淺談小型病險水庫除險加固工程設計

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  淺談小型病險水庫除險加固工程設計

蘭倩琳 摘要：本文主要從洪水計算方法、大壩除險加固設計問題、溢洪道除險加固設計問題及放水設施除險加固設計問題這幾個方面論述小型病險水庫除險加固工程設計，以供參考。 關鍵詞：小型水庫；病險；除險加固；設計 Abstract: this article mainly from the flood calculation method, the dam reinforcement design problems, spillway reinforcement design problems and problems water facilities reinforcement design problems the several aspects discusses problems dilapidated small reservoirs reinforcement engineering design problems, for reference. Keywords: small reservoirs; Seepage path; Strengthening problems; design   中圖分類號：   TV697   文獻標識碼：A     文章編號： 水庫是江河防洪工程體系的重要組成部分，它承擔著重要的調蓄任務。水庫出現病險，不僅降低對洪水的調控能力，削弱其自身的防洪減災功能，也會致使水庫不能安全運行，會給下游廣大人民群眾的生命財產安全構成嚴重威脅。因此，為了確保水庫的安全運行，有必要對病險水庫進行除險加固，在此，本文就小型病險水庫除險加固工程設計做簡要闡述，以供參考。 1洪水計算方法 1.1 認真復核水庫流域特征參數 水庫壩址控制集水面積F（km2）、河流L（km）、坡降（%）等流域特征參數，是設計洪水計算的基礎，應根據適當比例的地圖進行勾繪量算后再采用。 1.2 設計暴雨 1.設計點雨量 在設計時，可根據水庫流域或周邊控制雨量站30年以上實測的最大1h、6h、24h的暴雨資料，進行頻率計算和適線分析，確定各頻率設計暴雨。 當暴雨資料缺乏時，可用暴雨公式計算任一歷時的設計點雨量，即暴雨公式為： TP=Sp/Tn 式中，T——暴雨歷時；h； TP——歷時為T、頻率為P的最大平均降雨強度，mm/h； Sp——T=1.0h的最大平均降雨強度，與設計頻率p有關，稱雨力，mm/h； n——暴雨衰減指數，T＜1h為n0，1-24h為n2，在水文手冊中查取。 雨力Sp與設計頻率p有關，可由流域中心的設計24h雨量P24推求： PTP=TP T= Sp T1-n 當T=24h時，PTP= P24P，n=n2，代入上式，得 Sp= P24P×24 n2-1 求得Sp后，即可按式（PTP=TP T= Sp T1-n）推求任一歷時T的設計點雨量。 2.設計面雨量 當工程控制流域面積小于100 km2時，設計面雨量直接用點雨量代替；當工程控制流域面積大于或等于100 km2時，應根據該區(qū)域的點面雨量轉換系數進行修正。 3.設計點暴雨量和面暴雨量的推求，可按頻率分析的方法進行。其中，設計流域特大暴雨的重現期可根據該次暴雨的雨請、水情及鄰近地區(qū)的長系列暴雨資料分析確定。當設計流域缺乏大暴雨資料，可移用鄰近地區(qū)的暴雨資料加入設計流域暴雨系列進行頻率分析。但對移用的可能性及重現期應進行分析，并注意地區(qū)差別，做必要的改正。 1.3 設計洪水 設計洪水是工程設計和施工的重要依據，因此應根據工程任務及設計要求、水文資料條件，選擇合適的方法分析計算設計洪水，提出滿足設計要求的洪水成果。在設計時，一般包括洪峰流量、洪水總量及洪水過程。即具體的計算方法如下： 1.壩址或其上、下游鄰近地點具有30年以上實測和插補延長洪水流量資料，并有調查歷史洪水時，可直接采用流量頻率分析法計算設計洪水。 2.工程所在地區(qū)具有30年以上實測和插補延長暴雨資料，可通過計算設計暴雨間接推算設計洪水。 3.當缺乏流量或雨量資料的水庫，亦可采用地區(qū)綜合法推求設計洪水。 4.產流計算可采用蓄滿產流的簡易法。 5.匯流計算可根據設計流域面積大小，選用不同的計算方法。如集水面積大于50 km2時，可采用瞬時單位線法；當面積小于50km2時，可用推理公式計算。 2大壩除險加固設計問題 2.1 大壩防滲設計 2.1.1 壩基防滲 由于壩基防滲的處理方法應在汛期到來之前施工完畢，因為在設計過程中，除了考慮到施工質量外，施工進度計劃也是設計中該考慮的一點重要因素。目前，對壩基防滲的處理方法一般采取帷幕灌漿法。 2.1.2壩體防滲 在壩體防滲處理中，不宜采取局部防滲措施，而應采取整體、連續(xù)的防滲措施，因此在設計時可根據壩體填筑質量、滲流涉及范圍及滲流量的大小，以及施工條件來確定是采用劈裂灌漿還是采用高噴灌漿或混凝土防滲心墻，同時在一定條件基礎下，還可以采用其他的防滲措施。如，當壩高較低（壩高15m及以下）或者放空水庫進行除險加固的大壩，壩基防滲看采取垂直土工膜料防滲，即在內坡坡腳、內坡坡面或者壩頂垂直開槽（寬度為0.15-0.3m），在槽內垂直埋設土工膜料進行防滲；壩體防滲可采用在內坡鋪設土工膜料進行防滲處理。 2.2 壩頂及壩高加固設計 2.2.1壩頂加固設計 當壩頂欠高欠寬時，在設計時應根據其自身的具體因素采取適宜的設計方法，即：（1）當壩頂欠高欠寬≤1.0m時，應將壩頂內外坡坡頂線往坡面下移并做路沿石，當其滿足寬度要求后壩頂再填土加高；（2）當壩頂欠高欠寬＞1.0m時，可在上游側做防浪墻，下游培土加厚，然后在壩頂上適當回填土加高，且要確保填筑料的質量，并確保壩頂的寬度盡量偏向于規(guī)范要求的最大值。 2.2.2 壩高加固設計 在設計時，混凝土的設計強度應不低于C20，粗骨料盡量采用人工碎石，且設計時混凝土的厚度宜取15-20cm左右。 當壩坡較陡時，抗滑穩(wěn)定不能滿足要求時，一是如果壩頂較寬時，可考慮采取削坡的措施；二是若壩寬不能滿足于削坡放緩時，可采取內破坡腳拋石壓坡，外坡也可砌石貼坡壓坡的措施。 3 溢洪道除險加固設計問題 溢洪道應進行泄流能力、水面線、消能防沖、堰基抗滑穩(wěn)定及基底應力、邊墻抗滑穩(wěn)定及抗傾覆計算，并列出計算參數及計算成果。在本文中，只列舉其相關的計算公式。 3.1 溢洪道水力計算 1.進口段 進口段水力設計應使本段內水流平順、穩(wěn)定、水面波動及橫向水面比降小，應避免回流和漩渦。 2.控制段的計算 采用（SL253-2000）《溢洪道設計規(guī)范》中寬頂堰流計算公式計算，即公式為： Q=εmBH03/2 式中，Q——流量，m3/s； ε——閘墩側收縮系數，ε=1； m——流量系數； B——溢洪道凈寬，m； H0——計入行進流速的堰上總水頭。 3.2 消能防沖 依據（SL253-2000）《溢洪道設計規(guī)范》，消力坎高度及消力池長度采用如下公式計算： d=σh2－h(huán)t－△Z △Z=〔－〕 Lk=0.8L h2=（－1） Fr1=V1/ 式中：d，消力坎高度，m；Lk，消力池長度，m；σ，安全系數，取σ=1.05；h2，躍后水深，m；h1，收縮斷面水深，m；ht，消力池出口下游水深，ht=1.0m；Q，流量，m3/s；b，消力坎寬度，m；Φ，消力池出口的流量系數，取Φ=0.95；L，自由水躍的長度，m；v1，收縮斷面平均流速，m/s；Fr1，收縮斷面弗勞德數。 3.3 邊墻穩(wěn)定計算 1.抗滑穩(wěn)定計算，即公式為： Kc=fΣW/ΣP 式中：Kc，抗滑穩(wěn)定安全系數；f，基礎面與基巖接觸面摩擦系數；ΣW，作用于墻體上的全部荷載對計算滑動面的法向分值；ΣP，作用于墻體上的全部荷載對計算滑動面的切向分值。 2.抗傾覆穩(wěn)定計算，即公式為： Ko=ΣMy/ΣMo 式中：Ko，抗傾穩(wěn)定安全系數；ΣMy，作用于墻體的荷載對墻前趾產生的穩(wěn)定力矩；ΣMo，作用于墻體的荷載對墻前趾產生的傾覆力矩。 4放水設施除險加固設計問題 放水涵管是水庫的輸、排水建筑物，是水利工程中能獨立發(fā)揮功用的重要建筑物之一。在病險水庫的加固工程中，如果不及時對放水涵管進行除險加固處理，勢必會威脅到大壩的運行安全。 首先，在設計時應對舊放水涵管進行拆除及封堵。在封堵時應進行全面封堵，同時還應對管壁及管周進行回填灌漿截滲，對封堵后的涵管管內采用C20混凝土及黏土碎石進行充填灌漿，并在封堵的末端設置反濾排水段。 其次，對于新建的放水設施，除了要滿足灌溉、發(fā)電、供水及水庫出險、搶險的要求外，進出口要盡量遠離壩體，進出口軸線與邊坡夾角應盡可能大，在條件允許的情況下，可采取穿越山體的隧洞式放水隧洞， 參考文獻： [1]羅國月.廣西小型病險水庫除險加固設計[J].城市建設理論研究，2011（12）. [2]任淑娟，賈永明，劉東海，王蓓.病險水庫除險加固工程放水洞優(yōu)化設計[J].水利科技與經濟，2009，15（6）.  [3]高華永.某水庫大壩中的壩基帷幕灌漿設計及防滲加固方法[J]. 城市建設理論研究，2010（2）.