大棚溝水庫除險加固工程設計

李東斌 李釗成 叢日義 錢 彤

1.沈陽農(nóng)業(yè)大學水利學院，遼寧沈陽 110866；

2.凌源市應急供水建設管理處，遼寧凌源 122500；

3.凌源市凌河保護區(qū)管理局，遼寧凌源 122500；

4.朝陽市凌河保護區(qū)管理局，遼寧朝陽 122000

大棚溝水庫除險加固工程設計

李東斌1李釗成2叢日義3錢 彤4

1.沈陽農(nóng)業(yè)大學水利學院，遼寧沈陽 110866；

2.凌源市應急供水建設管理處，遼寧凌源 122500；

3.凌源市凌河保護區(qū)管理局，遼寧凌源 122500；

4.朝陽市凌河保護區(qū)管理局，遼寧朝陽 122000

首先確定了工程等別、建筑物級別及洪水標準，然后分別從攔河壩、溢洪道和輸水洞等方面進行水庫除險加固工程設計。

水庫；除險加固；工程設計

大棚溝水庫位于凌源市刀爾登鎮(zhèn)南店村，屬灤河水系，位于青龍河流域上游支流。河流全長3.15km；流域面積3.51km2。多年平均風速3.1m/s；多年平均最大風速14.6m/s，最大風速20m/s。河道平均縱比降48.8‰。

1 工程等別、建筑物級別及洪水標準

大棚溝水庫本次復核計算總庫容為29.47萬m3，依據(jù)國標規(guī)定，大棚溝水庫工程等別為五等，工程規(guī)模為小二型，樞紐永久性建筑物（大壩、溢洪道、輸水洞）等級為五級，永久性次要建筑物（溢洪道尾水渠等）為五級，臨時性水工建筑物為5級。

本次水庫除險加固復核根據(jù)水庫規(guī)模效益及影響范圍仍按原設計標準采用20年一遇設計，200年一遇校核。

2 工程現(xiàn)狀

大棚溝水庫大壩長86m，最大壩高14m。為粘土心墻壩。地基特征為花崗巖，設防烈度為7級，壩頂高程341.86m，壩頂寬度3.0m

溢洪道形式為開敞式，寬頂堰堰頂凈寬9.0m，堰頂高程338.5m，最大泄量83.0m3/s，無消力池。

輸水洞形式圓涵式，洞涇200.0mm，鑄鐵涵管，出口形式為閘閥，最大放水流量0.19 m3/s。

3 工程存在的問題

工程存在的問題有兩方面：

一是下游渠首輸水渠損壞，不能向下游輸水，發(fā)揮不了設計灌溉效益；

二是主要建筑物壩坡，溢洪道年久失修，影響壩體安全。溢洪道無襯砌，94年泄洪后溢洪道底破壞嚴重，特別是陡坡以下，泄出洪水漫延到壩腳。影響壩體安全。被鑒定為病險庫。

4 水庫除險加固方案選擇

4.1 壩體加固方案確定

壩頂高程校核：原壩頂高程為341.86m，設計洪水位為340.33m，安全超高1.53m；校核洪水位為341.56m，安全超高為0.3m，按防浪墻頂計算為1.46m。

(1)防浪墻補厚襯砌抹面壓頂。

(2)壩頂加碎石保護層0.14m，壩頂高程達342.0m。

(3)大壩前坡翻新砌筑，并加設30cm厚礫石反濾層。

(4)大壩后坡翻新砌筑，并加設30cm厚礫石反濾層。

4.2 溢洪道加固設計

4.2.1堰體部分

溢洪道為正堰式寬頂堰型，堰頂高程為338.5m，設計堰上水深1.83m，水位340.33m；校核堰上水深3.06m，水位341.56m。根據(jù)現(xiàn)狀，溢洪道堰長為28m，兩側邊墻高程與壩頂平齊，即 342.0m高程，墻高3.5米，用漿砌石擋土墻結構，堰頂?shù)装逵?5cm厚鋼筋砼襯砌。

4.2.2 陡槽部分

根據(jù)原溢洪道縱斷現(xiàn)狀，堰下游設兩段陡槽，第一段陡槽長20m，坡度1：8；末端高程336m；第二段陡槽總長42m，與下游護坦連接。末端高程326.0m；坡度為1：4.2。

(1) 陡槽水面線推求

對于矩形斷面臨界水深：

經(jīng)計算，兩段陡槽坡度均大于臨界底坡，屬于陡坡。

陡槽水面線根據(jù)能量方程，用分段求和法計算，計算公式如下：

式中：Δl1-2——分段長度，m；h1、h2——分段始、末斷面水深，m；v1、v2——分段始、末斷面平均流速，m/s；α1、α2——流速分布不均勻系數(shù)，取1.0；θ——泄槽底坡角度，(°)；i——泄槽底坡，i=tanθ； ——分段內的平均摩阻坡降；n——泄槽槽身糙率系數(shù)，取0.015； ——分段平均流速，，m/s；——分段平均水力半徑，，m。

水面線計算成果見表1。

表1 水面線計算表（單位：m）

（2）消能形式選擇及消能計算：

本次設計的消能形式采用底流消能形式。

復核是否需設消力池，求臨界水深及共軛水深：

式中：v1——流速，m/s；g——重力加速度；hc——收縮斷面水深，m；hc"——與hc相對應的躍后水深，m；Fr1——收縮斷面的弗如德數(shù)。

泄槽末端水深hc=0.56m，經(jīng)計算躍后水深5.29m大于下游水深ht=1.07m，發(fā)生遠驅式水躍，故需設消力池，本設計采用等矩形斷面下挖式消力池。

消力池尺寸計算：

經(jīng)計算L=6.9(5.29-0.56)=32.6m。

4.2.3 結構確定

堰體座落在巖基上，用15cm厚鋼筋砼襯砌。陡槽部分由于沖刷和人類活動，堆積部分石渣需清理，邊強基礎有部分石方開挖。低洼部分回填漿砌石，表面用15cm厚鋼筋砼襯砌，邊墻仍為漿砌石重力擋土墻。尾水消能部分，設40m護坦，底部用30cm厚漿砌石，首端20m仍用15cm厚鋼筋砼襯砌防沖。護坦做成擴散形式，以便消能。護坦末端寬度為40m，按15°角擴散。護坦末端與天然河道連接。

4.3 輸水洞加固設計

輸水洞出口重建啟閉室；輸水渠道重新砌筑。

[1]李煒.水力計算手冊(第二版).中國水利水電出版社，2006，06

[2]SL274-2001碾壓時土石壩設計規(guī)范.中國水利水電出版社，2004，07

Designing for Dpenggou Dam Reservoir Reinforcement

Li Dongbin1，Li Zhaocheng2，Cong Riyi3，Qian Tong4
1.College of Water Conservancy，Shenyang Agricultural University，Shenyang 110866，China；
2.Lingyuan Emergency water supply construction management office，Lingyuan 122500；
3.Lingyuan LingHe reserve administration，Lingyuan 122500；
4.Chaoyang LingHe reserve administration，Chaoyang 122000

The project scale，building level and the standard of the flood was determined at first. And then，this paper do the designing of the reservoir reinforcement project which involve the staudamm，spillway，water conveyance tunnel and so on.

reservoir；reinforcement；designing

10.3969/j.issn.1001-8972.2013.06.043