李 根
(遼寧省水利事務(wù)服務(wù)中心)
中國(guó)各省小型水庫星羅棋布,全國(guó)約85 000座,且肩負(fù)防洪調(diào)節(jié)、供水保障、興利發(fā)電、水產(chǎn)養(yǎng)殖等任務(wù)。由于建設(shè)時(shí)勘測(cè)經(jīng)驗(yàn)不足,設(shè)計(jì)施工水平不高,很多工程建設(shè)水平不能滿足國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。加之建后運(yùn)行管理水平參差不齊,每年旱澇轉(zhuǎn)換、風(fēng)雨吹淋等自然因素,大多數(shù)小型水庫在長(zhǎng)年運(yùn)行后,面臨年久失修、設(shè)備老化、滲漏嚴(yán)重、標(biāo)準(zhǔn)偏低等共性問題。因此,研究小型水庫除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)對(duì)于小型水庫工程設(shè)計(jì)、施工及建后管理工作均具有一定意義。
水庫位于江西省新余市渝水區(qū),所在流域?qū)仝M江流域袁河支流。工程于1959 年4 月建成,水庫總庫容5.65×106m3,設(shè)計(jì)灌溉面積0.08萬hm2,是一座以灌溉為主,兼顧防洪、養(yǎng)殖等綜合利用的重點(diǎn)?。?)型水庫。
2.2.1 大壩滲漏嚴(yán)重
壩體填筑土料主要為粘性土,屬低-中壓縮性。由于施工質(zhì)量不高等原因,設(shè)計(jì)前測(cè)定大壩填筑土綜合滲透系數(shù)1.88×10-4cm/s,具中等透水性,不滿足規(guī)范要求,壩體存在滲漏隱患。此外,左右壩肩、壩基存在滲漏問題。原涵管封堵不嚴(yán),涵管右側(cè)5 m 有一集中漏水點(diǎn)。以上滲漏問題嚴(yán)重影響大壩安全及水庫綜合效益的發(fā)揮。
2.2.2 溢洪道功能喪失
溢洪道位于大壩左岸距大壩約280 m的山坳處,為人工開挖而成的開敞式明渠,且無消能設(shè)施及出水渠,屬未完建工程,洪水不能安全下泄。若不及時(shí)采取除險(xiǎn)加固措施,一旦遇到超標(biāo)準(zhǔn)洪水,很可能導(dǎo)致不可估量的災(zāi)難。
2.2.3 大壩壩坡破損嚴(yán)重
上游壩面護(hù)坡塊石粒徑偏小,砌筑零亂,無墊層,表面松動(dòng),部分地方已破損;下游壩面極不規(guī)整,且有上壩公路橫穿;排水棱體砌筑零亂,塊石風(fēng)化、破損,未設(shè)反濾層,塊石間縫隙多被泥土充填。
2.2.4 大壩配套設(shè)施年久失修
隧洞閘門和啟閉機(jī)拉桿銹蝕,大壩安全監(jiān)測(cè)設(shè)施、通訊管理設(shè)施簡(jiǎn)陋,進(jìn)庫防汛公路標(biāo)準(zhǔn)低、路況差,以上問題長(zhǎng)年限制著水庫防洪效益及經(jīng)濟(jì)效益的發(fā)揮。
地勘報(bào)告資料顯示,大壩填料較好,滲透系數(shù)綜合值為1.88×10-4cm/s,壩基下伏一層砂礫石層滲透系數(shù)綜合值為5×10-3cm/s,專家一致認(rèn)為,壩體不做防滲處理,在大壩上游壩腳做粘土截水槽,截?cái)鄩位暗[層。重建大壩下游排水體,對(duì)大壩浸潤(rùn)線出逸點(diǎn)進(jìn)行保護(hù),另在上游壩腳處開挖截水槽。
隧洞圍巖為II類圍巖,圍巖強(qiáng)度較高,現(xiàn)狀襯砌結(jié)構(gòu)滿足要求。根據(jù)專家意見,在隧洞內(nèi)敷明鋼管,內(nèi)徑1 m,壁厚0.01 m,采用焊接的連接方式,在洞內(nèi)和進(jìn)出口設(shè)C25混凝土鎮(zhèn)墩和支墩。新鋪設(shè)鋼管出口接原發(fā)電鋼管,進(jìn)口接新建落水井。本次加固對(duì)原斜拉式啟閉設(shè)施進(jìn)行重建。
大壩壩坡加固設(shè)計(jì)包括上游護(hù)坡、下游護(hù)坡、排水體、排水溝等分別設(shè)計(jì),限于篇幅,本研究主要針對(duì)上游護(hù)坡方案比選。
上游護(hù)坡加固設(shè)計(jì)選取二種護(hù)坡方案進(jìn)行比較,方案一為干砌塊石護(hù)坡:護(hù)坡厚度40 cm,下設(shè)10 cm 厚砂卵石墊層;方案二為C15 混凝土預(yù)制塊護(hù)坡:C15 混凝土預(yù)制塊為正六邊形,厚0.10 m,邊長(zhǎng)30 cm,下設(shè)10 cm厚砂卵石墊層。按照技術(shù)可行、投資合理的原則,分別從技術(shù)角度、工程造價(jià)、施工難易程度、施工進(jìn)度、建材來源等方面進(jìn)行綜合分析比較,兩種方案的比選情況見表1。
根據(jù)表1的方案比選結(jié)果,最終確定采用方案二即C15混凝土預(yù)制塊護(hù)坡對(duì)大壩進(jìn)行重新護(hù)坡。進(jìn)而計(jì)算預(yù)制塊護(hù)坡厚度,C15混凝土預(yù)制塊護(hù)坡厚度為0.10 m滿足要求。
表1 護(hù)坡方案比較表(相同工程量的項(xiàng)目略去)
設(shè)計(jì)在原址加固溢洪道,并對(duì)進(jìn)水渠、控制段、泄槽段、消能段、出水渠襯砌設(shè)計(jì)。新建寬頂堰堰寬仍維持原設(shè)計(jì)25 m不變,堰頂高程142.62 m,長(zhǎng)10 m,經(jīng)復(fù)核現(xiàn)狀壩頂高程滿足規(guī)范要求;陡槽底板寬25~12 m,底坡為i=0.02,進(jìn)水渠底寬25~45 m,底坡為i=-0.01。限于篇幅,以下主要針對(duì)泄槽邊墻和消力池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行說明。
3.4.1 泄槽邊墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
邊墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選取C20 混凝土重力式和仰斜式擋土墻進(jìn)行方案比較。
方案一:C20 混凝土邊墻方案,頂寬0.30 m,內(nèi)坡鉛直,外坡為1∶0.40。墻內(nèi)設(shè)φ50PVC 排水管,孔距為2 m,排水管進(jìn)口用250 g/m2土工布(350 mm×350 mm)封口,土工布后設(shè)反濾料。
方案二:C20 仰斜式擋土墻,頂寬0.30 m,內(nèi)坡1∶1,外坡1∶1.50,其余結(jié)構(gòu)形式同方案一。
采用相同部位,單位長(zhǎng)度邊墻進(jìn)行比較,結(jié)果見表2。
表2 泄槽邊墻方案比較表
單位長(zhǎng)度造價(jià)方案二較方案一可節(jié)省103.34元,從經(jīng)濟(jì)選取方案二為泄槽邊墻方案。經(jīng)計(jì)算邊墻在最不利工況下抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)Kc=1.31>[K]=1.00,且地基應(yīng)力σmax=72.70 kPa<[σ]=350 kPa,0<σmin=14.80 Pa<[σ]=350 kPa滿足規(guī)范要求。
3.4.2 消力池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
消力池底板采用C20 混凝土結(jié)構(gòu),消力池池深0.50 m,寬12 m,長(zhǎng)7 m,底板高程為138.90 m,厚0.60 m,底板縱橫向每2 m設(shè)置φ100 排水孔,孔下設(shè)250 g/m2土工布,下設(shè)碎石和粗砂墊層,進(jìn)口段按1:3的坡度與泄槽底板銜接。邊墻采用C20混凝土結(jié)構(gòu),頂寬0.40 m,內(nèi)坡鉛直,外坡為1:0.40,墻內(nèi)布置排水孔,結(jié)構(gòu)型式與泄槽邊墻相同。
修建并拓寬進(jìn)庫防汛公路、新建上壩公路;辦公、通迅設(shè)備配套,新建管理房;配備交通車輛、生產(chǎn)管理船只、水雨情測(cè)報(bào)系統(tǒng)及觀測(cè)設(shè)施,庫區(qū)水土保持設(shè)計(jì)等。
受到地理位置、地質(zhì)構(gòu)造、水文等不同因素影響,不同的小型病險(xiǎn)水庫除險(xiǎn)加固工程的設(shè)計(jì)方案不盡相同,應(yīng)當(dāng)結(jié)合水庫特性和工程實(shí)際,綜合分析技術(shù)角度和造價(jià)角度進(jìn)行統(tǒng)籌考慮,優(yōu)化設(shè)計(jì)方案,控制施工中關(guān)鍵部位的施工質(zhì)量,以提高小型水庫大壩壽命及工程效益,以更少的經(jīng)濟(jì)投入換取更大的社會(huì)效益。