打虎沟水库除险加固方案探析-技术创新

打虎沟水库除险加固方案探析

日期：2016-6-17 14:08:18　来源：互联网　浏览数：
　

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工程概况
    打虎沟水库位于府谷县黄甫川左岸支沟打虎沟上,属暖温带、中温带干旱、半干旱大陆性季风气候，特点是：冬长夏短，春秋不明显，冬春少雨雪，多风沙，无霜期短，昼夜温差大；多年平均降雨量435mm，降雨集中在7、8 两个月，占年降水量的56％。打虎沟水库由府谷县黄甫镇黄甫前村组织群众投劳投工实施，府谷县水电局派员技术指导，1975 年12 月建成。枢纽建筑物包括均质土坝、溢洪道。大坝为水坠均质土坝，坝高20 m，坝顶高程894.0m (假定高程120.0m)，坝顶长109m，坝顶宽5m，坝基宽99m，迎水坡坡比1∶2.4，背水坡坡比1∶2.3。溢洪道建在大坝右岸，为窄深式简易土质渠道，未衬砌，堰顶高程889.0m（假定高程115m），宽1.6m，深5 m，长33 m。水库控制流域面积3.4 km2，总库容80 万m3，是一座以防洪、拦沙为主，兼顾灌溉等综合利用的小型水库。
    打虎沟水库运行30 多年来，发挥了较好的社会效益和经济效益：一是防洪保安，保护了下游三个自然村防洪安全；二是拦截泥沙，截止2006 年底拦截泥沙45万m3，减少了入黄泥沙；三是为库区周围500 余亩农田提供灌溉水源；四是改善了区域生态环境。但是，由于水库目前带病运行，水库本身和下游村庄安全己受到严重威胁。
    2· 打虎沟水库存在的主要问题
    打虎沟水库无设计、无批文、无施工、无竣工验收文件和图纸等资料，属典型的“三边”工程，施工质量具有“先天不足”，多年来一直处低水位运行，没有最大程度地发挥应有的效益。水库工程存在的主要问题有：
    （1）水库淤积严重。
    打虎沟水库无排沙设施，上游来沙全部拦截，减弱了水库防洪和兴利调蓄能力。打虎沟水库建成运用以来，随着水库泥沙淤积的增多，库水位在不断上升。1987 年溢洪道曾过水泄洪，仅排出少量泥沙，多年来上游来沙全部拦截在库内，近年来库水位基本上在888.4m～889.0m 范围内变化，现淤积高程为888.4m，大大降低了水库的防洪调蓄能力。
    （2）大坝损毁严重。
    打虎沟水库竣工投运以来，一直粗放管理。大坝迎水坡没有防护和排水措施，坝内坡风浪淘刷，坝外坡雨水冲沟多，背水坡出现渗水、流泥现象，影响大坝运行安全。水库土质溢洪道多年来不断塌方，淤积堵塞严重。1987 年溢洪道曾泄洪运行，出水过程中渠道刷深0.5m～1.5m，两侧塌土现象严重，陡坡段现已完全毁坏。
    （3）水库无放水设施影响灌溉效益发挥。
    大坝无放水洞、溢洪道毁坏。目前，库内虽有水，库下游有地，但无法灌溉或成本过高，现状溢洪道不能泄洪运行。
    （4）水库无安全预警设施，大坝无安全监测设施，不能满足防汛抢险需要。2007 年4 月榆林市水利局组织有关专家，按照《水库大坝安全鉴定办法》之规定，对打虎沟水库大坝进行了安全鉴定工作，评定打虎沟水库大坝为三类病险坝，建议管理单位“应尽快对该水库进行除险加固，确保大坝安全及正常运行”。3 除险加固方案
    3.1 工程任务
    打虎沟水库为已成工程，故本次除险加固工程的实施应充分考虑到该工程的历史和现状，尽可能不影响水库的正常运行。按大坝安全鉴定报告书并结合本阶段水文等有关成果，此次除险加固工程的具体任务为：加高大坝，整修坝坡，增设坝坡防护、排水、坝下反滤设施；新建泄水洞，改造溢洪道；增设大坝安全监测设施；改善管理条件，更新防汛通讯、预警设施等，购置防汛抢险交通工具，改造上坝道路。
    3.2 正常蓄水位确定和调洪计算
    打虎沟流域无实测径流资料，根据打虎沟流域径流特点及现有的水文资料情况，本次采用径流系数等值线图法、径流深等值线图法和面积比拟法计算。采用高石崖站面积比拟法计算成果，即打虎沟水库多年平均径流量为21.4 万m3。打虎沟水库1975 年12 月建成，截止2006 年底库淤积泥沙45 万m3，多年平均淤积量1.45 万m3。据此推算水库后续运行20 年其淤积量为29 万m3，则水库运行20 年后的总淤积库容为74m3，对应淤积面高程为894.5m，由此确定本次除险加固设计正常蓄水位为894.5m。校核洪水位和设计洪水位通过调洪计算确定，起调水位为894.5m，溢洪道宽度4.0m，调洪演算成果为：校核洪水位897.73m，库容104.85 万m3，溢洪道泄量33.14m3/s。设计洪水位896.37m，库容90.7 万m3 ，溢洪道泄量14.89m3/s。
    3.3 大坝加固处理
    （1）大坝坝顶道路设计
    根据打虎沟水库大坝坝顶高程计算结果，坝顶加高至898.70m 高程。坝顶宽度5.0m，改造坝顶道路，设计标准为四级道路，路面采用20cm 厚的泥结石路面，下部铺设20cm厚的碎石垫层路基，上游侧设M7.5 浆砌石路沿，下游侧设M7.5 浆砌石坝顶排水沟。
    （2）迎水坡改造处理
    原大坝上游坡面无护坡，为保护上游坝坡安全，本次加固设计结合对大坝的加高培厚对迎水坡进行整修改造处理。填土培厚清除表层0.5m 左右的松动浮土，对上游坝坡采用0.3m 厚浆砌石内嵌干砌石护坡，砌石底高程至现淤积面以下1.0m，下部铺设0.2m 厚的砂砾料垫层。
    （3）背水坡加固处理及增设坡面排水系统原大坝下游坡坡面破损不整、未砌护，且无排水系统。因此，对背水坡采用种植植物防护，下游坝坡及两侧岸坡设置纵向排水沟，马道平台设置横向排水沟，与岸坡排水沟相接将水直接导入下游河床。坝坡、岸坡、马道排水沟均采用浆砌石结构。坝顶、下游坝坡，以及下游马道设置0.3m×0.3m 浆砌石矩形排水沟，左右两岸坡设置0.5m×0.5m 浆砌石矩形排水沟。下游坝坡脚设置排水棱体，排水棱体顶高程881.0m，顶宽2.0m，内侧坡比为1∶1.5，外侧坡比为1∶2.0。
    3.4 新建放水设施
    新建放水建筑物由放水卧管、输水涵管及输水明渠的组成，位于大坝左岸。卧管采用台阶式取水方式，其断面最小尺寸为1.0m×0.6m。岸坡处地面高程为891.00m，卧管纵坡比为1∶2，卧管放水口采用阶梯式布置，卧管共设14 级，每级高差0.5m，采用C20 钢筋砼结构。各级放水孔进口高程分别为891.00m～897.00m。其中正常蓄水位894.50m 以下布设7 级，校核水位至正常蓄水位之间设6 级。各级放水孔孔口尺寸均为φ0.3m 的圆孔。卧管采用预制圆台体封盖。为便于卧管放水孔操作运行，卧管顶部至右岸坝肩回填一条宽1.5m 的运行管理便道。
    本次除险加固拟定正常蓄水位为894.50m，卧管底部地面高程为887.00m，故拟定涵管进口高程为889.00m，涵管坝后出口处高程维持原设计高程不变即为888.00m，涵管全长60m，设计坡比为0.02。卧管底部接φ1m预制钢筋混凝土涵管，涵管按明流设计。涵管沿轴线基础均为土基，为防止基础发生不均匀变形，设置两层基础，即底部设厚0.3m 的浆砌石，上部现浇鞍式混凝土管座，管座沿线设有适应地基沉降的永久缝，缝间距为12m。为避免涵管上部填方发生过大沉降危及涵管安全，要求沿管线的所有填方（坝体范围内、外）的压实度均需达到98%。为防止沿卧管发生集中渗流，卧管在坝轴线上游部分设置两道截水环，截水环间距10m。
    3.5 溢洪道加固设计
    溢洪道按5 级建筑物设计，洪水标准按20 年一遇洪水设计、200 年一遇洪水校核。当200 年一遇洪水时，坝前达到最高洪水位为897.73m，溢洪道下泄量28.79m3/s；20 年一遇洪水时，坝前达到最高洪水位为896.37m，下泄量14.83m3/s。考虑原溢洪槽未衬砌，淤积、分化严重，除险加固设计将在原溢洪道位置新建正向开敞式溢洪道。溢洪道由引渠段、控制段、泄槽段及尾渠段等部分组成，总长度100.728m。
    现状引渠段为土渠，渠道断面形状不规整。本次加固设计引渠为矩形断面，长度8.5m，底宽由6m 渐变为4m，底坡设计比降为i=0；进水渠底板高程为893.5m，墙顶高程898.7m；底板浆砌石厚度为0.3m，左侧墙为重力式挡墙，侧墙顶宽0.3m，坡比为1∶0.3；右侧墙为斜坡式，侧墙厚0.3m，坡比为1∶0.5。在设计坝顶坝轴线位置新建混凝土结构宽顶堰，堰顶高程为894.5m，墙顶高程为898.7m，宽顶堰宽4m，顺水流向长5m，左侧墙为重力式挡墙，侧墙顶宽0.3m，坡比为1∶0.3；右侧墙为斜坡式，侧墙厚0.5m，坡比为1∶0.5。墙顶设计交通桥与坝顶连通。
    加固改造溢洪道泄槽采用梯形断面，底宽4m，侧墙坡比为1∶0.5，纵向采用两级坡。第一级坡坡比i=0.2，总长13.56m；一二级陡坡之间设渐变段，渐变段转角为15.26°，控制半径为30m，长度为7.53m；第二级坡坡比i=0.5，总长20.4m；二级陡坡末端接挖深式消力池；泄槽段采用M7.5 浆砌石和C20 钢筋砼结构，即内壁为0.15m 厚C20 钢筋砼结构，外侧为0.3m 厚浆砌石结构。
    3.6 大坝安全监测设计
    依据规范，为了及时准确的掌握大坝水库上下游水位情况，本次除险加固设计中，设置2 组水尺。同时为了及时监测坝体及坝基的渗流量情况，在大坝下游侧设置量水堰。
    4· 结语
    打虎沟水库是小（二）型水库，属三无工程，经过30 年运行，已出现的工程病害问题使水库不具备基本运行条件和能力，无法进行正规化、规范化的管理，严重威胁下游群众生命财产安全。通过分析水库病险问题，分别给予加固和更新建设，可有效提高水库运行能力，保障下游800 人安全和540 亩耕地的灌溉问题，可有效拦截1.1 万m3 的泥沙入黄，经济生态效益显著。