWaterConservancyandHydropowerSurvey&DesignInstitute,Shenyang110006,China)

Guanmenshan reservoir dam high has serious security hidden danger. Concrete retaining wall is combined with toughened glass protective corridor in risk removal and reinforcement engineering design, which not only meets the project requirements about safety operation, but also guarantees the coordination between building landscape and natural landscape. It meets the functional requirements about national ‘AAAA level scenic area and national water park’.

Guanmenshan Reservoir; toughened glass corridor

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2017.010.020

TV62+1

B

1005-4774(2017)010-0081-05

圖4 竣工運(yùn)行后現(xiàn)場照片