江家水库除险加固设计

李书博

（辽宁江海水利工程公司，沈阳110003）

江家水库除险加固设计

李书博

（辽宁江海水利工程公司，沈阳110003）

文章以江家水库除险加固工程设计作为研究对象，在简单介绍工程概况的基础上，对除险加固的必要性进行了分析，并对具体的设计内容进行了讨论。工程结束后的运行结果表明，设计理念与内容具有较强的科学性和合理性，有力保障了水库使用功能的正常发挥。

江家水库；除险加固；输水洞；溢洪道

1 工程概况

江家水库位于西沙河上游，水库上游河长7.38 km，河道比降平均值53.4‰，控制面积约21 km2，下游人口2.3万，耕地2 000 hm2，灌溉面积466.67 hm2。

水库建成于1979年6月，原设计防洪标准、校核洪水标准分别为50 a一遇、500 a一遇；设计洪水位、校核洪水位、正常蓄水位、堰顶高程分别为146.98 m、149.05 m、143.40 m、143.40 m，相应库容依次为254.36万m3、317.65万m3、162.25万m3、162.25万m3，汛限水位143.40 m。

水库大坝为黏土心墙坝，最大坝高23.6 m，坝顶高程149.20，坝顶宽4.00 m，坝址处多年平均年径流量159.60万m3，多年平均降水量550.00 mm。输水洞为单孔圆形有压涵洞，直径0.70 m，最大泄量4.79 m3／s，溢洪道最大泄量644.64 m3／s。

2 水库除险加固必要性分析

江家水库于1974年开始兴建，于1979年6月正式建成。由于建设年代较早，所以江家水库无论在设计还是施工方面都存在着许多不尽如人意之处，虽然在30余年的运行中采取了一定的补救措施，但并没有从根本上解决水库自身存在的问题，具体包括：

2.1 输水洞

输水洞主要存在以下问题：

1）原输水洞进出口处启闭楼与工作桥在水位变动部位存在多处破损，需要拆除重建。

2）原有闸门门板锈蚀严重、止水损坏。

3）原闸门启闭机已经损坏，需进行更换。根据实际情况。

应采取如下措施：

1）输水洞出口闸阀应拆除，改建工作闸门。

2）出口浆砌石边墙、海漫破损，需进行加固。

3）消力池需进行重建。

2.2 溢洪道

江家水库溢洪道位于山体与大坝左端之间，为宽度30 m的侧槽实用堰，虽经多年运行但堰体仍保存完好，出口段均为裸露山体岩石；大坝左岸进场路设有一座横跨溢洪道的工作桥，栏杆严重破损，是水库运行的安全隐患之一；桩号0＋186.57～0＋194.82转弯段左岸边墙严重破损，需拆除重建。

2.3 主坝岸坡

主坝岸坡由安山岩、花岗岩等组成，岩质坚硬、块状致密，大部分山体较厚，但大坝右岸临近输水洞处山体风化严重、泥沙卵石混杂、岸坡较陡，处于极不稳定状态且曾有小规模泥石流发生，直接威胁输水洞进出口启闭室的安全，需进行相应处理［1］。

2.4 其它问题

其它问题包括：

1）主坝坝顶道路需要重新修建。

2）缺乏专门的水库管理房。

3）主坝上下游岸坡干砌石护坡局部存在破损问题，需要翻修。

4）缺乏渗流、雨量、水位观测设备，应予以添置。

江家水库为小（Ⅰ）型水库，主要由大坝、输水洞、溢洪道组成，以防洪灌溉为主要功能，同时兼顾旅游、水产养殖等综合效益。水库下游为绕阳河、西沙河冲积平原，涉及7个乡镇和北镇市区，为重要粮食产区，102国道与奈广线也在水库下游通过。因此，除险加固工程的开展无论是对下游地区人民群众生命财产安全的保障还是对加速该地区社会经济的进一步发展都具有重要作用。

3 水库除险加固设计

3.1 工程等级、建筑物级别与洪水标准

根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252—2000）的相关要求，江家水库为小（Ⅰ）型水库，因此水库现状工程规模为：工程等别为Ⅳ等，主要建筑物级别为4级。

3.2 大坝加固设计

3.2.1 上游护坡翻修

大坝上游护坡损坏严重，需完全拆除重建。护坡石翻修工程量3 950 m3，垫层翻修工程量3 893 m3。

3.2.2 下游护坡翻修

大坝下游护坡相对完好，因此采用一般维护，主要为清理杂草灌木根系以及对局部破损部位进行重新护砌［2］。护坡石维修工程量为1 591 m3，垫层维修工程量为1 580 m3。

3.2.3 下游排水棱体翻修

大坝下游排水棱体损坏严重，需完全拆除重建。排水棱体翻修工程量1 365 m3。

3.2.4 坝顶路翻修

坝顶路损坏较为严重，已经无法满足行车、行人需求，需重新铺筑，厚度为0.3 m，翻修工程量为912 m2。

3.3 溢洪道校核计算

江家水库溢洪道堰体形式为曲线实用侧堰，堰顶高程143.4 m，堰体长30 m、高4 m。溢流堰出口接侧槽段，其下接陡槽段。

其中，侧槽段起止桩号0＋000～0＋043以及0＋000～0＋030为缓坡段，0＋030～0＋043为平直调整段。陡槽段长80 m，纵向比降0.1，起止桩号0＋043～0＋123。

在本次除险加固设计中，拆除桩号0＋186.57～094.82原有导墙，重建重力式浆砌石导墙，相关参数为：墙基础1.2 m，墙高2.35 m，墙顶宽0.5 m，背坡比1∶0.4。溢洪道底板清基0.3 m，重新衬砌0.3 m钢筋混凝土，衬砌长度123 m。

3.3.1 溢流堰泄量

由于江家水库溢洪道采用曲线实用堰，因此泄流能力的计算采用《溢洪道设计》（SL253－2000）中实用堰泄流公式：

式中：Q为流量，m3／s；B为溢流堰顶净宽，其值为30 m；H0为计入行进流速水头的堰上总水头；g为重力加速度，取值9.81 m／s2；m为流量系数；c为上游堰坡影响系数，因上游堰面为铅直面，因此取值1.0；ε为侧收缩系数；σs为淹没系数，因溢洪道为自由出流，因此取值1.0。

ε侧收缩系数的计算公式为：

式中：ζk为边墩形状系数；ζ0为闸墩形状系数。

堰上各水位对应的泄洪道泄流量计算结果如表1所示。

表1 堰上各水位对应的泄洪道泄流量

3.3.2 溢流道侧槽水面线

江家水库溢洪道侧槽桩号0＋000～0＋043，其中，0＋000～0＋030与溢流堰出口衔接，为缓坡段；0＋030～0＋043为平直调整段。侧槽水面线的计算公式为：

取校核洪水位时溢流堰下泄流量作为计算流量，即501.30 m3／s。

根据《水力计算手册》的相关要求，若水流通过泄水建筑物时断面流速＞6～7 m／s，则应对掺气的影响加以考虑，计算公式为：

式中：h、hb分别为计算断面水深、掺气后水深，m；v为计算断面在无掺气状态下的流速，m／s；ζ为修正系数，取值范围1.0～1.4 m／s，流速大的情况下可取大值。溢流道侧槽水面线计算结果如表2所示。

表2 溢流道侧槽水面线计算结果

3.3.3 流道泄水槽水面线

以桩号0＋043为陡槽起始计算断面，以陡槽临界水深为计算水深。

以桩号0＋123为末端计算断面，属直槽，无转弯，距离为80 m。

水面线计算采用如下公式：

根据《水力计算手册》的相关要求，本次设计考虑掺气影响，所得计算结果如表3所示。

表3 泄水槽水面线计算结果

3.4 输水洞加固设计

3.4.1 输水洞洞身

本次除险加固工程不对洞身进行处理。

3.4.2 输水洞进口

拆除并重建原启闭楼与工作桥；原闸门拆除，更换为1.2 m×1.2 m铸铁闸门；更换止水与启闭设备，闸门槽表面做除锈处理并喷涂新漆，启闭机螺杆按常规方式进行保养；新建检修闸门启闭室（4.5 m× 3.5 m×2.55 m），排架高4.15 m，排架柱断面尺寸0.5 m×0.5 m。

3.4.3 输水洞出口

将原闸阀拆除，新建一座1.2 m×1.2 m的铸铁工作闸门，闸室段尺寸2.0 m×2.0 m，启闭台顶高程134.74 m。

除以上内容外，拆除原出口消力池，改建为钢筋混凝土结构。消力池进口长、宽、厚分别为6.0 m、8.0 m、0.5 m，扩散段进口处长、宽、厚分别为5.0 m、2.0 m、0.5 m；拆除原浆砌石海漫，改建为铅丝石笼结构（15.0 m×6.0 m×0.5 m）；拆除并重建消力池左右岸边墙，重建挡墙顶部高程132.84 m。铅丝石笼、消力池海漫下均设置厚度为0.3 m的厚垫层。

3.5 山体危石与工程观测设计

水库右岸坝头山体危石清除工程量为300 m3，同时还需增设渗流观测设施、水位观测站与雨量计。

4 结 语

江家水库除险加固工程施工结束后，工程设计的各项目标与要求均得到实现，施工质量良好，长期以来影响水库使用效能正常发挥的各类问题得到了有效解决，工程取得了良好的社会和经济效益。

［1］邓爱丽、孙安帅，等.棘洪滩水库大坝除险加固工程措施探讨［J］.水利经济，2011，29（02）：49－51.

［2］汤建华.江西永新斗上水库病害特征及除险加固措施［J］.价值工程，2015（02）：70－71.

TV697

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1007－7596（2015）05－0056－03

2014－10－31

李书博（1983－），男，辽宁丹东人，工程师，从事水利水电工程设计工作。