景興水庫除險加固設計淺析

李 艷,王洪淼

(1.吉林省銀河水利水電新技術設計有限公司，吉林 長春 130000;

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景興水庫除險加固設計淺析

李 艷1,王洪淼2

(1.吉林省銀河水利水電新技術設計有限公司，吉林 長春 130000;

2.吉林省水利水電勘測設計研究院，吉林 長春 130000)

本文以景興水庫除險加固工程設計為例，通過分析現有水庫存在的問題及工程地質情況的條件，對現有工程規模進行復核，對比確定了本水庫合適的泄流方案，在土壩設計、有閘溢洪道設計、機電設備及金屬結構設計三個方面對工程優化設計進行介紹,以期為其他水庫工程除險加固設計提供一定的借鑒。

景興水庫；除險加固設計；溢洪道

1 工程概況

景興水庫位于梅河口市西南部小楊鄉景興村境內，水庫屬于松花江流域輝發河水系，位于輝發河上游右岸一級支流吉慶河上。該庫地理位置東經125°24′58″，北緯42°17′01″，壩址以上控制流域面積22 km2，水庫上游河道長度5.6 km，河道平均坡度8‰。該水庫是一座以灌溉為主，兼顧養魚等綜合利用的小(2)型水庫。該水庫興建于1960年，為均質土壩，水庫原設計洪水標準為10 a一遇。該水庫的泄洪灌溉洞洞身現狀混凝土剝蝕露筋，部分洞身段沿洞壁漏水，閘門和啟閉設備年久失修，老化嚴重，已經不能正常使用，滿足不了泄洪要求，是一座帶病運行的小(2)型水庫。

景興水庫除險加固的任務是提高防洪能力，針對水庫隱患進行除險加固。具體設計內容如下：本次設計洪水標準與原設計相同，并對原有壩頂高程進行復核，確定本次設計壩頂高程，并在壩頂鋪設砂石路面；對上游壩坡護坡進行拆除重建處理，通過方案比較，選擇合理護坡型式；對現有大壩進行滲流穩定計算及壩坡穩定分析，根據計算結果選擇相應防滲措施并確定上下游坡比；拆除原有輸水洞，并在原位新建有閘溢洪道，配套閘門及啟閉機[1]。

2 工程地質條件

本水庫處于低山丘陵區，庫岸土體寬厚，無低矮埡口，高程高于400.0 m。兩岸山體由花崗巖構成，覆蓋層為弱透水的低液限黏土和含碎石黏土等。根據區域資料，工程區附近無較大斷裂構造分布，屬相對穩定區。

水庫大壩為均質土壩，土壩全長427 m，最大壩高4.7 m，壩頂寬窄變化較大，壩頂寬3.0～5.0 m，最窄處3.0 m。土壩上游坡為塊石護坡，塊石風化較重，大小不一，表面凹凸不平，坡面起伏較大，坡面較陡，坡比1∶2.1～1∶3.0，局部較陡，僅1∶1.5左右，下游坡無護坡，局部較陡，坡比1∶1.8～1∶2.6。水工建筑物主要有泄洪灌溉洞工程，該建筑物位于大壩左側樁號0+111 m處，為直徑2.0 m×2.0 m鋼筋混凝土方涵。

根據《中國地震動參數區劃圖》(GB 18036—2015)[2]，本區地震動峰值加速度為0.05 g，對應的地震基本烈度為Ⅵ度；根據中國季節性凍土標準凍深曲線，工程區標準凍深為1.60 m；水庫不存在永久滲漏、坍岸及浸沒問題，但存在水庫淤積問題；壩體沉陷穩定、滑動穩定及滲漏、滲穩問題不大，壩體前坡塊石護坡質量差，后坡無護坡，且兩壩坡局部較陡，設計應采取處理措施。兩壩肩無繞壩滲漏問題；壩基不存在沉陷穩定、滑動穩定及滲透穩定問題；有閘溢洪道基礎建議坐落在低液限黏土上，承載力滿足要求，沉陷穩定及滑動穩定問題不大，但需注意沖刷及凍脹對建筑物基礎的不利影響，同時注意采取措施，避免建筑物接觸滲漏問題的發生。

3 工程規模復核

根據《水利水電工程等級劃分及洪水標準》(SL 252—2000)的規定[3]，景興水庫為小(2)型水庫，工程等別為Ⅴ等；其主要建筑物為5級，次要建筑物等級為5級。水庫設計洪水標準為10 a一遇(P=10%)，校核洪水標準為50 a一遇(P=2%)。本次除險加固初步設計遵循不改變水庫原有規模的原則進行，采用原有的死水位即390.50 m。景興水庫原設計水位為392.50 m，相應正常庫容為25.33萬m3；景興水庫原校核水位為393.47 m，對應總庫容為48.04萬m3。本次除險加固初步設計維持原設計水位392.50 m、校核水位393.47 m不變。

景興水庫水位庫容關系曲線采用原設計水庫特性曲線，數據見表1。

表1 景興水庫水位-庫容關系曲線

4 泄洪方案確定

本設計泄洪建筑物的選擇采用有閘溢洪道方式，設閘門控制，進口堰頂高程可考慮采用原輸水洞進口洞底高程，泄流能力可大幅提高，這樣使得滿足泄洪要求的有閘溢洪道寬度較小，比較經濟。該型式特別適用于類似景興水庫這樣的低壩，進口采用開敞式，施工、檢修及維護都很方便。結合景興水庫大壩較低的具體情況，確定本水庫采用有閘溢洪道作為泄洪建筑物。

有閘溢洪道堰頂高程采用現有輸水洞進口底板高程，為389.5 m，通過對比3孔寬2.5 m×高3.5 m，寬3.0 m×高3.5 mm，寬3.5 m×高3.5 m 三種不同過水寬度的泄流能力來確定合適的有閘溢洪道寬度。本次設計有閘溢洪道不同方案的泄流能力見表2。

表2 不同方案泄流能力對照表 m3·s-1

根據比選結果，選擇3孔寬3.0 m×高3.5 m的有閘溢洪道作為景興水庫泄洪建筑物，根據調洪計算結果：10 a一遇設計水位為392.50 m，相應泄流量為61.20 m3/s；50 a一遇校核水位為393.47 m，相應泄流量為102.70 m3/s。對于10 a一遇水位，若采用3孔同時泄洪，由于泄流能力比較大，因此建議小洪水期間可考慮使用雙孔泄洪，壩前最高水位達392.90 m。

5 工程布置及建筑物

5.1 土壩除險加固設計

土壩為黏土均質壩，根據現場勘測，壩長427 m(0+000～0+427 m)，最大壩高4.7 m，壩頂高程394.17～394.92 m，壩頂寬3.0～5.0 m。局部壩頂高程不能滿足50 a一遇防洪要求。上游壩坡1∶2.1～1∶3.0，為塊石護砌，表面凹凸不平，風化嚴重，無墊層；水庫下游坡1∶1.8～1∶2.6，局部不足1∶1.0，無護砌，無排水體。

景興水庫土壩現有高程為394.17～394.92 m，本次計算壩頂高程為394.26 m，實際按394.26 m控制，現狀壩頂不需要加高培厚，只需在壩頂修筑砂石路面時對原壩頂進行局部整平即可。現有土壩為碾壓式均質土壩，壩頂寬為4.0 m左右，本次設計根據《碾壓式土石壩設計規范》SL 274—2001[4]，結合實際壩高、構造等要求，確定壩頂寬度為4.0 m。為方便交通，本次壩頂采用20 cm厚砂石路面，路面鋪設之前將壩坡頂部平整， 0+111 m附近為原輸水洞。本次設計統一按壩頂標準處理，頂高程為設計壩頂高程394.26 m，路面迎水側路緣石采用預制混凝土塊型式，規格為60 cm×15 cm×50 cm(長×寬×高)。本次設計壩坡的確定綜合考慮了穩定要求、土壩現狀及施工工程量等因素，仍然參照現有坡度,上游壩坡1∶2.5，下游壩坡不變。

護腳采用拋石護腳，腳槽底高程為承諾放空水位391.07 m，頂高程為391.50 m，頂寬1.53 m，腳槽深0.43 m，底寬1.10 m。原護坡拆除的舊石頭除利用到下游海漫段以外，均拋入上游坡腳作為拋石護腳。本次設計壩高不增加，下游壩坡良好，根據壩坡穩定計算結果，現狀壩體穩定，本次設計原則上對下游壩坡維持原狀，遇到特殊斷面不足1∶2.0的按1∶2.0坡度補足，對處理部位應進行壩坡清皮，清除時應按鋸齒狀清除，以便后期碾壓。

5.2 有閘溢洪道設計

本次設計在原輸水洞附近(0+111 m)處新建有閘溢洪道，有閘溢洪道過水凈寬9 m，寬頂堰結構，有閘溢洪道由進口段、閘室段、陡坡段、消力池段、海漫及防沖槽段組成。

在進口段0-008 m～0+000 m，采用八字形進口，矩型槽斷面型式，鋼筋混凝土結構，長8.0 m，進口寬度17.0 m，收縮后寬度為13.0 m。進口底板高程389.20 m，底板厚0.4 m；邊墻頂寬0.3 m，底寬0.6 m，墻高1.8 m～5.0 m，邊墻頂高程391.00～394.20 m，邊墻底板寬1.55 m～2.6 m，底座厚0.4 m；翼墻寬0.3 m，墻高1.8 m，翼墻底板長1.5 m，底座厚0.4 m。

在控制段0+000 m～0+008.6 m，控制段總長8.6m，整體式矩型槽結構。閘室段底板高程389.50 m，高出進口段底板0.3 m。閘室段閘墩寬0.8 m，內部為寬頂堰，內部分別預留0.3 m和0.6 m寬閘門槽，分別為檢修閘門及工作閘門使用，邊墩對應壩軸線處設0.3 m厚混凝土防滲刺墻，刺墻底板以下及邊墩兩側均插入壩體1.5 m。閘墩頂部高程394.20 m，頂部設8根0.4 m×0.4 m混凝土柱，柱頂為圈梁及啟閉平臺，啟閉平臺頂高程為398.70 m，一側設繞柱鋼結構斜梯。啟閉平臺上部設啟閉房，啟閉房為磚混結構，頂部設4.0 m寬交通橋，底高程394.26 m。為方便檢修，設置寬1.2 m，厚0.2 m的檢修橋。

在陡坡段0+008.6 m～0+027.1 m處，該段采用U型槽結構，邊墻頂寬0.3 m，底寬0.6 m，底板厚度0.7 m。首端寬度10.6 m，高程389.50 m，末端寬度10.0 m，高程383.33 m，水平投影長度18.5 m，邊墻頂高程由393.96 m過渡到386.83 m。陡坡段底板設置縱橫向排水管，管徑10 cm，外包無紡布。

在消力池段0+027.1 m～0+047.1 m處，該段總長20 m，寬10 m，深3.5 m；底板高程383.34 m，厚0.9 m～0.7 m；末端設尾坎，尾坎寬60 cm；邊墻頂高程386.83 m，頂寬0.3 m，底寬0.6 m。消力池出口處兩側分別設4.0 m和4.5 m懸臂式擋土墻，墻高3.5 m，埋深0.5 m。消力池底板設置排水管，呈梅花形布置，管徑為5 cm，外包無紡布。

在海漫段0+047.1 m～0+094.1 m處，該段坡度為1∶1000，海漫段底寬10 m，邊坡1∶1.5，渠道高度2.0 m，護坡及護底均采用30 cm鍍鋅鐵絲石籠，底部鋪設15 cm碎石墊層，底鋪400 g/m2無紡布。海漫段長39.6 m，海漫末端接7.4 m防沖槽，防沖槽為干砌石結構，底部鋪設400 g/m2無紡布，前后側邊坡1∶2.0，頂高程394.79 m，深1.5 m，海漫總長47 m。防沖槽末端接下游土渠。

5.3 機電設備金屬結構設計

本工程金屬結構主要由有閘溢洪道、檢修閘、灌溉閥及啟閉設備部分組成。有閘溢洪道為三孔，配備寬3.0 m×高3.5 m平面鋼閘門3扇和寬3.0 m×高3.0 m疊梁閘門一扇(做檢修閘門)，配套LQ-2×150雙吊點螺桿式手電兩用啟閉機3臺和5 t電葫蘆一臺。

考慮到本工程閘門啟閉的實際運行情況，同時運行的啟閉機為有閘溢洪道的工作閘門及出口處節制閘門，需同時工作的啟閉機為3臺LQ-2×150啟閉機，配套電機功率為3×5.5 kW，為了保證啟閉電源，本設計配備30 kW柴油發電機1臺。本次設計主要機電及金屬設備清單見表3。

表3 主要設備匯總表

6 結 論

在分析景興水庫現狀、存在的問題及工程地質條件的基礎上，為充分發揮景興水庫的防洪功能，滿足水庫下游灌溉需求，對景興水庫除險加固進行了設計與方案論證。根據相關規范規定要求，對工程規模及防洪標準進行了復核，比較了水庫的泄流形式，對比不同的泄流設計尺寸，最終確定了有閘溢洪道的泄洪方案。根據水庫的主體結構與工程布置情況，確定了土壩壩體加固方案、溢洪道結構、機電設備及金屬結構選型。通過本次除險加固優化設計，施工過程中精心組織,景興水庫現狀恢復了原有設計功能，保障了當地的經濟發展與社會穩定。

[1] 梅河口市水利局.景興水庫安全鑒定報告[R]. 梅河口：梅河口市水利局, 2012.

[2] 中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局,中國國家標準化管理委員會.中國地震動參數區劃圖:GB 18036—2015[S]. 北京：中國標準出版社，2016.

[3] 中華人民共和國水利部. 水利水電工程等級劃分及洪水標準:SL 252—2000[S].北京：中國水利水電出版社，2000.

[4] 中華人民共和國水利部.碾壓式土石壩設計規范:SL 274—2001[S].北京：中國水利水電出版社，2002.

A brief analysis on danger control and reinforcement design of Jingxing reservoir

LI Yan1,WANG Hongmiao2

(1.JilinYinhewaterconservancyandhydropowerNewTechnologyDesignCo.,Ltd.,Changchun130000,China；2.JilinwaterconservancyandHydropowerSurveyandDesignInstitute,Changchun130000,China)

Taking danger control and reinforcement design of Jingxing reservoir as an example in this paper, By analyzing the existing problems of reservoir and engineering geology conditions, check the scale of existing projects and determine the proper discharge scheme for the reservoir. The engineering optimum design is presented in three aspects from earth dam design, fried spillway dam design, mechanical and electrical equipment and metal structure design, thus provides certain reference for danger control and reinforcement design of similar reservoir.

Jing xing reservoir; danger control and reinforcement design; spillway

李 艷(1988-)，女，助理工程師，主要從事水利設計和規劃方面研究。

TV697.3

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2096-0506(2016)11-0053-04