菩萨庙水库除险加固工程设计分析

张淑芬

（凌源市水务局，辽宁凌源122500）

菩萨庙水库除险加固工程设计分析

张淑芬

（凌源市水务局，辽宁凌源122500）

文章以凌源市菩萨庙水库除险加固工程为例，在对现有工程的大坝、溢洪道、输水洞现状进行分析的基础上对设计过程中的大坝、溢洪道、输水洞的加固设计进行了详细的论述。今后水库要加强管理，注意工程维修和养护，在工程进行中，要及时观测积累资料，发现问题及时处理，使水库发挥其应有的作用。

水库；除险加固；设计；分析

1 工程现状

1.1 大坝

菩萨庙水库大坝采用黏土斜墙防渗，坝体为壤土，后坝坡为砂砾料的混合坝，大坝长369 m，坝顶高程410.5 m，坝顶宽7 m，最大坝高25.546 m，黏土斜墙顶高程408.6 m，防浪墙顶高程为411.5 m。大坝上游坡比从上到下依次为1∶2.5、1∶3、1∶2。下游坡比从上到下依次为1∶1.85、1∶1.93、1∶2.4。上游坡为干砌石护坡，下游坡脚为高度3 m的贴坡式排水。大坝自建成后至1992年9月有过一次大坝高程测量记录，记载大坝下沉1.15 m。坝顶防浪墙经再次加高，其底部与黏土斜墙连接高程不一致且斜墙顶高程不满足要求。防浪墙没有止水，已有裂缝15条。坝前护坡块石大部分下沉，破损严重。

1.2 溢洪道

开敞式溢洪道位于大坝左端，a型驼峰堰，堰高1.0 m，堰顶高程405.4 m，泄流净宽74.44 m，最大泄流量为1 469 m3／s，堰后陡槽底坡坡比1∶3.5，后接挑流鼻坎及下游尾水渠。溢洪道堰前右侧浆砌石墙变形，经计算不稳定。堰前底板还有45 m未衬砌，且风化严重，当正常高以下水深时，溢洪道底板及陡坡都有渗漏。溢洪道堰前左侧边墙顶部岩石陡峭，易脱落。陡坡右侧导墙顶部岩石易滑坡。溢洪道下游尾水渠泄流宽度不够，最窄处底宽仅10 m。

1.3 输水洞

输水洞位于溢洪道左侧，距溢洪道左边墙25～33 m，输水洞全长146 m，为有压钢筋混凝土衬砌隧洞，主洞126 m，发电支洞20 m，其中有80 m未衬砌，洞进口高程391.154 m，出口高程390.954 m。距洞进口20 m处为竖井式闸门井，井内安装1.8×1.2 m定轮平板钢闸门。主洞与支洞出口均安装直径1.2 m的闸阀。

2 加固设计

2.1 大坝加固设计

2.1.1 坝顶结构

坝顶高程维持原高程410.5 m，防浪墙顶高程411.5 m，斜墙顶高程409.3 m。原坝顶宽为5 m，为了解决防汛、双行路的要求，本次设计将坝顶加宽至7 m（含防浪墙），坝顶路面为7 cm厚沥青路面，垫层为15 cm厚水泥稳定土基础和20 cm厚砂砾料，路面下游侧设15 cm宽路缘石［1］。本次设计黏土斜墙顶高程为408.6 m，需加高黏土斜墙顶到设计高程408.6 m，顶部的水平宽度为4.0 m，施工时要与原黏土密切衔接好。本次重新设计坝顶路灯17个，每30 m一个，坐落在防浪墙上。

2.1.2 防浪墙设计

原浆砌石防浪墙拆除，新建C25钢筋混凝土防浪墙。防浪墙顶高程为411.5 m，防浪墙底宽取1.8 m，顶宽0.45 m，高2.9 m，每20 m设一道伸缩缝和止水，防浪墙底坐落在黏土斜墙上。

2.1.3 上游坡设计

上游坡坡比维持现状不变，坡比为1∶2.5、1∶3.0、1∶2.0（自上而下），高程391.5 m和399.5 m处设3.5 m和1.5 m宽戗台，上游坡干砌块石径偏小，厚度不够，块石多为片石，需要从二级戗台391.454高程以上拆除干砌石，重新铺设40 cm厚干砌石，30 cm厚碎石垫层需要整形。

2.1.4 下游坡设计

下游坡原坡比为1∶1.85、1∶1.93、1∶2.4（自上而下），坝坡稳定系数K计〈K允，没有达到《碾压式土石坝设计规范》（SL274—2001）的规定。需要用砂砾料补坡达到设计坝坡，设计坡比为1∶2.25、1∶2.5、1∶2.5（自上而下）。下游坝坡采用30 cm厚的碎石护坡，在高程391.0 m处设2 m宽戗台。河床地面高程为384.954 m。下游坡坡脚原贴坡排水体拆除，新建排水体，位置在391.0 m高程处新建贴坡式排水体，后坝坡设二道宽为1 m的上坝踏步，6道纵向和2道横向排水沟。

2.2 洪道加固设计

溢洪道进水渠边墙设计。本次设计为钢筋混凝土悬臂式挡土墙。分别对校核水位下，正常高水位下，施工期的3种条件的挡土墙进行了计算，确定了挡土墙的结构尺寸，为墙高7.3m，顶宽0.5m，趾高0.5m，趾宽1.0m，踵高0.5m，踵宽1.50m，墙底宽0.8m。计算采用理正挡土墙计算软件，计算过程如下：

1）溢洪道引水渠底板设计。引水渠底板岩石表面破坏严重，且在正常水位时溢洪道下游渗水严重，溢洪道需进行帷幕灌浆，而坝顶对应部分为驼峰堰，上部有交通桥，不能布置灌浆孔，帷幕向前移动，所以需对未衬砌的引水渠部分进行护砌。衬砌采用钢筋混凝土板，原已衬砌了15m，本次加长至60m。即有45m长，80m宽需进行衬砌，按15m×15m分块，衬砌厚度为30 cm，表面布设Φ10间距15 cm的钢筋网。在布置灌浆孔位置，不能满足灌浆压力的要求，需凿除一部分混凝土和岩石，重新浇筑混凝土，底板为1m厚的。

2）溢洪道陡槽底板设计。溢洪道陡槽底板表面有较多的表面裂缝，底板钢筋为Φ8＠300钢筋网。陡槽表面凿除10 cm混凝土，原有钢筋网清除，保留锚固钢筋，并且加密锚固钢筋，重新铺设Φ10间距15 cm的钢筋网，与锚固钢筋焊接在一起，浇筑10 cm厚的C25混凝土。

3）挑流消能设计复核。溢洪道为Ⅲ级建筑物，按规范SL253—2000其消能防冲工程设计应满足30 a一遇标准。对溢洪道消能设计分别对50 a一遇和30 a一遇标准进行计算。

挑流水舌外缘挑距按公式：

式中：L为自挑流鼻坎末端算起至下游河床床面的挑流水舌外缘挑距，m；θ为挑流水舌水面出射角，近似可取用鼻坎挑角，θ°，θ＝31°；h1为挑流鼻坎末端法向水深，m；h2为鼻坎坎顶至下游河床高程差，m，h2＝2.13；v1为鼻坎坎顶水面流速，m／s，可按鼻坎处平均流速v的1.1倍计。

计算结果如下：①当30 a一遇时，v＝14.427 m／s，v1＝v×1.1＝15.869 m／s，h1＝0.54 m，计算L＝26.44 m；②当50 a一遇时，v＝14.644 m／s，v1＝v×1.1＝16.109 m／s，h1＝0.58 m，计算L＝27.19 m。

冲刷坑最大水垫深度按下式计算：

2.3 输水洞加固设计

本次水库除险加固，输水洞设计的内容有：①清除洞口堆积物和洞内塌落物，将未衬砌部分进行衬砌；②更换检修闸门一扇（1.8 m×1.2 m，自重2T）和拦污栅；③更换工作闸阀（碟阀）；④洞脸重新设计，锚喷加固；⑤工作闸门、闸阀室拆除、重建。

［1］刘彬彬.山心塘水库除险加固工程主坝加固设计方案［J］.黑龙江水利科技，2014，42（11）：81－82.

TV697.3

B

2014－10－31

张淑芬（1974－），女，辽宁凌源人，工程师，从事水利工程设计、管理与相关工作。

1007－7596（2015）05－0069－02