劉大水庫溢洪道維修加固方案設計

王曉琪

(本溪泓源供水有限責任公司，遼寧 本溪 117000)

1 概 述

水庫工程建設對經濟、生態、社會平穩具有重要的作用[1-2]。水庫工程的安全對下游居民的安全生產生活有較大的影響。水庫建設一般具有良好的防洪效果，溢洪道作為主要的防洪建筑物，其安全對水庫防洪效益的發揮有較大的影響[3-5]。早期修建的水庫溢洪道在長期侵蝕沖刷作用影響下，溢洪道出現不同程度的破損現象，亟需采取加固治理措施，以保證溢洪道的泄洪作用，保證水庫效益的發揮。

2 溢洪道概況

劉大水庫溢洪道位于大壩右岸，總長305 m。進口段長10.0 m，底板高程83.8 m。控制段為駝峰堰，控制段長14.35 m，堰頂高程為84.85 m，總凈寬16.6 m，分2孔，每孔凈寬8.3 m，中墩厚2.0 m，邊墩厚1.5 m，墩頂高程為94.67 m。泄槽段長124.05 m，兩側為漿砌石重力式擋墻，底板及側墻采用混凝土護面。出口消能段采用挑流消能，長18.6 m。

3 溢洪道存在的問題

1) 工作閘門前設有檢修門槽，無檢修門、啟閉設備。

2) 溢洪道工作閘門止水裝置存在磨損，且存在龜裂現象，閘門埋件銹蝕嚴重。工作閘門啟閉機電動機外殼銹蝕，線圈防護蓋密封圈缺失，電線老化、接頭裸露，存在安全隱患。

3) 溢洪道閘室整體外觀質量較差，閘墩、底板、交通橋、檢修橋等部位混凝土外觀存在局部破損、露筋和骨料外露等現象；排架混凝土碳化深度較大，已接近鋼筋混凝土保護層厚度實測值。

4) 溢洪道控制段閘墩頂高程在宣泄校核洪水位時，低于校核洪水位加安全超高，不滿足規范要求。

4 溢洪道維修加固方案設計

劉大水庫是普蘭店區城市供水的唯一水源地，也是大連市城市供水的備用水源地，水庫安全、可靠的運行至關重要。目前，溢洪道缺少事故檢修閘門，工作閘門的安全運行無法得到保障，因此本次維修加固增設溢洪道檢修閘門。

4.1 方案一(原閘墩擴槽)

保留原溢洪道控制段底板，將中墩從墩頭向下游拆除長2.41 m，在拆除后的底板、閘墩基面植入鋼筋，澆筑新閘墩及檢修門槽，一期門槽尺寸為1.41 m×0.52 m(寬×深)；邊墩整體結構保留，將原檢修閘門槽鑿毛、擴寬，門槽尺寸為1.41 m×0.52 m(寬×深)，在開鑿出的基面植入錨筋，架設閘門槽埋件，澆筑二期混凝土，形成新檢修門槽。新檢修門槽為2孔，設平面檢修閘門1扇，分2節。見圖1。

4.2 方案二(接長閘墩)

在現有閘墩上游立面向上游接長閘墩，在接長的閘墩上新建檢修閘門槽，墩頂新建排架柱，排架柱頂部懸掛檢修閘門啟閉設備。

閘墩需向上游接長3.0 m，檢修門槽寬1.41 m，中墩與原中墩等寬為3.0 m，邊墩與原邊墩等寬為1.5 m。新檢修門槽為2孔，設平面檢修閘門1扇，分2節。見圖2。

圖2 閘墩接長示意圖

方案一、方案二工程投資比較情況見表1。

表1 投資比較表

由于上述兩方案的金屬結構、電氣等項目工程量相同，因此只對水工結構相應土建部分進行綜合經濟比較。經比較，方案一(擴槽)投資為41.32萬元，方案二(接長閘墩)投資為81.08萬元，方案一節省投資39.76萬元。同時，方案二需要對溢洪道進口邊墻進行拆除，墻后填土需開挖，開挖高度為12.3 m，施工難度較大，對周圍工程部位擾動較大。綜合考慮，方案一工程投資小、施工簡單、施工安全可靠性高，因此本次設計采用方案一。即保留原邊墩及底板，拆除中墩墩頭，將原邊墩檢修門槽進行擴槽，新建中墩墩頭及檢修門槽。

4.3 混凝土表面缺陷處理

溢洪道混凝土整體外觀缺陷明顯，控制段閘墩、底板及泄槽段混凝土剝蝕較為嚴重。表2為常見的混凝土表面缺陷處理的方式。

表2 常用混凝土表面修補材料的優缺點對比表

以上幾種處理方式均能起到修補混凝土表面缺陷的效果，結合本工程特點、工程造價，需要修補材料具有較高的黏結強度、具有良好的抗凍抗滲性，并方便施工、對原結構擾動小，經綜合考慮，溢洪道控制段閘墩、底板及泄槽采用SPC聚合物砂漿進行防護。見圖3。

4.4 溢洪道閘室穩定性分析

4.4.1 基本數據

堰體與巖基摩擦系數：堰體施工過程中，清基較徹底，基礎為弱風化石英巖，f′=0.55，c′=20 kPa。

抗滑穩定安全系數規范值：基本組合和特殊組合工況下分別取3.0、2.3。

4.4.2 計算工況與荷載組合

基本組合：正常蓄水位情況，自重+靜水壓力+揚壓力

特殊組合：地震情況，自重+靜水壓力+揚壓力+地震力

抗滑穩定按下式計算：

(1)

式中：Kc為抗滑安全系數；f′為抗剪摩擦系數，取0.55；c′為抗剪黏聚力，取20 kPa；∑G為豎向荷載；∑P為水平向荷載。

閘室基底應力按下式計算：

(2)

(3)

計算結果見表3。

表3 抗滑穩定計算結果

計算結果滿足規范要求，溢洪道閘室是穩定的。

5 結 論

為了改善劉大水庫溢洪道在長期使用過程中破壞嚴重的現狀，通過方案比選，選擇方案一(原閘墩擴槽)對溢洪道進行加固治理。同時采用SPC聚合物水泥砂漿對混凝土表面缺陷進行處理，可以保證溢洪道的泄洪效果。經安全復核計算，劉大水庫溢洪道閘室穩定性滿足規范要求。