菩薩廟水庫除險加固工程設計分析

張淑芬

（凌源市水務局，遼寧凌源122500）

菩薩廟水庫除險加固工程設計分析

張淑芬

（凌源市水務局，遼寧凌源122500）

文章以凌源市菩薩廟水庫除險加固工程為例，在對現有工程的大壩、溢洪道、輸水洞現狀進行分析的基礎上對設計過程中的大壩、溢洪道、輸水洞的加固設計進行了詳細的論述。今后水庫要加強管理，注意工程維修和養護，在工程進行中，要及時觀測積累資料，發現問題及時處理，使水庫發揮其應有的作用。

水庫；除險加固；設計；分析

1 工程現狀

1.1 大壩

菩薩廟水庫大壩采用黏土斜墻防滲，壩體為壤土，后壩坡為砂礫料的混合壩，大壩長369 m，壩頂高程410.5 m，壩頂寬7 m，最大壩高25.546 m，黏土斜墻頂高程408.6 m，防浪墻頂高程為411.5 m。大壩上游坡比從上到下依次為1∶2.5、1∶3、1∶2。下游坡比從上到下依次為1∶1.85、1∶1.93、1∶2.4。上游坡為干砌石護坡，下游坡腳為高度3 m的貼坡式排水。大壩自建成后至1992年9月有過一次大壩高程測量記錄，記載大壩下沉1.15 m。壩頂防浪墻經再次加高，其底部與黏土斜墻連接高程不一致且斜墻頂高程不滿足要求。防浪墻沒有止水，已有裂縫15條。壩前護坡塊石大部分下沉，破損嚴重。

1.2 溢洪道

開敞式溢洪道位于大壩左端，a型駝峰堰，堰高1.0 m，堰頂高程405.4 m，泄流凈寬74.44 m，最大泄流量為1 469 m3／s，堰后陡槽底坡坡比1∶3.5，后接挑流鼻坎及下游尾水渠。溢洪道堰前右側漿砌石墻變形，經計算不穩定。堰前底板還有45 m未襯砌，且風化嚴重，當正常高以下水深時，溢洪道底板及陡坡都有滲漏。溢洪道堰前左側邊墻頂部巖石陡峭，易脫落。陡坡右側導墻頂部巖石易滑坡。溢洪道下游尾水渠泄流寬度不夠，最窄處底寬僅10 m。

1.3 輸水洞

輸水洞位于溢洪道左側，距溢洪道左邊墻25～33 m，輸水洞全長146 m，為有壓鋼筋混凝土襯砌隧洞，主洞126 m，發電支洞20 m，其中有80 m未襯砌，洞進口高程391.154 m，出口高程390.954 m。距洞進口20 m處為豎井式閘門井，井內安裝1.8×1.2 m定輪平板鋼閘門。主洞與支洞出口均安裝直徑1.2 m的閘閥。

2 加固設計

2.1 大壩加固設計

2.1.1 壩頂結構

壩頂高程維持原高程410.5 m，防浪墻頂高程411.5 m，斜墻頂高程409.3 m。原壩頂寬為5 m，為了解決防汛、雙行路的要求，本次設計將壩頂加寬至7 m（含防浪墻），壩頂路面為7 cm厚瀝青路面，墊層為15 cm厚水泥穩定土基礎和20 cm厚砂礫料，路面下游側設15 cm寬路緣石［1］。本次設計黏土斜墻頂高程為408.6 m，需加高黏土斜墻頂到設計高程408.6 m，頂部的水平寬度為4.0 m，施工時要與原黏土密切銜接好。本次重新設計壩頂路燈17個，每30 m一個，坐落在防浪墻上。

2.1.2 防浪墻設計

原漿砌石防浪墻拆除，新建C25鋼筋混凝土防浪墻。防浪墻頂高程為411.5 m，防浪墻底寬取1.8 m，頂寬0.45 m，高2.9 m，每20 m設一道伸縮縫和止水，防浪墻底坐落在黏土斜墻上。

2.1.3 上游坡設計

上游坡坡比維持現狀不變，坡比為1∶2.5、1∶3.0、1∶2.0（自上而下），高程391.5 m和399.5 m處設3.5 m和1.5 m寬戧臺，上游坡干砌塊石徑偏小，厚度不夠，塊石多為片石，需要從二級戧臺391.454高程以上拆除干砌石，重新鋪設40 cm厚干砌石，30 cm厚碎石墊層需要整形。

2.1.4 下游坡設計

下游坡原坡比為1∶1.85、1∶1.93、1∶2.4（自上而下），壩坡穩定系數K計〈K允，沒有達到《碾壓式土石壩設計規范》（SL274—2001）的規定。需要用砂礫料補坡達到設計壩坡，設計坡比為1∶2.25、1∶2.5、1∶2.5（自上而下）。下游壩坡采用30 cm厚的碎石護坡，在高程391.0 m處設2 m寬戧臺。河床地面高程為384.954 m。下游坡坡腳原貼坡排水體拆除，新建排水體，位置在391.0 m高程處新建貼坡式排水體，后壩坡設二道寬為1 m的上壩踏步，6道縱向和2道橫向排水溝。

2.2 洪道加固設計

溢洪道進水渠邊墻設計。本次設計為鋼筋混凝土懸臂式擋土墻。分別對校核水位下，正常高水位下，施工期的3種條件的擋土墻進行了計算，確定了擋土墻的結構尺寸，為墻高7.3m，頂寬0.5m，趾高0.5m，趾寬1.0m，踵高0.5m，踵寬1.50m，墻底寬0.8m。計算采用理正擋土墻計算軟件，計算過程如下：

1）溢洪道引水渠底板設計。引水渠底板巖石表面破壞嚴重，且在正常水位時溢洪道下游滲水嚴重，溢洪道需進行帷幕灌漿，而壩頂對應部分為駝峰堰，上部有交通橋，不能布置灌漿孔，帷幕向前移動，所以需對未襯砌的引水渠部分進行護砌。襯砌采用鋼筋混凝土板，原已襯砌了15m，本次加長至60m。即有45m長，80m寬需進行襯砌，按15m×15m分塊，襯砌厚度為30 cm，表面布設Φ10間距15 cm的鋼筋網。在布置灌漿孔位置，不能滿足灌漿壓力的要求，需鑿除一部分混凝土和巖石，重新澆筑混凝土，底板為1m厚的。

2）溢洪道陡槽底板設計。溢洪道陡槽底板表面有較多的表面裂縫，底板鋼筋為Φ8＠300鋼筋網。陡槽表面鑿除10 cm混凝土，原有鋼筋網清除，保留錨固鋼筋，并且加密錨固鋼筋，重新鋪設Φ10間距15 cm的鋼筋網，與錨固鋼筋焊接在一起，澆筑10 cm厚的C25混凝土。

3）挑流消能設計復核。溢洪道為Ⅲ級建筑物，按規范SL253—2000其消能防沖工程設計應滿足30 a一遇標準。對溢洪道消能設計分別對50 a一遇和30 a一遇標準進行計算。

挑流水舌外緣挑距按公式：

式中：L為自挑流鼻坎末端算起至下游河床床面的挑流水舌外緣挑距，m；θ為挑流水舌水面出射角，近似可取用鼻坎挑角，θ°，θ＝31°；h1為挑流鼻坎末端法向水深，m；h2為鼻坎坎頂至下游河床高程差，m，h2＝2.13；v1為鼻坎坎頂水面流速，m／s，可按鼻坎處平均流速v的1.1倍計。

計算結果如下：①當30 a一遇時，v＝14.427 m／s，v1＝v×1.1＝15.869 m／s，h1＝0.54 m，計算L＝26.44 m；②當50 a一遇時，v＝14.644 m／s，v1＝v×1.1＝16.109 m／s，h1＝0.58 m，計算L＝27.19 m。

沖刷坑最大水墊深度按下式計算：

2.3 輸水洞加固設計

本次水庫除險加固，輸水洞設計的內容有：①清除洞口堆積物和洞內塌落物，將未襯砌部分進行襯砌；②更換檢修閘門一扇（1.8 m×1.2 m，自重2T）和攔污柵；③更換工作閘閥（碟閥）；④洞臉重新設計，錨噴加固；⑤工作閘門、閘閥室拆除、重建。

［1］劉彬彬.山心塘水庫除險加固工程主壩加固設計方案［J］.黑龍江水利科技，2014，42（11）：81－82.

TV697.3

B

2014－10－31

張淑芬（1974－），女，遼寧凌源人，工程師，從事水利工程設計、管理與相關工作。

1007－7596（2015）05－0069－02