淺談小型病險水庫除險加固工程設(shè)計

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  淺談小型病險水庫除險加固工程設(shè)計

蘭倩琳 摘要：本文主要從洪水計算方法、大壩除險加固設(shè)計問題、溢洪道除險加固設(shè)計問題及放水設(shè)施除險加固設(shè)計問題這幾個方面論述小型病險水庫除險加固工程設(shè)計，以供參考。 關(guān)鍵詞：小型水庫；病險；除險加固；設(shè)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(xiàn)標(biāo)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(dān)著重要的調(diào)蓄任務(wù)。水庫出現(xiàn)病險，不僅降低對洪水的調(diào)控能力，削弱其自身的防洪減災(zāi)功能，也會致使水庫不能安全運(yùn)行，會給下游廣大人民群眾的生命財產(chǎn)安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。因此，為了確保水庫的安全運(yùn)行，有必要對病險水庫進(jìn)行除險加固，在此，本文就小型病險水庫除險加固工程設(shè)計做簡要闡述，以供參考。 1洪水計算方法 1.1 認(rèn)真復(fù)核水庫流域特征參數(shù) 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(shù)，是設(shè)計洪水計算的基礎(chǔ)，應(yīng)根據(jù)適當(dāng)比例的地圖進(jìn)行勾繪量算后再采用。 1.2 設(shè)計暴雨 1.設(shè)計點(diǎn)雨量 在設(shè)計時，可根據(jù)水庫流域或周邊控制雨量站30年以上實(shí)測的最大1h、6h、24h的暴雨資料，進(jìn)行頻率計算和適線分析，確定各頻率設(shè)計暴雨。 當(dāng)暴雨資料缺乏時，可用暴雨公式計算任一歷時的設(shè)計點(diǎn)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(qiáng)度，mm/h； Sp——T=1.0h的最大平均降雨強(qiáng)度，與設(shè)計頻率p有關(guān)，稱雨力，mm/h； n——暴雨衰減指數(shù)，T＜1h為n0，1-24h為n2，在水文手冊中查取。 雨力Sp與設(shè)計頻率p有關(guān)，可由流域中心的設(shè)計24h雨量P24推求： PTP=TP T= Sp T1-n 當(dāng)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(shè)計點(diǎn)雨量。 2.設(shè)計面雨量 當(dāng)工程控制流域面積小于100 km2時，設(shè)計面雨量直接用點(diǎn)雨量代替；當(dāng)工程控制流域面積大于或等于100 km2時，應(yīng)根據(jù)該區(qū)域的點(diǎn)面雨量轉(zhuǎn)換系數(shù)進(jìn)行修正。 3.設(shè)計點(diǎn)暴雨量和面暴雨量的推求，可按頻率分析的方法進(jìn)行。其中，設(shè)計流域特大暴雨的重現(xiàn)期可根據(jù)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(dāng)設(shè)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(shè)計流域暴雨系列進(jìn)行頻率分析。但對移用的可能性及重現(xiàn)期應(yīng)進(jìn)行分析，并注意地區(qū)差別，做必要的改正。 1.3 設(shè)計洪水 設(shè)計洪水是工程設(shè)計和施工的重要依據(jù)，因此應(yīng)根據(jù)工程任務(wù)及設(shè)計要求、水文資料條件，選擇合適的方法分析計算設(shè)計洪水，提出滿足設(shè)計要求的洪水成果。在設(shè)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(diǎn)具有30年以上實(shí)測和插補(bǔ)延長洪水流量資料，并有調(diào)查歷史洪水時，可直接采用流量頻率分析法計算設(shè)計洪水。 2.工程所在地區(qū)具有30年以上實(shí)測和插補(bǔ)延長暴雨資料，可通過計算設(shè)計暴雨間接推算設(shè)計洪水。 3.當(dāng)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(shè)計洪水。 4.產(chǎn)流計算可采用蓄滿產(chǎn)流的簡易法。 5.匯流計算可根據(jù)設(shè)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(dāng)面積小于50km2時，可用推理公式計算。 2大壩除險加固設(shè)計問題 2.1 大壩防滲設(shè)計 2.1.1 壩基防滲 由于壩基防滲的處理方法應(yīng)在汛期到來之前施工完畢，因為在設(shè)計過程中，除了考慮到施工質(zhì)量外，施工進(jìn)度計劃也是設(shè)計中該考慮的一點(diǎn)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(yīng)采取整體、連續(xù)的防滲措施，因此在設(shè)計時可根據(jù)壩體填筑質(zhì)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(chǔ)下，還可以采用其他的防滲措施。如，當(dāng)壩高較低（壩高15m及以下）或者放空水庫進(jìn)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(nèi)坡坡腳、內(nèi)坡坡面或者壩頂垂直開槽（寬度為0.15-0.3m），在槽內(nèi)垂直埋設(shè)土工膜料進(jìn)行防滲；壩體防滲可采用在內(nèi)坡鋪設(shè)土工膜料進(jìn)行防滲處理。 2.2 壩頂及壩高加固設(shè)計 2.2.1壩頂加固設(shè)計 當(dāng)壩頂欠高欠寬時，在設(shè)計時應(yīng)根據(jù)其自身的具體因素采取適宜的設(shè)計方法，即：（1）當(dāng)壩頂欠高欠寬≤1.0m時，應(yīng)將壩頂內(nèi)外坡坡頂線往坡面下移并做路沿石，當(dāng)其滿足寬度要求后壩頂再填土加高；（2）當(dāng)壩頂欠高欠寬＞1.0m時，可在上游側(cè)做防浪墻，下游培土加厚，然后在壩頂上適當(dāng)回填土加高，且要確保填筑料的質(zhì)量，并確保壩頂?shù)膶挾缺M量偏向于規(guī)范要求的最大值。 2.2.2 壩高加固設(shè)計 在設(shè)計時，混凝土的設(shè)計強(qiáng)度應(yīng)不低于C20，粗骨料盡量采用人工碎石，且設(shè)計時混凝土的厚度宜取15-20cm左右。 當(dāng)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(nèi)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(shè)計問題 溢洪道應(yīng)進(jìn)行泄流能力、水面線、消能防沖、堰基抗滑穩(wěn)定及基底應(yīng)力、邊墻抗滑穩(wěn)定及抗傾覆計算，并列出計算參數(shù)及計算成果。在本文中，只列舉其相關(guān)的計算公式。 3.1 溢洪道水力計算 1.進(jìn)口段 進(jìn)口段水力設(shè)計應(yīng)使本段內(nèi)水流平順、穩(wěn)定、水面波動及橫向水面比降小，應(yīng)避免回流和漩渦。 2.控制段的計算 采用（SL253-2000）《溢洪道設(shè)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(cè)收縮系數(shù)，ε=1； m——流量系數(shù)； B——溢洪道凈寬，m； H0——計入行進(jìn)流速的堰上總水頭。 3.2 消能防沖 依據(jù)（SL253-2000）《溢洪道設(shè)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(shù)，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(shù)，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(shù)。 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(shù)；f，基礎(chǔ)面與基巖接觸面摩擦系數(shù)；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(shù)；ΣMy，作用于墻體的荷載對墻前趾產(chǎn)生的穩(wěn)定力矩；ΣMo，作用于墻體的荷載對墻前趾產(chǎn)生的傾覆力矩。 4放水設(shè)施除險加固設(shè)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(dú)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(jìn)行除險加固處理，勢必會威脅到大壩的運(yùn)行安全。 首先，在設(shè)計時應(yīng)對舊放水涵管進(jìn)行拆除及封堵。在封堵時應(yīng)進(jìn)行全面封堵，同時還應(yīng)對管壁及管周進(jìn)行回填灌漿截滲，對封堵后的涵管管內(nèi)采用C20混凝土及黏土碎石進(jìn)行充填灌漿，并在封堵的末端設(shè)置反濾排水段。 其次，對于新建的放水設(shè)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(jìn)出口要盡量遠(yuǎn)離壩體，進(jìn)出口軸線與邊坡夾角應(yīng)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(xiàn)： [1]羅國月.廣西小型病險水庫除險加固設(shè)計[J].城市建設(shè)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(shè)計[J].水利科技與經(jīng)濟(jì)，2009，15（6）.  [3]高華永.某水庫大壩中的壩基帷幕灌漿設(shè)計及防滲加固方法[J]. 城市建設(shè)理論研究，2010（2）.