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摘要：近年来，我国的水库工程建设正逐步增多，当前，在水库的建设过程中还存在着诸多问题，仍需做进一步改善。本文结合工程实际,分析了目前水库工程存在的一系列问题,并着重介紹了该水库的溢洪道加固改造设计。
关键词：水库建设;问题；溢洪道;设计
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：
1.水库基本情况
新寨水库水库工程水库控制集雨面积为2.0km2,。水库总库容105万m3,为小(一)型水库,水库的任务以灌溉为主兼顾防洪,设计灌溉农田面积3600亩。
工程枢纽由主坝、副坝、溢洪道、灌溉涵管等组成。主坝为均质土坝,坝高31.5m,坝顶高程1580.0m,坝顶宽度5.0m,坝顶长104m。副坝坝顶高程1580.0米，坝高3.1m，坝顶宽2.5m，长25.0m。溢洪道布置于主坝上游右侧叉洼山丫，距主坝直线距离443.00m，即在2号副坝0+011.5～0+013.5位置。溢洪道进口底板高程以正常蓄水位1578.5米为底板高程，溢洪道沿原2号副坝下游洼子进入河道,全长136米。由进口引渠、溢流堰、收缩段、陡槽段、缓坡段、消力池及出口段组成。
输水隧洞位于左岸山体内，为钢筋混凝土半圆拱直墙无压洞，底宽1.0m，直墙高1.1m，矢高0.5m，底坡为1/400，隧洞进口平板斜拉闸底坎高程1558.5m，闸下设消力池，消力池长5.0m，宽1.0m，深1m，消力池为钢筋砼结构。进口底板高程为1558.5m，出口底板高程为1558.16m。
2.工程存在的主要问题
该水库由于建设期较早,工程建设存在标准低,施工质量差,存在较多问题。水库经过长年运行,主要建筑物均有不同程度的破坏,其中大坝坝体渗漏较为严重,斜卧管漏水严重,涵管接头多处破坏,坝面杂草丛生,坝址没有设置反滤体排水,溢洪道未完善,不能发挥泄洪功能,无上坝公路,不利于防洪抢险。
2.1大坝存在的主要问题
经检查和复核计算,水库土坝主要存在如下问题。
（1）水库主坝现状抗洪能力不满足设计洪水标准，仅能抗御10年一遇洪水。
（2）主坝坝体、两坝肩及坝基均属中等透水层。
筑坝土料压实度低（81%～97%），渗透系数较大，平均值为K=6.0×10-4 cm/s，下游坝坡及右肩山坝结合部浸湿面积125m2。
（3）坝体结构、抗震、渗流安全性为C级。上下游坝坡均未设置护坡，坝面严重受损。
2.2溢洪道
经现场检查和复核计算,溢洪道主要存在如下问题。
(1)溢洪道两侧无挡土墙及护底,无消能设施。
(2)溢洪道局部地方冲刷严重,在桩号0+070处有一较大冲坑。
2.3输水涵管
经检查,水库输水涵管主要存在如下问题。
（1）输水隧洞进口段围岩有坍塌和塌陷现象，洞身钢筋砼表面蜂窝麻面现象严重，局部地段出现空洞，闸后左侧墙及拱顶发生变形和拉裂，共有6处渗漏，形成射流的有1处，渗漏量为2.3L/s。
（2）输水隧洞进口闸门多处已变形，止水铜片已损坏，漏水严重；闸门拉杆有2段已变形，影响闸门的正常运行。闸门启闭机为手动，启闭难度大。
2.4其他配套设施
(1)防汛公路。水库防汛公路靠坝址附近2km长路段,路宽约为4m,局部地方较窄,车辆不能通过,路面为泥土路面,无维护,坑坑洼洼、高低不平,水库无上坝公路,不利于水库的运行管理通行要求,特别是不利于水库的防汛抢险交通要求。
(2)其他设施。水库无管理房、无通讯设施、无管理电源,基本无水库运行资料,工程管理经费不足。水库无水位观测设施,无雨量观测设施。因资金困难,多年未备防汛砂石料。
3.溢洪道加固设计
3.1溢洪道存在问题及加固措施
(1)溢洪道现状。溢洪道布置于主坝上游右侧叉洼山丫,为开敞式无闸控制自由泄流型式,总长136m,堰顶高程为1578.5m,宽4m。原溢洪道凹凸不平,无圬工衬砌,局部地方冲刷严重,不利水库的正常泄洪。
(2)溢洪道设计标准。水库溢洪道的级别为5级,根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》 (SL252－2000)的有关规定,确定溢洪道设计洪水标准与大坝相同,设计洪水为30年一遇,校核洪水为300年一遇。下游的消能防冲按10年一遇洪水标准设计。
(3)溢洪道除险加固措施。保持原溢洪道宽4m,全长用M7.5浆砌石护底300mm厚,10mm厚C20混凝土护面,两侧设置M7.5浆砌石重力式挡土墙。新增消力池,消力池根据电算成果消力池底高程为30.63m,池深0.77m,池长5.0m。
3.2溢洪道陡坡水面线计算和侧墙高度计算
陡坡水面线按30年一遇洪水标准设计,300年一遇洪水标准校核,采用省厅推广使用的微机程序《陡坡水面线计算DP-3》。渗气水深计算:
hb=(1+ξV/100)×h
式中:h,hb)－泄槽计算断面的水深及渗气后的水深,m;
V－不渗气情况下泄槽计算断面的流速,m/s;
ξ－修整系数,可取1.0到1.4,流速大的取大值计算。
从以上计算可知:在三十年一遇设计洪水标准下,起推水深为0.654m,安全超高为0.5m。在三百年一遇校核洪水标准下,起推水深为0.876m,安全超高为0.3m,取两者中较大值。
从陡坡水面线的计算成果可知,陡坡段始端及末端的水深相差不大,故溢洪道陡坡段边墙的高度按陡坡段始端水深确定。设计工况下溢洪道水深0.654m,校核工况下水深0.876m,根据规范设计工况下安全加高0.8m,校核工况安全加高0.5m,取两者中较大值,因此陡坡段两侧墙始端控制高度为1.454m,末端控制高度为1.046m,取溢洪道陡坡段两侧墙高度1.5m,控制段两侧边墙的墙顶应与坝顶同高,取边墙顶高程为1580.87m,即边墙高为2.37m。
3.3归河渠水利计算
新开挖的归河渠在现有河槽基础上扩宽清淤,按土渠梯形断面设计底坡按实际地形取用1︰200,内边坡1︰1.5,底宽4m,糙率为0.02,渠首高程拟定为1574.36m。
3.4陡坡消能计算
陡坡消能按10年一遇洪水标准设计,采用省水利厅“XL-1斜坡消力池水利计算程序”。从以上计算可知:在十年一遇洪水标准下,下游归河渠首端高程为1573.26m,水深0.529m。根据电算成果消力池底高程为1572.49m,池深0.77m,池长5.0m。
3.5结构计算
(1)溢洪道边墙。溢洪道侧墙结构计算采用利部“水利水电工程PC-1500程序集(88版)”的微机程序《G-9挡土墙稳定与应力计算程序》。由于溢洪道测墙为对称结构,有浆砌石底板相连,故在计算中可忽略抗滑稳定安全系数,仅考虑抗倾稳定安全系数,大于规范规定的最小抗倾稳定安全系数1.5即可。从以上计算成果可知:控制段侧墙抗倾稳定系数K2=2.6131,均满足规范要。挡土墙计算简图如图1
图 1挡土墙断面图
(2)消力池底板。溢洪道消力池底板厚度可根据抗冲要求,按下面公式计算。
抗冲式中:t－消力池底板始端厚度(m);
H′－闸孔泄水时的上、下游水位差(m);
К1－消力池底板计算系数,可采用0.15～0.20(m);本次计算取0.20;经过计算:抗冲力t=0.2×[1.275×(34.21-31.93)0.5]0.5=278mm;本工程取400mm厚底板。
4.结语
水库除险加固后,能有效的保证农田灌溉,提高水库的工程效益。并降低洪灾的发生机率,有效保障群众的生命财产安全,有效保护生态环境和人群健康,减少水土流失,保护土地资源,工程的绿化及环境美化措施将进一步改善区内的环境面貌。综上所述,工程具有显著的经济效益和社会效益,水库除险加固设计工程的实施是可行的。
关键词：水库建设;问题；溢洪道;设计
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：
1.水库基本情况
新寨水库水库工程水库控制集雨面积为2.0km2,。水库总库容105万m3,为小(一)型水库,水库的任务以灌溉为主兼顾防洪,设计灌溉农田面积3600亩。
工程枢纽由主坝、副坝、溢洪道、灌溉涵管等组成。主坝为均质土坝,坝高31.5m,坝顶高程1580.0m,坝顶宽度5.0m,坝顶长104m。副坝坝顶高程1580.0米，坝高3.1m，坝顶宽2.5m，长25.0m。溢洪道布置于主坝上游右侧叉洼山丫，距主坝直线距离443.00m，即在2号副坝0+011.5～0+013.5位置。溢洪道进口底板高程以正常蓄水位1578.5米为底板高程，溢洪道沿原2号副坝下游洼子进入河道,全长136米。由进口引渠、溢流堰、收缩段、陡槽段、缓坡段、消力池及出口段组成。
输水隧洞位于左岸山体内，为钢筋混凝土半圆拱直墙无压洞，底宽1.0m，直墙高1.1m，矢高0.5m，底坡为1/400，隧洞进口平板斜拉闸底坎高程1558.5m，闸下设消力池，消力池长5.0m，宽1.0m，深1m，消力池为钢筋砼结构。进口底板高程为1558.5m，出口底板高程为1558.16m。
2.工程存在的主要问题
该水库由于建设期较早,工程建设存在标准低,施工质量差,存在较多问题。水库经过长年运行,主要建筑物均有不同程度的破坏,其中大坝坝体渗漏较为严重,斜卧管漏水严重,涵管接头多处破坏,坝面杂草丛生,坝址没有设置反滤体排水,溢洪道未完善,不能发挥泄洪功能,无上坝公路,不利于防洪抢险。
2.1大坝存在的主要问题
经检查和复核计算,水库土坝主要存在如下问题。
（1）水库主坝现状抗洪能力不满足设计洪水标准，仅能抗御10年一遇洪水。
（2）主坝坝体、两坝肩及坝基均属中等透水层。
筑坝土料压实度低（81%～97%），渗透系数较大，平均值为K=6.0×10-4 cm/s，下游坝坡及右肩山坝结合部浸湿面积125m2。
（3）坝体结构、抗震、渗流安全性为C级。上下游坝坡均未设置护坡，坝面严重受损。
2.2溢洪道
经现场检查和复核计算,溢洪道主要存在如下问题。
(1)溢洪道两侧无挡土墙及护底,无消能设施。
(2)溢洪道局部地方冲刷严重,在桩号0+070处有一较大冲坑。
2.3输水涵管
经检查,水库输水涵管主要存在如下问题。
（1）输水隧洞进口段围岩有坍塌和塌陷现象，洞身钢筋砼表面蜂窝麻面现象严重，局部地段出现空洞，闸后左侧墙及拱顶发生变形和拉裂，共有6处渗漏，形成射流的有1处，渗漏量为2.3L/s。
（2）输水隧洞进口闸门多处已变形，止水铜片已损坏，漏水严重；闸门拉杆有2段已变形，影响闸门的正常运行。闸门启闭机为手动，启闭难度大。
2.4其他配套设施
(1)防汛公路。水库防汛公路靠坝址附近2km长路段,路宽约为4m,局部地方较窄,车辆不能通过,路面为泥土路面,无维护,坑坑洼洼、高低不平,水库无上坝公路,不利于水库的运行管理通行要求,特别是不利于水库的防汛抢险交通要求。
(2)其他设施。水库无管理房、无通讯设施、无管理电源,基本无水库运行资料,工程管理经费不足。水库无水位观测设施,无雨量观测设施。因资金困难,多年未备防汛砂石料。
3.溢洪道加固设计
3.1溢洪道存在问题及加固措施
(1)溢洪道现状。溢洪道布置于主坝上游右侧叉洼山丫,为开敞式无闸控制自由泄流型式,总长136m,堰顶高程为1578.5m,宽4m。原溢洪道凹凸不平,无圬工衬砌,局部地方冲刷严重,不利水库的正常泄洪。
(2)溢洪道设计标准。水库溢洪道的级别为5级,根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》 (SL252－2000)的有关规定,确定溢洪道设计洪水标准与大坝相同,设计洪水为30年一遇,校核洪水为300年一遇。下游的消能防冲按10年一遇洪水标准设计。
(3)溢洪道除险加固措施。保持原溢洪道宽4m,全长用M7.5浆砌石护底300mm厚,10mm厚C20混凝土护面,两侧设置M7.5浆砌石重力式挡土墙。新增消力池,消力池根据电算成果消力池底高程为30.63m,池深0.77m,池长5.0m。
3.2溢洪道陡坡水面线计算和侧墙高度计算
陡坡水面线按30年一遇洪水标准设计,300年一遇洪水标准校核,采用省厅推广使用的微机程序《陡坡水面线计算DP-3》。渗气水深计算:
hb=(1+ξV/100)×h
式中:h,hb)－泄槽计算断面的水深及渗气后的水深,m;
V－不渗气情况下泄槽计算断面的流速,m/s;
ξ－修整系数,可取1.0到1.4,流速大的取大值计算。
从以上计算可知:在三十年一遇设计洪水标准下,起推水深为0.654m,安全超高为0.5m。在三百年一遇校核洪水标准下,起推水深为0.876m,安全超高为0.3m,取两者中较大值。
从陡坡水面线的计算成果可知,陡坡段始端及末端的水深相差不大,故溢洪道陡坡段边墙的高度按陡坡段始端水深确定。设计工况下溢洪道水深0.654m,校核工况下水深0.876m,根据规范设计工况下安全加高0.8m,校核工况安全加高0.5m,取两者中较大值,因此陡坡段两侧墙始端控制高度为1.454m,末端控制高度为1.046m,取溢洪道陡坡段两侧墙高度1.5m,控制段两侧边墙的墙顶应与坝顶同高,取边墙顶高程为1580.87m,即边墙高为2.37m。
3.3归河渠水利计算
新开挖的归河渠在现有河槽基础上扩宽清淤,按土渠梯形断面设计底坡按实际地形取用1︰200,内边坡1︰1.5,底宽4m,糙率为0.02,渠首高程拟定为1574.36m。
3.4陡坡消能计算
陡坡消能按10年一遇洪水标准设计,采用省水利厅“XL-1斜坡消力池水利计算程序”。从以上计算可知:在十年一遇洪水标准下,下游归河渠首端高程为1573.26m,水深0.529m。根据电算成果消力池底高程为1572.49m,池深0.77m,池长5.0m。
3.5结构计算
(1)溢洪道边墙。溢洪道侧墙结构计算采用利部“水利水电工程PC-1500程序集(88版)”的微机程序《G-9挡土墙稳定与应力计算程序》。由于溢洪道测墙为对称结构,有浆砌石底板相连,故在计算中可忽略抗滑稳定安全系数,仅考虑抗倾稳定安全系数,大于规范规定的最小抗倾稳定安全系数1.5即可。从以上计算成果可知:控制段侧墙抗倾稳定系数K2=2.6131,均满足规范要。挡土墙计算简图如图1
图 1挡土墙断面图
(2)消力池底板。溢洪道消力池底板厚度可根据抗冲要求,按下面公式计算。
抗冲式中:t－消力池底板始端厚度(m);
H′－闸孔泄水时的上、下游水位差(m);
К1－消力池底板计算系数,可采用0.15～0.20(m);本次计算取0.20;经过计算:抗冲力t=0.2×[1.275×(34.21-31.93)0.5]0.5=278mm;本工程取400mm厚底板。
4.结语
水库除险加固后,能有效的保证农田灌溉,提高水库的工程效益。并降低洪灾的发生机率,有效保障群众的生命财产安全,有效保护生态环境和人群健康,减少水土流失,保护土地资源,工程的绿化及环境美化措施将进一步改善区内的环境面貌。综上所述,工程具有显著的经济效益和社会效益,水库除险加固设计工程的实施是可行的。