石板上水库除险加固设计方案综述

2014-12-16 08:25
山西水利 2014年9期
关键词:坝坡坝顶溢洪道

董 伟

(1.太原理工大学,山西 太原 030024;2.山西省水利水电勘测设计研究院,山西 太原 030024)

1 工程概况

水库枢纽工程由主副大坝、溢洪道、输水洞及交通桥等建筑物组成。大坝为碾压均质土坝,坝顶高程1000.3~1000.9m,主坝顶长 297.4m,副坝顶长105m,宽4m,最大坝高13.6m,坝顶路面未硬化,无防浪墙;大坝上游坝坡1∶2.25,干砌石护坡,下游坝坡1∶2.5,分别在998.1m和991.1m高程处设宽2.0m马道,草皮护坡;坝基防渗形式为黏土截水槽。水库正常蓄水位997.5m。

输水洞位于大坝右侧(溢洪道左侧),进口底高程995.5m,为浆砌料石城门洞型涵洞,洞长40m,断面尺寸 1.0m×1.1m×0.5m(宽×高×长),设工作闸门和检修闸门,工作闸门为混凝土闸门,手动螺杆启闭机启闭,检修闸门未安装。启闭平台由砖墙围护,部分已破损。输水洞输水流量2.0m3/s。

2 存在问题

根据《山西省沁县石板上水库大坝安全鉴定报告》,水库枢纽工程存在以下问题:一是大坝遭遇300年一遇洪水时,水库防洪不满足现行规范要求。二是大坝上游坡面石料风化破损严重,杂草丛生;坝体下游无排水体,坝体存在发生流土渗透破坏的安全隐患。三是溢洪道开挖边坡陡立,无衬砌,部分风化坍塌;水流直接跌入河道,无消能防冲设施。四是工作闸门年久失修,老化严重,无法正常运行,手动启闭机锈蚀严重,不能启闭;无检修闸门。

3 除险加固工程设计

3.1 除险加固方案

根据工程现状,拟考虑溢洪道加宽降堰方案:坝顶高程维持现状,平整后设计值1000.8m;受输水涵洞取水高程、溢洪道尾部输水渠道顶高程控制,溢洪道堰顶高程取996.7m,较现状溢洪道堰顶高程降低0.8m,溢洪道拓宽至13m,校核洪水位1000.71m。

3.2 工程布置

大坝加固包括坝顶平整、坝顶路面硬化、坝顶增设防浪墙、上游护坡拆除重建和下游坝坡坡脚增设贴坡排水体五部分。

溢洪道位于大坝右坝肩,进口垂直于坝轴线。溢洪道单孔底宽13.0m,开敞式宽顶堰,最大泄量173.5m3/s,设计泄量 92.0m3/s,总长 146.5m,由引渠段、控制段、泄槽段、消能防冲段等组成。为满足灌溉要求,宽顶堰上设挡水子堰,为碾压均质土堰,堰顶高程998.0m(正常蓄水位),行洪时自动溃坝。

输水洞位于大坝右侧,拆除原闸室进行改建。改建闸室布置在原闸室位置,设计闸室长3.6m,底高程995.5m,沿水流方向布置检修闸门和工作闸门,两闸门间距1.2m。

1.2.1 MRI检查 本组患者均接受颅脑MRI检查,应用德国西门子公司公司生产的MAGNETOM Avanto型1.5T超导磁共振扫描仪检查;指导并协助患者行平卧体位,先行常规颅脑扫描:T1WI(TR、TE分别为400ms、20ms)、T2WI(TR、TE分别为2800ms、105ms)及液体衰减反转恢复成像(FLAIR)序列(TR、TE分别为8000ms、204ms);矩阵为256×256,层后、层间距分别为5mm、1mm;再行增强扫描,应用钆喷酸葡胺作为对比剂,按0.2mL/kg静脉注射,再行轴位、矢状位以及冠状位扫描,均采用SET1WI抑制序列。

溢洪道控制段上部设交通桥连接坝顶交通和右岸石板上村公路,桥面宽4.8m,高程1002.0m。

3.3 大坝加固设计

大坝为碾压均质土坝,对大坝上游护坡、坝顶结构及998.1m高程以上下游坝坡进行改造。

3.3.1 坝顶构造及大坝防洪

现状坝顶高程1000.3~1000.9m,设计坝顶平整高程1000.8m,计入路面厚度,大坝坝顶高程1001.1m,坝顶路面横坡设倾向下游单坡,坡度2%。

坝顶宽度结合原坝顶宽度和坝顶交通要求,路面净宽4.0m,坝顶交通为C25混凝土路面,设计厚度0.2m,下设0.1m厚的碎石垫层。坝顶上游侧为防浪墙,下游设高宽均为0.3m的路缘石。

防浪墙为C20钢筋混凝土结构,墙体地面以上高度1.0m,总高1.8m,墙顶宽0.45m,墙厚0.3m,基础厚0.4m,总宽度1.5m。沿防浪墙墙体每10m设一横向伸缩缝,缝内填高密度聚乙烯闭孔板。

经改造,通过水文相关计算,300年一遇洪峰流量为315m3/s,30年一遇洪峰流量为177m3/s,满足现行规范要求。

3.3.2 护坡及排水

水库大坝原断面上游坝坡为1∶2.25,下游坝坡为1∶2.5,坝坡较缓,经对其渗流和稳定复核计算,均满足规范要求,上游维持原坝体坡度;坝顶由于增设防浪墙和排水沟,998.1m高程以上的下游坝坡坡度由1∶2.5 调整为 1∶2.0。

大坝上游护坡拆除后仍采用干砌石护坡,护坡底部深入水库淤积高程以下1.5m,护坡底高程989.5m。设计护坡厚度0.3m,下设0.3m厚的砂砾石垫层。干砌石护坡块石料要求有较强的抗冰冻能力和较高的抗风化能力,采用石料场开采的新鲜砂岩块石;砂垫层粒径范围10~25 mm。大坝下游草皮护坡较完整,维持现状。下游998.1m高程以上恢复草皮护坡。

坝顶下游侧设浆砌石纵向排水沟,矩形断面,断面尺寸0.3m×0.3m(宽×高),浆砌石厚度0.3m;两级马道内侧均设纵向浆砌石排水沟,矩形断面,断面尺寸0.4m×0.4m(宽×高),浆砌石厚度0.3m;坝脚设纵向排水沟,汇集排水棱体渗水,断面尺寸0.4m×0.6m(宽×高)。沿坝体每50m设一横向排水沟,坝体与岸坡和溢洪道连接处增设,共布设6道,断面尺寸0.3m×0.3m(宽×高)。上述排水沟浆砌石厚度均为0.3m。

3.3.3 贴坡排水体

大坝坝坡加固后在坝脚增设贴坡排水体。排水体坡度1∶2.5,排水体与坝体土间设三层反滤,每层厚度0.25m。排水体石料要求能抵抗风化作用和冰冻作用,并具有良好的抗水性,块径不超1.0m,含泥量不大于3%。反滤料可选用当地砂料和石料厂材料进行人工配制。

3.4 大坝渗流复核计算

3.4.1 渗流计算

大坝渗流稳定分析计算选取一个典型断面,即大坝右侧靠近溢洪道处最大坝高断面。

通过计算,在各种工况下,大坝浸润线均在下游坝坡出逸,坝内各部位渗透比降均小于该土层的允许比降。由此可知,在各种工况下,坝体各部及坝基覆盖层的渗透稳定性满足要求,不存在渗透稳定问题。为降低坝体内浸润线,保护坝体土不发生流土,在下游坝脚设堆石棱体排水。

3.4.2 大坝稳定复核计算

大坝坝坡稳定计算断面的选取与渗流计算断面一致,坝坡稳定计算根据《碾压式土石坝设计规范》要求采用毕肖普法,正常运用条件下坝坡抗滑稳定最小安全系数为1.25,非常运用条件下坝坡抗滑稳定最小安全系数为1.10。

现状溢洪道出口处为跌水,无消能方式,该处地形落差约10m,对该段陡坡拟选用陡坡和跌水两种泄水方式进行比选。

3.5 溢洪道加固设计

设计陡坡坡度1∶1.5,下接底流消力池。该方案需在原跌水处进行削坡。削坡后输水渠道被挖除,拟将原输水渠道部分改线,改线段长75m,消力池长33m。该方案陡坡段为整体式C25钢筋混凝土结构,消力池为MU7.5浆砌石结构,内衬0.2m厚的C35抗冲磨混凝土。

3.6 输水洞加固设计

金属结构改造内容为更新输水洞进口检修闸门、工作闸门及配套启闭设备。

4 结语

石板上水库除险加固完成后,提高了大坝的稳定性,水库的防洪标准达到了规范要求,解决了大坝的渗流问题,使水库的运行更加可靠,同时可以充分发挥水库的经济效益和社会效益,确保了沿岸群众的生命财产安全。

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