淺析南喬水庫除險加固工程方案設計

2016-09-07 12:15:14孔潔惠

山東水利 2016年4期

孔潔惠

（臨汾水利勘測設計院，山西臨汾 041000）

淺析南喬水庫除險加固工程方案設計

孔潔惠

（臨汾水利勘測設計院，山西臨汾 041000）

南喬水庫運行30多年來，因水庫先天條件不足，加之年久失修，存在著諸多問題。本文介紹了南喬水庫存在的問題，分析了水庫除險加固的必要性和除險加固工程的設計方案。

現狀與問題；除險加固；設計方案

1　水庫現狀及存在的問題

南喬水庫位于臨汾市堯都區縣底鎮城隍村南約1.2 km的南喬溝內，該水庫于1973建成蓄水，是一座以灌溉為主兼有防洪、養殖的小（2）型水庫，水庫壩址以上控制流域面積8 km2。水庫樞紐由大壩、溢洪道、泄洪洞組成。

水庫目前主要存在主要問題：①大壩防洪不滿足200年一遇洪水校核標準；②壩頂寬約3 m不符合規范要求，壩頂及上下游壩坡有多處塌坑；③溢洪道斷面不規則，為土基，無襯砌及消能設施；④泄洪洞進口損壞；⑤大壩無觀測設施、無水情測報系統。鑒于工程存在的主要問題，2009 年7月，省水利廳組織有關專家結合安全鑒定報告進行了現場察看和技術評審，安全鑒定結論為三類壩。

2　除險加固設計方案

除險加固工程方案如下：1）采取防洪工程措施，以使水庫防洪標準達到規范要求；2）改建右岸泄洪洞進口，保證泄洪洞正常使用；3）對大壩上下游壩坡進行整治，對上游壩坡干砌石護坡進行維修。擬定了兩個方案進行比選：

方案Ⅰ：溢洪道進口為開敞式無控制寬頂堰，堰頂高程570.0 m，凈寬10 m；

方案Ⅱ：溢洪道進口為開敞式無控制寬頂堰，堰頂高程570.0 m，凈寬6 m；

根據調洪演算成果及現狀溢洪道地形等方面分析，方案Ⅰ的主要優缺點是：①溢洪道現狀底寬6 m，寬度增加只能向山體側開挖，工程量較大，且布置較為困難；②無淹沒與庫區占地問題。方案Ⅱ的主要優缺點是：①壩頂需修建1 m高防浪墻；②溢洪道現狀底寬6 m，能有效利用現有泄槽，工程布置合理，且工程量較小；③無淹沒與庫區占地問題。

經綜合比較并參考水利部水總（2008）428號文件中有關意見，本次設計采用方案Ⅱ，即大壩增設1 m高防浪墻，改建溢洪道凈寬6 m。

水庫除險加固工程的主要建設內容：①大壩工程。整治大壩上下游壩坡，壩頂加寬至5 m，對上游壩坡干砌石護坡進行維修，修建1 m高防浪墻；②改建溢洪道工程。即原溢洪道部位改建6 m寬開敞式溢洪道，堰頂高程570.0 m；③改建泄洪洞進口工程。在泄洪洞進口增設閥門井。

3　大壩整治工程

3.1防浪墻高程

水庫大壩級別為5級，吹程0.6 km，多年平均最大風速18 m/s。壩頂超高根據《碾壓土石壩設計規范》（SL274-2001）中的公式計算：

式中∶y為壩頂超高，m；R為最大波浪在壩坡上的爬高，m；e為最大風壅水面高度，m；A為安全加高，m。

壩頂高程按設計洪水位加正常運用的壩頂超高和校核洪水位加非常運用的壩頂超高分別計算，取其大值，詳見表1。

表1　壩頂高程計算結果

由上表可知，在壩頂增設1m高防浪墻可以滿足防洪要求。

3.2大壩整治

3.2.1大壩現狀

南喬水庫大壩為均質土壩，壩頂高程573.5 m，壩頂長109 m，壩頂寬約3 m。上游壩坡坡比1∶2。下游壩坡分為二級，一級壩坡573.5～561.5 m，坡比1∶2，561.5 m處設4 m寬馬道，二級壩坡561.5～557.5 m，坡比為1∶2.5，下游壩坡無護坡。壩頂無防浪墻，路面為原填土面。根據《碾壓土石壩設計規范》（SL274-2001），現狀壩頂寬約3 m不符合規范要求，壩坡穩定安全系數經計算不滿足規范要求，故需對大壩進行整治。

3.2.2壩坡整治措施

1）上游壩坡整治。針對上游壩坡存在的問題，先清除壩坡損壞的護坡，然后按設計斷面整治，壩坡坡比仍為1∶2。護坡采用干砌塊石，下設反濾層。干砌石護坡厚度按下式計算：

式中：Q為干砌塊石的平均重量Q= 0.525ρkDm3；ρk為塊石的密度；D為石塊的換算球形直徑。計算結果為0.22 m，取護坡厚度為0.3 m，反濾層自上而下采用20 cm厚砂礫石及10 cm厚粗砂。

2）下游壩坡整治。因原壩頂寬度不滿足規范要求，故將下游壩坡坡面清除0.5 m，然后培厚至設計斷面，即壩軸線向下游側偏移1 m。下游坡面采用草皮護坡，設置縱、橫U型排水溝。

3）壩頂整治。下游壩坡培厚至設計斷面后，壩頂寬度為5 m，壩頂設20 cm厚泥結石路面，壩頂上游側設1 m高M10漿砌石防浪墻。

3.3大壩穩定分析

壩坡穩定分析按簡化畢肖普法靜力分析，簡化有效應力法計算。選取主河床最大壩高斷面對整治后的壩坡進行穩定計算，因壩基存在1.5～2 m厚砂礫石透水層，筑壩時未予截斷，故壩體浸潤線按照有限深透水壩基計算確定，壩體土料物理特性指標按照鉆孔取樣試驗結果分析選用，土料物理特性選用值見表2。

表2　壩體土料物理力學指標表

計算分正常運用和非正常運用兩種情況。正常運用情況下，上游坡為正常高水位以及正常高水位緩降至死水位時的穩定滲流情況，下游坡為正常高水位時的穩定滲流情況；非常運用情況下，上游坡為庫水位驟降以及正常高水位加地震時的穩定滲流情況；下游坡為正常高水位加地震以及校核洪水位時的情況。壩坡穩定安全系數按《碾壓土石壩設計規范》（SL274-2001）附錄D中簡化畢肖普法公式進行計算，計算成果見表3。