南大排水库除险加固初步设计研究 6页

南大排水库除险加固初步设计研究　　摘要：南大排水库自建成后多次维修，溢洪道及护坡破损严重，这些隐患时刻危胁着水库安全，并且影响水库发挥应有的灌溉效益。　　关键词：除险加固；坝体；坝基；溢洪道　　1前言　　南大排水库位于鹤岗市西南15公里的大鹤立河支流。集水面积23.0平方公里，大坝全长364米，以灌溉为主、兼顾防洪、养鱼等综合利用的小（1）型水库。水库枢纽工程由土坝、溢洪道、输水洞三部分组成。　　2坝体、坝基、溢洪道地质条件　　2.1坝体　　本次勘察表明坝体填筑土主要为低液限粘土组成，局部含有高液限粘土。坝体填筑土的垂直渗透系数6.58×10-6～5.13×10-8cm/s，大值平均值6.22×10-6cm/s；坝体填筑低液限粘土天然含水率最大值31.8%，最小值26.7%，算术平均值28.7%；孔隙比最大值0.826，最小值0.690，算术平均值0.769；干容重最大值1.56g/cm3，最小值1.49g/cm3，算术平均值1.53g/cm3；压缩系数0.202～0.582Mpa-1；天然抗剪强度小值平均值C=20.2kpa，ф=19.9度。　　2.2坝基　　坝基土上部为第四纪Q4形成的冲洪积粘性土及砂砾层，下部为白垩纪上统嫩江组Kn2的泥岩风化带。地层结构简单，无不良工程地质问题。6n　　2.3溢洪道　　水库新建溢洪道位于大坝左端0+684处，本次勘察所揭露岩土层上部为冲洪积边滩相沉积粘性土，主要以低液限粘土为主，下部为白垩纪K2形成的强风化泥岩。　　3工程建设的必要性　　3.1黑龙江省是全国重要商品粮食生产基地。南大排水库是鹤岗市农业灌溉重要水源工程之一，在枯水期可为抗旱灌溉保产量保增长等方面发挥重要作用，为我省千亿斤粮食产能工程建设做出贡献，为农业经济持续、快速、健康发展提供保证。　　3.2南大排水库始建于上世纪八十年代，经多年运行存在安全隐患，严重影响下游人民生命财产安全，使水利工程成为水患工程。水库不能达到正常水位运行，影响效益发挥。　　4除险加固工程设计　　南大排水库除险加固后总库容228万立方米，根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》SL252～2000确定本工程规模为小（1）型。　　4.1工程总布置　　水库除险后由土坝、溢洪道、输水洞三部份组成，溢洪道位于大坝右岸的0+300处，基础座落于风化岩之上，对溢洪道出口增设消力池与海漫，溢洪道整体布置及位置不变。　　4.1.16n土坝。坝顶设有4m宽砼路面，对大坝原护坡拆除重建，对死水位至兴利水位以上1米区域新建20厘米砼护坡，下铺粗砂10厘米及一层无纺布，对大坝其它部分护坡新建15厘米砼护坡，下铺粗砂10厘米及一层无纺布，护坡范围为死水位至坝顶，为保证护坡稳定，在底部设置砼固脚。死水位以下采用抛石固脚。　　4.1.2溢洪道。溢洪道现位于大坝0+300处，堰顶高程164.40米，单孔实用堰，净宽19米，为无闸控制开敞式。增设消力池及海漫，消力池长19.2米，池深0.8米，陡坡坡比1：4，消力池为钢筋砼U形槽结构，底宽19m，底板厚1m，边墙顶宽0.4米，底宽1米，消力池底高程160.88米，边墙顶高程165.88，消力池后接海漫，海漫采用铅丝笼干砌石结构，干砌石厚30厘米，下铺20厘米砂砾石及一层无纺布，海漫底宽19m，边坡1：2.5，底高程161.68。　　4.1.3输水洞。对原有输水洞进行拆除重建，位置选在0+260处，输水洞为方涵，洞口断面尺寸1.0×1.8米，底高程161.00米，输水洞设工作闸门和检修闸门，洞底坡降1/500，输水洞设计流量0.56立方米/秒，闸室段采用竖井式。　　4.2土坝工程　　4.2.1坝顶高程的确定　　南大排水库大坝为粘土心墙坝，参照《碾压式土石坝设计规范》SL274-2001规定，土质防渗体顶部在正常蓄水位或设计洪水位以上的超高应符合规定值，本次取0.3米。防渗体顶部高程不应低于非常运用条件的静水位，并应核算浪爬高高度的影响。　　4.2.2土坝坝体结构设计　　坝料设计：根据《碾压土石坝设计规范》（SL274-2001）规定，设计土料压实度96%。坝壳料为溢洪道南侧山头之上，料场试验磨擦角为36n3度，本次设计相对密度0.75。　　护坡设计：主坝护坡在死水位至兴利水位以上1米之间采用20厘米厚砼板护坡，其它坝坡段选用砼板厚度15厘米。下铺10厘米粗砂垫层及无纺布一层，护坡范围为死水位至坝顶，并在护坡底设置砼固脚，以增加护坡的稳定性，固脚采用正梯形形式布置，固脚以下至地面采用抛石护脚。　　反滤层设计：根据地勘资料，坝壳料主要由细砾组成，被保护土粒径d85=2mm，平均渗透系数为K=4.0E-2。本次设计采用无纺布作为反滤层。　　4.3溢洪道工程　　4.3.1工程布置。水库溢洪道位于大坝0+300处，为开敞式钢筋混凝土结构，堰顶高程164.40米，单孔实用堰，净宽19米。溢洪道消力池较短、海漫水毁、溢洪道出口边墙砼浇筑质量较差。　　①陡槽段：坡降1/4，长7.2米，采用U形槽结构。边墙墙顶由0.4米渐变到1.0米，墙高在3.20～5.0米，陡槽底板采用钢筋砼结构，厚1米。　　②消力池：U形槽钢筋砼结构，长12.0米，宽19米，池深0.8米，池底高程160.88米，底板厚1.0米，边墙顶高程为165.88米。　　③出口挡土墙：在消力池出口两侧设置悬臂式挡土墙，挡土墙为钢筋砼结构，墙顶宽0.4米，底宽0.8米，底板厚0.8米，墙高6.0米，挡土墙长8米。　　④海漫段：长22米，宽19米，设30厘米铅丝笼干砌石护底，下设20厘米砾石垫层，顶高程161.68米。海漫末端设置防冲槽，堆石厚2.1米，槽底宽1.5米。6n　　4.3.2渗流分析。溢洪道基础为花岗岩，抗渗稳定性较好，不易发生渗透破坏。　　4.4输水洞工程　　4.4.1工程布置。对原有输水洞进行拆除重建，输水洞位置选在0+260处。根据灌溉、检修等要求，输水洞为方涵，洞口断面尺寸1.0×1.8米，底高程161.00米，输水洞设工作闸门和检修闸门，洞底坡降1/500，设计流量0.56立方米/秒，闸室段采用竖井式。输水洞分为进口引水渠、岸墙、洞身、出口陡槽、消力池及海漫段。　　4.4.2水力计算。①验算输水洞的过流能力。考虑输水洞在水库最低水位时可以输水灌溉，并考虑淤积因素，最后将输水洞底高程定191.00米，此时闸门全开过时的过流能力Q=0.60立方米/少，输水洞既可满足灌溉要求。当水库水位在兴利水位时，输水洞进行灌溉时当hc=0.09，e=0.13时，输水洞既可满足灌溉要求。②出口消能计算。计算消力池池深时，经多次试算，确定计算采用的工况为：上游水位在兴利水位以上0.5米处，闸门的开启度0.1米，下游水深0.10米，经计算得消力池深0.6米，池长取6.5米，海漫长13米。　　4.4.3渗流分析。本次复核采用改进阻力系数法，输水洞其下土层为低液限粘土。经计算，未设防渗板桩时最大水平坡降：Jx=0.09<[Ja水]=0.15，即水平段抗渗稳定性能够满足规范要求；出口坡降：J0=0.15<[Ja出]=0.35，即出口段抗渗稳定性能够满足规范要求。　　结束语6n　　水库除险加固后可补水灌溉水田1.8万亩，并对下游0.4万亩耕地，1处居民点，300人口起保护作用。　　作者简介：薛峰（1969-），男，工程师，主要从事水利工程管理、水资源管理、施工管理，1990年从事水利工作至今。6