姜劍明，于瀟霈

（濟南市水利建筑勘測設計研究院有限公司，山東 濟南 250101）

崮頭水庫位于山東省濟南市長清區(qū)馬山鎮(zhèn)崮頭村南，是一座具有防洪、灌溉和發(fā)展水產(chǎn)養(yǎng)殖等多功能綜合利用的中型水庫。崮頭水庫樞紐工程由均質土壩、右壩肩設置的開敞式溢洪道和穿壩放水洞等水工建筑物構成。均質土壩順壩中軸線的總長度為859m，壩軸線的基面至壩頂?shù)膲胃咦畲笾禐?1.5m。均質土壩的右壩肩和右岸山體之間設置4孔10m寬開敞式溢洪道。2019年8月山東省水利勘測設計院對崮頭水庫進行了安全鑒定，結果表明崮頭水庫溢洪道消力池現(xiàn)狀結構尺寸、抗浮安全穩(wěn)定性以及防沖刷能力不滿足現(xiàn)行規(guī)范所需安全系數(shù)的要求。

1 消力池現(xiàn)狀

底流消能是在泄水建筑物下游設置尺寸足夠大的下挖式消力池，利用泄水時在消力池內(nèi)發(fā)生的水躍水力現(xiàn)象，消除上游宣泄水流的大部分能量，使出池的水流具備較低的流速，以防止下游河床產(chǎn)生沖刷。崮頭水庫大壩類型為均質土壩，根據(jù)土石壩的特性，一般情況下，考慮到壩體安全的影響因素，土石壩設計要求將溢洪道設置在遠離大壩壩肩的山體埡口之上，但由于崮頭水庫壩址處不存在遠離壩肩并適合建設溢洪道的山體埡口，所以崮頭水庫只能采取將溢洪道設置在均質土壩右壩肩的布置方案，因而在發(fā)生設計、校核洪水之時，在高速水流產(chǎn)生的脈動壓力以及上下游水位所產(chǎn)生的揚壓力等荷載作用下，消力池一旦失事，將對崮頭水庫均質土壩的安全產(chǎn)生致命的威脅。

現(xiàn)狀崮頭水庫采用底流消能的方式對下泄洪水進行消能，采用下挖式消力池方式?，F(xiàn)狀消力池全長33m，深2.9m，底板厚度為0.8m，設計之初消力池底板未設置抗浮錨桿，消力池底板按照單塊11m×10m的尺寸設置永久結構縫，并于結構縫中設置紫銅止水一道。

由于崮頭水庫建成完工后一直受到滲漏問題的困擾，且多次除險加固未從根本上解決其嚴重的滲漏問題，以至于水庫常年處于正常蓄水位以下的運行狀態(tài)，建成至今溢洪道從未達到過設計洪水的下泄流量；再加上出于對下游村莊防護的要求，崮頭水庫調度運行時要求在遭遇小于20年一遇的中小洪水情況下，溢洪道往下游河道宣泄的流量峰值需小于或等于300m3/s，以免下泄洪水對下游村莊造成嚴重的沖刷和淹沒，從而保護下游河道的安全。因此，自2003年除險加固工程實施完工后，雖然崮頭水庫溢洪道消力池存在長度、深度以及底板厚度不滿足要求的問題，但其建成至今并未遭受過設計標準洪水的考驗，所以現(xiàn)狀消力池狀況仍保持完好，未出現(xiàn)破損和水毀現(xiàn)象。

2 消力池改造設計方案選擇

根據(jù)規(guī)范編號SL253-2018中出具的計算公式，對現(xiàn)狀崮頭水庫消力池的控制性尺寸（即池長、池深和底板厚度）進行復核計算。分析消力池穩(wěn)定性時，應考慮宣泄設計、校核洪峰流量時和檢修期間以正常蓄水放空水庫下泄流量峰值時等多種不利工況，以上幾種工況下的消力池底板穩(wěn)定均應考慮下泄水流所產(chǎn)生的脈動荷載。

根據(jù)溢洪道設計規(guī)范的要求，一般情況下溢洪道消能防沖設施的設計洪水標準可低于溢洪道的設計標準，但由于崮頭水庫溢洪直接設置在大壩的右壩肩上，一旦失事將直接威脅大壩安全，故而溢洪道消力池計算的洪水標準直接采用崮頭水庫設計洪水標準及校核洪水標準，對應的右壩肩開敞式溢洪道過閘流量峰值分別為697m3/s、1266m3/s。計算消力池底板厚度時，且消力池底板抗浮安全系數(shù)值在各種不利計算工況下，消力池底板設置抗浮錨桿和未設置抗浮錨桿兩種情況時的抗浮穩(wěn)定系數(shù)均不應小于1.2。

消力池底板設置抗浮錨桿時，若是設置的抗浮錨桿間距過小，則消力池底板上孔點密集，不僅造孔施工會產(chǎn)生貫通裂縫，影響消力池的整體剛度，而且不利于施工機具的布設和人員安排，若是設置的抗浮錨桿間距過大，則抗浮錨桿錨固端所需錨入基巖的深度需相應加大。因此綜合考慮，采用28錨桿，將抗浮錨桿間距設置為3.0m，錨固深度按照經(jīng)驗取值擬定為5.0m。其計算成果見表1。

表1各種不利工況下消能防沖復核計算成果表 m

根據(jù)復核計算結果，崮頭水庫消力池長和池深應分別滿足44m和3.0m的構造尺寸要求，底板在不設置抗浮錨桿時厚度應設計為3.0m，但設置抗浮錨桿后可以取現(xiàn)狀結構厚度的0.8m。因此，對崮頭水庫現(xiàn)狀消力池的改造設計可采取如下兩個方案：

方案一：可先將現(xiàn)狀消力池完全拆除，然后重新修建一個44m長，3.0m深，底板厚度尺寸為3.0m（或者設置抗浮錨桿后可將底板厚度取為0.8m）的大型鋼筋混凝土消力池；若將消力池整個拆除重建，固然可以從根本上達到有效保證工程安全運行的主要目的，但此方案不僅工程量浩大，且消力池底板基礎為巖石基礎，若采用石方爆破的方式進行開挖，則很可能在施工過程中影響到壩體及溢洪道堰體的穩(wěn)定安全，若采用液壓破碎錘配合人工使用風鎬的方式進行開挖施工，則施工難度較大，且工期較長。

方案二：保留原消力池結構，將現(xiàn)狀消力池向下游延長11m，并抬高消力池尾坎以解決長度和深度不足的問題。另外，增設抗浮錨桿，以解決消力池因厚度不滿足需求而帶來的抗浮穩(wěn)定的問題。

綜合考慮技術、經(jīng)濟以及施工難易程度的影響，采用保留原消力池底板，延長消力池長度，并對消力池底板設置抗浮錨桿的方式對現(xiàn)狀消力池進行加固改造。

3 結語

在進行溢洪道消力池設計時，由于底流消能工結構簡單且其運行較可靠，所以在泄水建筑物設計中下挖式鋼筋混凝土消力池應用比較廣泛。但是一般情況下，下挖式消力池計算得出的長度和深度均較大，若消力池底板不設置抗浮錨桿，則計算得出的消力池厚度尺寸同樣較大，結果造成消力池工程量浩大，使得工程投資加大，不僅不經(jīng)濟，且不能充分發(fā)揮消力池本身的鋼筋混凝土材料強度。

從崮頭水庫消力池改造加固方案選擇中可以看出，不設置抗浮錨桿的消力池底板厚度需要3.0m，在設置抗浮錨桿后底板厚度僅需0.8m便可達到相同的抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)。因此，可保留現(xiàn)狀的消力池結構，僅將現(xiàn)狀消力池按照設計需求順水流方向延長，并增設抗浮錨桿即可，而無需將整個消力池拆除、加大開挖深度并延長設計需求長度后重建。如此，無論是混凝土拆除量、石方開挖量還是混凝土澆筑量均成倍地減小，經(jīng)濟效益可觀，而且無需在靠近大壩的位置進行石方開挖，減小了施工震動對大壩壩體和溢洪道堰體穩(wěn)定性的影響。