崮山水庫(kù)除險(xiǎn)加固后溢洪閘泄洪能力分析

韓保國(guó)，劉春曉

（威海市崮山水庫(kù)管理處，山東 威海 264300）

崮山水庫(kù)位于威海市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)崮山鎮(zhèn)西村西南1 km 處，控制流域面積90.3 km2，總庫(kù)容 2 505 萬(wàn) m3，興利庫(kù)容 1 500 萬(wàn) m3，死庫(kù)容100 萬(wàn)m3。正常蓄水位24.60 m，死水位14.20 m。崮山水庫(kù)工程等別為Ⅲ等，主要建筑物級(jí)別為3級(jí)，是威海市重要的水源地。2018 年10 月崮山水庫(kù)開(kāi)始進(jìn)行除險(xiǎn)加固工程建設(shè)，2019 年7 月26 日大壩、放水洞、溢洪（閘）道三大主體工程竣工，完成蓄水驗(yàn)收，溢洪閘正式下閘蓄水。

1 存在的主要問(wèn)題

1.1 大壩壩體

大壩壩體填筑壓實(shí)度，現(xiàn)場(chǎng)勘查心墻干密度小于1.7 g/cm3，不滿(mǎn)足現(xiàn)行規(guī)范要求；上、下游壩坡高程17.0 m 以上壩殼填土為粉土質(zhì)中細(xì)沙，其密度、內(nèi)摩擦角、滲透系數(shù)均不滿(mǎn)足沙礫石填筑料質(zhì)量技術(shù)要求；壩基砂層厚6～10 m 存在液化可能；上游干砌石護(hù)坡不滿(mǎn)足規(guī)范要求，干砌石護(hù)坡塊石底面較小且形狀不規(guī)則，側(cè)面接觸面積小，容易產(chǎn)生塊石松動(dòng)，外觀檢查發(fā)現(xiàn)水位變動(dòng)帶存在明顯的砌石松動(dòng)、翹起、塌陷現(xiàn)象。

1.2 溢洪閘啟閉設(shè)備

水庫(kù)壩址原基本地震烈度設(shè)計(jì)為6°區(qū)，新的地震圖譜顯示在7°區(qū)，抗震標(biāo)準(zhǔn)提高，溢洪閘閘室、邊墩、上下游邊墻結(jié)構(gòu)抗震安全性不滿(mǎn)足規(guī)范要求；左邊墩下游邊坡變形和滲漏嚴(yán)重，底板局部存在剝蝕、凍融現(xiàn)象，機(jī)架橋板存在裂縫，機(jī)架橋梁為預(yù)制組裝結(jié)構(gòu)，不利于抗震安全；啟閉機(jī)使用20 多年，啟閉設(shè)施及電氣設(shè)備老化，機(jī)殼漏油，閘門(mén)止水橡膠老化，有2 孔閘門(mén)漏水嚴(yán)重；溢洪閘未設(shè)置檢修閘門(mén)及閘門(mén)槽，無(wú)相應(yīng)啟閉設(shè)備，無(wú)檢修橋（臺(tái)），工作閘門(mén)故障時(shí)無(wú)法進(jìn)行檢修，不符合規(guī)范要求。

1.3 放水洞

放水洞為內(nèi)徑1.0 m 預(yù)制鋼筋混凝土圓管，工作閘門(mén)為1.0 m×1.0 m 平板鋼閘門(mén)、卷?yè)P(yáng)機(jī)啟閉，多年銹蝕、變形、配重不足，導(dǎo)致閘門(mén)無(wú)法正常啟閉；消力池長(zhǎng)度僅有8 m，不滿(mǎn)足規(guī)范要求，且高墻砌石結(jié)構(gòu)抗震安全性不足；洞身鋼筋混凝土強(qiáng)度和抗裂性能不滿(mǎn)足規(guī)范要求，洞內(nèi)混凝土局部剝蝕、滲水，有白色析出物；啟閉設(shè)備及電氣設(shè)備老化嚴(yán)重，無(wú)法正常工作。

1.4 監(jiān)測(cè)與設(shè)施

大壩監(jiān)測(cè)與管理設(shè)施不完善。壩坡人工水位觀測(cè)水尺破損、不完善，缺少自動(dòng)水位觀測(cè)設(shè)備；大壩在樁號(hào) 0+153、0+233、0+313 斷面設(shè)有壩體測(cè)壓管、無(wú)壩基測(cè)壓管，無(wú)自動(dòng)觀測(cè)設(shè)施，管口缺少保護(hù)裝置；溢洪道中墩無(wú)滲壓觀測(cè)，邊墩無(wú)繞流測(cè)壓管，溢洪道、放水洞均無(wú)沉陷位移標(biāo)點(diǎn)；無(wú)中控室，視頻監(jiān)控系統(tǒng)不完善。

2 加固前后溢洪閘位置結(jié)構(gòu)型式

2.1 加固前

溢洪道為河岸開(kāi)敞式，位于大壩右端東側(cè)，通過(guò)裹頭、右岸南北墻與大壩連接，溢洪閘為直線布置得寬頂堰，溢洪道軸線與大壩軸線交角約為76°。溢洪道由進(jìn)水渠、溢洪閘、泄槽、消力池、出水渠組成。溢洪道進(jìn)口呈喇叭形，加固前溢洪閘位于喇叭開(kāi)口端，為4 孔凈寬10 m 徑向弧形布置的WES 實(shí)用堰，堰頂高程19.2 m。

2.2 加固后

結(jié)合溢洪閘移址重建，對(duì)溢洪道及兩岸邊墻拆除重建，對(duì)右壩頭南北墻高墻段及漸變段進(jìn)行加固處理。改建后墻體由砌石結(jié)構(gòu)改為C35 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，墻后回填拋石混凝土和壤黏土并通過(guò)護(hù)坡和現(xiàn)狀地面連接。加固后的溢洪道由進(jìn)水渠、溢洪閘、泄槽、二級(jí)消能防沖設(shè)施、出水渠組成。

加固后維持溢洪道縱軸線不變，在喇叭口末端新建鋼筋混凝土開(kāi)敞式溢洪閘，順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)22 m（閘墩上分別布置檢修橋、機(jī)架橋、交通橋），橫向?yàn)橹本€布置3 孔凈寬8 m 的寬頂堰，（閘底）堰頂高程15.5 m，閘室設(shè)弧形工作閘門(mén)。泄槽寬度由25 m 調(diào)整為27 m。相比較加固前溢洪閘軸線向下游平移52 m。閘室上游設(shè)檢修橋?qū)?.5 m，增加檢修閘門(mén)，閘門(mén)為5 節(jié)8 m×1.5 m 疊梁式平面鋼閘門(mén)，設(shè)置1 臺(tái)起吊設(shè)備。

2.3 溢洪閘室位置的確定

1）溢洪閘閘基座于中風(fēng)化黑云斜長(zhǎng)片麻巖之上，巖體堅(jiān)硬，力學(xué)強(qiáng)度高，穩(wěn)定性好，抗沖刷能力強(qiáng)，工程地質(zhì)條件優(yōu)越。2）溢洪道兩岸邊坡主要為巖質(zhì)邊坡，未發(fā)現(xiàn)不利于邊坡穩(wěn)定的構(gòu)造組合，邊坡穩(wěn)定性較好。3）場(chǎng)區(qū)地下水對(duì)混凝土無(wú)腐蝕性。

2.4 溢洪閘特性比較

崮山水庫(kù)溢洪閘除險(xiǎn)加固前后工程特性比較見(jiàn)表1。

3 溢洪閘泄洪能力分析

3.1 溢洪閘調(diào)度運(yùn)用方式

根據(jù)《水利水電計(jì)算手冊(cè)》，閘底板為寬頂堰時(shí)，0.1＜e/H≤0.65，為孔流；e/H＞0.65，為堰流。

閘孔出流計(jì)算：

式中：δs為淹沒(méi)系數(shù)，自由出流時(shí)取 1.0；u0為流量系數(shù)；e 為閘門(mén)開(kāi)啟高度，m；n 為閘門(mén)孔數(shù)；b 為單孔凈寬，m。

表1 崮山水庫(kù)溢洪閘除險(xiǎn)加固前后工程特性表

敞泄堰流計(jì)算：

式中：m 為堰流流量系數(shù)；ε 為閘墩側(cè)收縮系數(shù)；B 為閘門(mén)總凈寬，m。

3.2 溢洪閘加固前后敞泄能力分析

崮山水庫(kù)溢洪閘敞泄堰流優(yōu)化后計(jì)算公式Q=mBH3/2，流量系數(shù)m=1.9，B 加固前后分別是40 m，24 m。選取水庫(kù)汛期控制運(yùn)用方案中三個(gè)特征值，汛中限制水位21.80 m，允許超蓄水位22.75 m，興利水位24.60 m 三種工況泄流能力進(jìn)行比較，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 加固前后汛中限制水位、超蓄水位、興利水位計(jì)算結(jié)果

4 結(jié) 語(yǔ)

1）新建溢洪閘的泄洪能力在不同水位較加固之前增加30%～100%，可更好地應(yīng)對(duì)較大洪水。

2）溢洪閘位置、型式更加優(yōu)化，實(shí)際工作中更方便操作；采用弧形鋼閘門(mén)，啟閉力減小50%，動(dòng)力保障率更加可靠。

3）在汛期控制運(yùn)用實(shí)際工作中應(yīng)進(jìn)一步研究熟悉溢洪閘閘孔出流泄洪規(guī)律，在上級(jí)防汛指揮部門(mén)領(lǐng)導(dǎo)下，嚴(yán)格遵守水庫(kù)汛期控制運(yùn)用方案，適時(shí)適量開(kāi)啟溢洪閘調(diào)洪，保護(hù)崮山水庫(kù)上下游人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全。