江家水庫除險加固設(shè)計

李書博

（遼寧江海水利工程公司，沈陽110003）

江家水庫除險加固設(shè)計

李書博

（遼寧江海水利工程公司，沈陽110003）

文章以江家水庫除險加固工程設(shè)計作為研究對象，在簡單介紹工程概況的基礎(chǔ)上，對除險加固的必要性進(jìn)行了分析，并對具體的設(shè)計內(nèi)容進(jìn)行了討論。工程結(jié)束后的運(yùn)行結(jié)果表明，設(shè)計理念與內(nèi)容具有較強(qiáng)的科學(xué)性和合理性，有力保障了水庫使用功能的正常發(fā)揮。

江家水庫；除險加固；輸水洞；溢洪道

1 工程概況

江家水庫位于西沙河上游，水庫上游河長7.38 km，河道比降平均值53.4‰，控制面積約21 km2，下游人口2.3萬，耕地2 000 hm2，灌溉面積466.67 hm2。

水庫建成于1979年6月，原設(shè)計防洪標(biāo)準(zhǔn)、校核洪水標(biāo)準(zhǔn)分別為50 a一遇、500 a一遇；設(shè)計洪水位、校核洪水位、正常蓄水位、堰頂高程分別為146.98 m、149.05 m、143.40 m、143.40 m，相應(yīng)庫容依次為254.36萬m3、317.65萬m3、162.25萬m3、162.25萬m3，汛限水位143.40 m。

水庫大壩為黏土心墻壩，最大壩高23.6 m，壩頂高程149.20，壩頂寬4.00 m，壩址處多年平均年徑流量159.60萬m3，多年平均降水量550.00 mm。輸水洞為單孔圓形有壓涵洞，直徑0.70 m，最大泄量4.79 m3／s，溢洪道最大泄量644.64 m3／s。

2 水庫除險加固必要性分析

江家水庫于1974年開始興建，于1979年6月正式建成。由于建設(shè)年代較早，所以江家水庫無論在設(shè)計還是施工方面都存在著許多不盡如人意之處，雖然在30余年的運(yùn)行中采取了一定的補(bǔ)救措施，但并沒有從根本上解決水庫自身存在的問題，具體包括：

2.1 輸水洞

輸水洞主要存在以下問題：

1）原輸水洞進(jìn)出口處啟閉樓與工作橋在水位變動部位存在多處破損，需要拆除重建。

2）原有閘門門板銹蝕嚴(yán)重、止水損壞。

3）原閘門啟閉機(jī)已經(jīng)損壞，需進(jìn)行更換。根據(jù)實(shí)際情況。

應(yīng)采取如下措施：

1）輸水洞出口閘閥應(yīng)拆除，改建工作閘門。

2）出口漿砌石邊墻、海漫破損，需進(jìn)行加固。

3）消力池需進(jìn)行重建。

2.2 溢洪道

江家水庫溢洪道位于山體與大壩左端之間，為寬度30 m的側(cè)槽實(shí)用堰，雖經(jīng)多年運(yùn)行但堰體仍保存完好，出口段均為裸露山體巖石；大壩左岸進(jìn)場路設(shè)有一座橫跨溢洪道的工作橋，欄桿嚴(yán)重破損，是水庫運(yùn)行的安全隱患之一；樁號0＋186.57～0＋194.82轉(zhuǎn)彎段左岸邊墻嚴(yán)重破損，需拆除重建。

2.3 主壩岸坡

主壩岸坡由安山巖、花崗巖等組成，巖質(zhì)堅硬、塊狀致密，大部分山體較厚，但大壩右岸臨近輸水洞處山體風(fēng)化嚴(yán)重、泥沙卵石混雜、岸坡較陡，處于極不穩(wěn)定狀態(tài)且曾有小規(guī)模泥石流發(fā)生，直接威脅輸水洞進(jìn)出口啟閉室的安全，需進(jìn)行相應(yīng)處理［1］。

2.4 其它問題

其它問題包括：

1）主壩壩頂?shù)缆沸枰匦滦藿ā?/p>

2）缺乏專門的水庫管理房。

3）主壩上下游岸坡干砌石護(hù)坡局部存在破損問題，需要翻修。

4）缺乏滲流、雨量、水位觀測設(shè)備，應(yīng)予以添置。

江家水庫為小（Ⅰ）型水庫，主要由大壩、輸水洞、溢洪道組成，以防洪灌溉為主要功能，同時兼顧旅游、水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合效益。水庫下游為繞陽河、西沙河沖積平原，涉及7個鄉(xiāng)鎮(zhèn)和北鎮(zhèn)市區(qū)，為重要糧食產(chǎn)區(qū)，102國道與奈廣線也在水庫下游通過。因此，除險加固工程的開展無論是對下游地區(qū)人民群眾生命財產(chǎn)安全的保障還是對加速該地區(qū)社會經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展都具有重要作用。

3 水庫除險加固設(shè)計

3.1 工程等級、建筑物級別與洪水標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252—2000）的相關(guān)要求，江家水庫為小（Ⅰ）型水庫，因此水庫現(xiàn)狀工程規(guī)模為：工程等別為Ⅳ等，主要建筑物級別為4級。

3.2 大壩加固設(shè)計

3.2.1 上游護(hù)坡翻修

大壩上游護(hù)坡?lián)p壞嚴(yán)重，需完全拆除重建。護(hù)坡石翻修工程量3 950 m3，墊層翻修工程量3 893 m3。

3.2.2 下游護(hù)坡翻修

大壩下游護(hù)坡相對完好，因此采用一般維護(hù)，主要為清理雜草灌木根系以及對局部破損部位進(jìn)行重新護(hù)砌［2］。護(hù)坡石維修工程量為1 591 m3，墊層維修工程量為1 580 m3。

3.2.3 下游排水棱體翻修

大壩下游排水棱體損壞嚴(yán)重，需完全拆除重建。排水棱體翻修工程量1 365 m3。

3.2.4 壩頂路翻修

壩頂路損壞較為嚴(yán)重，已經(jīng)無法滿足行車、行人需求，需重新鋪筑，厚度為0.3 m，翻修工程量為912 m2。

3.3 溢洪道校核計算

江家水庫溢洪道堰體形式為曲線實(shí)用側(cè)堰，堰頂高程143.4 m，堰體長30 m、高4 m。溢流堰出口接側(cè)槽段，其下接陡槽段。

其中，側(cè)槽段起止樁號0＋000～0＋043以及0＋000～0＋030為緩坡段，0＋030～0＋043為平直調(diào)整段。陡槽段長80 m，縱向比降0.1，起止樁號0＋043～0＋123。

在本次除險加固設(shè)計中，拆除樁號0＋186.57～094.82原有導(dǎo)墻，重建重力式漿砌石導(dǎo)墻，相關(guān)參數(shù)為：墻基礎(chǔ)1.2 m，墻高2.35 m，墻頂寬0.5 m，背坡比1∶0.4。溢洪道底板清基0.3 m，重新襯砌0.3 m鋼筋混凝土，襯砌長度123 m。

3.3.1 溢流堰泄量

由于江家水庫溢洪道采用曲線實(shí)用堰，因此泄流能力的計算采用《溢洪道設(shè)計》（SL253－2000）中實(shí)用堰泄流公式：

式中：Q為流量，m3／s；B為溢流堰頂凈寬，其值為30 m；H0為計入行進(jìn)流速水頭的堰上總水頭；g為重力加速度，取值9.81 m／s2；m為流量系數(shù)；c為上游堰坡影響系數(shù)，因上游堰面為鉛直面，因此取值1.0；ε為側(cè)收縮系數(shù)；σs為淹沒系數(shù)，因溢洪道為自由出流，因此取值1.0。

ε側(cè)收縮系數(shù)的計算公式為：

式中：ζk為邊墩形狀系數(shù)；ζ0為閘墩形狀系數(shù)。

堰上各水位對應(yīng)的泄洪道泄流量計算結(jié)果如表1所示。

表1 堰上各水位對應(yīng)的泄洪道泄流量

3.3.2 溢流道側(cè)槽水面線

江家水庫溢洪道側(cè)槽樁號0＋000～0＋043，其中，0＋000～0＋030與溢流堰出口銜接，為緩坡段；0＋030～0＋043為平直調(diào)整段。側(cè)槽水面線的計算公式為：

取校核洪水位時溢流堰下泄流量作為計算流量，即501.30 m3／s。

根據(jù)《水力計算手冊》的相關(guān)要求，若水流通過泄水建筑物時斷面流速＞6～7 m／s，則應(yīng)對摻氣的影響加以考慮，計算公式為：

式中：h、hb分別為計算斷面水深、摻氣后水深，m；v為計算斷面在無摻氣狀態(tài)下的流速，m／s；ζ為修正系數(shù)，取值范圍1.0～1.4 m／s，流速大的情況下可取大值。溢流道側(cè)槽水面線計算結(jié)果如表2所示。

表2 溢流道側(cè)槽水面線計算結(jié)果

3.3.3 流道泄水槽水面線

以樁號0＋043為陡槽起始計算斷面，以陡槽臨界水深為計算水深。

以樁號0＋123為末端計算斷面，屬直槽，無轉(zhuǎn)彎，距離為80 m。

水面線計算采用如下公式：

根據(jù)《水力計算手冊》的相關(guān)要求，本次設(shè)計考慮摻氣影響，所得計算結(jié)果如表3所示。

表3 泄水槽水面線計算結(jié)果

3.4 輸水洞加固設(shè)計

3.4.1 輸水洞洞身

本次除險加固工程不對洞身進(jìn)行處理。

3.4.2 輸水洞進(jìn)口

拆除并重建原啟閉樓與工作橋；原閘門拆除，更換為1.2 m×1.2 m鑄鐵閘門；更換止水與啟閉設(shè)備，閘門槽表面做除銹處理并噴涂新漆，啟閉機(jī)螺桿按常規(guī)方式進(jìn)行保養(yǎng)；新建檢修閘門啟閉室（4.5 m× 3.5 m×2.55 m），排架高4.15 m，排架柱斷面尺寸0.5 m×0.5 m。

3.4.3 輸水洞出口

將原閘閥拆除，新建一座1.2 m×1.2 m的鑄鐵工作閘門，閘室段尺寸2.0 m×2.0 m，啟閉臺頂高程134.74 m。

除以上內(nèi)容外，拆除原出口消力池，改建為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。消力池進(jìn)口長、寬、厚分別為6.0 m、8.0 m、0.5 m，擴(kuò)散段進(jìn)口處長、寬、厚分別為5.0 m、2.0 m、0.5 m；拆除原漿砌石海漫，改建為鉛絲石籠結(jié)構(gòu)（15.0 m×6.0 m×0.5 m）；拆除并重建消力池左右岸邊墻，重建擋墻頂部高程132.84 m。鉛絲石籠、消力池海漫下均設(shè)置厚度為0.3 m的厚墊層。

3.5 山體危石與工程觀測設(shè)計

水庫右岸壩頭山體危石清除工程量為300 m3，同時還需增設(shè)滲流觀測設(shè)施、水位觀測站與雨量計。

4 結(jié) 語

江家水庫除險加固工程施工結(jié)束后，工程設(shè)計的各項目標(biāo)與要求均得到實(shí)現(xiàn)，施工質(zhì)量良好，長期以來影響水庫使用效能正常發(fā)揮的各類問題得到了有效解決，工程取得了良好的社會和經(jīng)濟(jì)效益。

［1］鄧愛麗、孫安帥，等.棘洪灘水庫大壩除險加固工程措施探討［J］.水利經(jīng)濟(jì)，2011，29（02）：49－51.

［2］湯建華.江西永新斗上水庫病害特征及除險加固措施［J］.價值工程，2015（02）：70－71.

TV697

B

1007－7596（2015）05－0056－03

2014－10－31

李書博（1983－），男，遼寧丹東人，工程師，從事水利水電工程設(shè)計工作。