刘大水库溢洪道维修加固方案设计

王晓琪

(本溪泓源供水有限责任公司，辽宁 本溪 117000)

1 概 述

水库工程建设对经济、生态、社会平稳具有重要的作用[1-2]。水库工程的安全对下游居民的安全生产生活有较大的影响。水库建设一般具有良好的防洪效果，溢洪道作为主要的防洪建筑物，其安全对水库防洪效益的发挥有较大的影响[3-5]。早期修建的水库溢洪道在长期侵蚀冲刷作用影响下，溢洪道出现不同程度的破损现象，亟需采取加固治理措施，以保证溢洪道的泄洪作用，保证水库效益的发挥。

2 溢洪道概况

刘大水库溢洪道位于大坝右岸，总长305 m。进口段长10.0 m，底板高程83.8 m。控制段为驼峰堰，控制段长14.35 m，堰顶高程为84.85 m，总净宽16.6 m，分2孔，每孔净宽8.3 m，中墩厚2.0 m，边墩厚1.5 m，墩顶高程为94.67 m。泄槽段长124.05 m，两侧为浆砌石重力式挡墙，底板及侧墙采用混凝土护面。出口消能段采用挑流消能，长18.6 m。

3 溢洪道存在的问题

1) 工作闸门前设有检修门槽，无检修门、启闭设备。

2) 溢洪道工作闸门止水装置存在磨损，且存在龟裂现象，闸门埋件锈蚀严重。工作闸门启闭机电动机外壳锈蚀，线圈防护盖密封圈缺失，电线老化、接头裸露，存在安全隐患。

3) 溢洪道闸室整体外观质量较差，闸墩、底板、交通桥、检修桥等部位混凝土外观存在局部破损、露筋和骨料外露等现象；排架混凝土碳化深度较大，已接近钢筋混凝土保护层厚度实测值。

4) 溢洪道控制段闸墩顶高程在宣泄校核洪水位时，低于校核洪水位加安全超高，不满足规范要求。

4 溢洪道维修加固方案设计

刘大水库是普兰店区城市供水的唯一水源地，也是大连市城市供水的备用水源地，水库安全、可靠的运行至关重要。目前，溢洪道缺少事故检修闸门，工作闸门的安全运行无法得到保障，因此本次维修加固增设溢洪道检修闸门。

4.1 方案一(原闸墩扩槽)

保留原溢洪道控制段底板，将中墩从墩头向下游拆除长2.41 m，在拆除后的底板、闸墩基面植入钢筋，浇筑新闸墩及检修门槽，一期门槽尺寸为1.41 m×0.52 m(宽×深)；边墩整体结构保留，将原检修闸门槽凿毛、扩宽，门槽尺寸为1.41 m×0.52 m(宽×深)，在开凿出的基面植入锚筋，架设闸门槽埋件，浇筑二期混凝土，形成新检修门槽。新检修门槽为2孔，设平面检修闸门1扇，分2节。见图1。

4.2 方案二(接长闸墩)

在现有闸墩上游立面向上游接长闸墩，在接长的闸墩上新建检修闸门槽，墩顶新建排架柱，排架柱顶部悬挂检修闸门启闭设备。

闸墩需向上游接长3.0 m，检修门槽宽1.41 m，中墩与原中墩等宽为3.0 m，边墩与原边墩等宽为1.5 m。新检修门槽为2孔，设平面检修闸门1扇，分2节。见图2。

图2 闸墩接长示意图

方案一、方案二工程投资比较情况见表1。

表1 投资比较表

由于上述两方案的金属结构、电气等项目工程量相同，因此只对水工结构相应土建部分进行综合经济比较。经比较，方案一(扩槽)投资为41.32万元，方案二(接长闸墩)投资为81.08万元，方案一节省投资39.76万元。同时，方案二需要对溢洪道进口边墙进行拆除，墙后填土需开挖，开挖高度为12.3 m，施工难度较大，对周围工程部位扰动较大。综合考虑，方案一工程投资小、施工简单、施工安全可靠性高，因此本次设计采用方案一。即保留原边墩及底板，拆除中墩墩头，将原边墩检修门槽进行扩槽，新建中墩墩头及检修门槽。

4.3 混凝土表面缺陷处理

溢洪道混凝土整体外观缺陷明显，控制段闸墩、底板及泄槽段混凝土剥蚀较为严重。表2为常见的混凝土表面缺陷处理的方式。

表2 常用混凝土表面修补材料的优缺点对比表

以上几种处理方式均能起到修补混凝土表面缺陷的效果，结合本工程特点、工程造价，需要修补材料具有较高的黏结强度、具有良好的抗冻抗渗性，并方便施工、对原结构扰动小，经综合考虑，溢洪道控制段闸墩、底板及泄槽采用SPC聚合物砂浆进行防护。见图3。

4.4 溢洪道闸室稳定性分析

4.4.1 基本数据

堰体与岩基摩擦系数：堰体施工过程中，清基较彻底，基础为弱风化石英岩，f′=0.55，c′=20 kPa。

抗滑稳定安全系数规范值：基本组合和特殊组合工况下分别取3.0、2.3。

4.4.2 计算工况与荷载组合

基本组合：正常蓄水位情况，自重+静水压力+扬压力

特殊组合：地震情况，自重+静水压力+扬压力+地震力

抗滑稳定按下式计算：

(1)

式中：Kc为抗滑安全系数；f′为抗剪摩擦系数，取0.55；c′为抗剪黏聚力，取20 kPa；∑G为竖向荷载；∑P为水平向荷载。

闸室基底应力按下式计算：

(2)

(3)

计算结果见表3。

表3 抗滑稳定计算结果

计算结果满足规范要求，溢洪道闸室是稳定的。

5 结 论

为了改善刘大水库溢洪道在长期使用过程中破坏严重的现状，通过方案比选，选择方案一(原闸墩扩槽)对溢洪道进行加固治理。同时采用SPC聚合物水泥砂浆对混凝土表面缺陷进行处理，可以保证溢洪道的泄洪效果。经安全复核计算，刘大水库溢洪道闸室稳定性满足规范要求。