青州市七一水库除险加固工程初设方案论证分析.pdf

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1、青州市七一水库除险加固工程设计方案分析王金和李有成（青州市水利局，山东，青州，262500）【摘要】七一水库是山东省青州市的一座小（一）型水库，2007 年经省市水利主管部门鉴定为三类病险坝，列入 2010 年度国家东部地区重点小（一）型水库除险加固工程规划。 本文主要介绍该工程初步设计阶段， 通过认真分析工程现状，提出几个加固方案，进行分析比较和论证，选取最优方案的过程。【关键词】七一水库；除险加固；初步设计；方案论证1 七一水库现状分析七一水库位于青州市城区西郊，弥河支流南阳河中游，控制流域面积105平方公里，干流平均比降为 0.0045，于1960 年 2 月建成，设计总库容 540 万

2、立米，兴利库容 100 万立米。枢纽工程主要由大坝、溢洪道、放水洞等建筑物组成。大坝为均质土坝，坝顶高程 119.1 米，最大坝高 21 米，大坝长度 170 米，上游坝坡平均坡度为 1：3.0 ，下游坝坡平均坡度为1：3.1；溢洪道总长365 米，控制段设溢洪闸，闸底溢流堰为实用堰，堰顶高程为 111.90 米，闸孔 5 孔，总净宽 18 米；放水洞位于溢洪闸左岸翼墙内，由于该水库位于城区，多年未用于灌溉，已失去作用。七一水库由于设计标准低、施工质量差，加之年久失修，工程存在诸多安全隐患，2007 年经省市水利主管部门鉴定为三类病险坝。11 水库达不到规范要求的防洪标准根据水利水电工程等级及

3、洪水标准 （SL252-2000）规定，该水库位于城区上游，属于重要小(一)型水库，确定设计洪水标准为 50 年一遇（P=2%） ，校核洪水标准为 500 年一遇（P=0.2%） ，对于流域面积大于 30 平方千米的小型水库使用山东省大、中型水库防洪安全洪水计算办法进行安全复核，根据 2007年省厅转发的山东省水文总局小型水库加固水文资料，查得七一水库流域中心处， 多年平均年最大 24 小时暴雨量 H24p=85mm， 多年最大 24 小时降水量变差系数Cv=0.60，Cs=3.5 Cv，长历时暴雨指数 m1=0.30。点面关系换算系数为 0.95，求得各种频率的最大 24H 面暴雨量，成果见

4、下表。表 1七一水库不同频率点面雨量成果表项目点雨量（mm）设计时段24 H设计频率（%）2023460.2357面雨量（mm）24 H22293392入库洪水过程线按单位线法推算，洪水调节计算方法按有闸控制保坝泄流模式，采用水库水量平衡方程和库容、泄量曲线联解，逐时段演算推求水库蓄量、泄量变化过程，起调水位为 113.50 米，水库开始调洪时，溢洪闸逐渐开闸泄流，泄流量等于入库流量，当入库流量开始大于全部开启的下泄流量时，将闸门全部打开，溢洪闸自由泄流，计算成果见图 1、图 2 所示。1从图中可以得出，校核洪水位已超过坝顶高程 119.10 米，不满足规范要求图 1现状 50 年一遇设校核调

5、洪成果图图 2现状 500 年一遇设校核调洪成果图12 大坝坝基渗漏严重及坝上游坡不稳定该水库建设前未对坝址进行地质勘察，主坝清基未清至相对不透水层，座落于卵砾石层上， 造成了大坝的严重渗漏，经地质勘察，坝 体透系数k=1.510-7m/s ， 坝 基 渗 透 系 数kt=0.001m/s，湿容重 = 19.20 kN/m3，坝基有透水层厚达 15 米，采用解析法对 0+060 现状断面渗流计算图 3现状大坝渗流稳定计算成果图由图中可见， 出逸坡降满足规范要求。 但计算最大单宽流量 q0.0017 m3/s.m，渗漏量太大，日渗漏量超过 2 万立方米，与日常观测值符合。采用稳定渗流期和水位降落

6、期瑞典园弧法的简化法对大坝坝坡进行抗滑稳定计算，根据水库地质勘察报告确定计算参数：表2七一水库大坝土工试验指标表物理指标（ kN/m3）干容重d155湿容重浮容重/饱和容重19.2098019.6sat抗剪强度指标（kPa/ ）c/14/18c/计算成果见下图，经安全复核，现状大坝下游坝坡抗滑稳定满足规范要求，上游坝坡在水位骤降及 1/3 坝高加地震时不满足规范要求。2图 4现状大坝上游坝坡稳定计算图13 其他一是大坝坝体填筑质量差；二是溢洪道部分未护砌，下游防冲消能设施破坏严重；水库管理房年久失修，管理设施老化。2 新建溢洪闸工程论证分析2.1 思路通过对七一水库现状防洪能力核算，现有的溢洪

7、闸显然不能满足水库泄洪的要求， 必须重建溢洪闸， 加宽或加深溢洪闸过水断面， 现有的溢洪道横穿居民区，溢洪闸总宽不能加宽，只能在总宽不变的情况下减少孔数增加总净宽的办法。除了加宽，还可以降低闸底高程，原溢洪闸下是消力池，消力池出口下接泄槽，未做下游二级消能设施，这样造成下游严重冲刷，要加深闸底，须考虑拆除原消力池，堰下直接连接泄槽，在泄槽末端新建消能设施，见下图所示。2.2 论证各方案选定设计方案新建溢洪闸工程， 在原有的溢洪闸基础上拆除重建，给出了三个方案进行比较，第一个方案，只加宽不加深，即原溢流堰保持不变，堰顶高程仍为111.90米，闸孔由5 孔改为 3 孔，总净宽由18 米增至 20

8、米；第二个方案，只加深不加宽，即闸孔总净宽仍为18 米，只降低溢流堰高程，堰顶高程由111.9米降至 1093米；第三个方案，既加宽又加深，即堰顶高程由 111.9 米降至 109 米，闸孔由 5孔改为 3 孔， 总净宽由 18 米增至 20 米。 其他条件不变， 对各方案进行调洪计算、波浪计算，复核坝顶高程，计算成果见下表：表 3三方案调洪计算成果比较表方计算最高库水位（米）计算超高（米）计算坝顶高程（米）案设计校核设计校核设计校核一117.98120.071.440.94119.42121.0二115.7118.301.400.92117.10119.22三115.26117.761.39

9、0.90119.15118.86从表中可以看出，根据规范要求，方案一校核洪水位 120.07 米高于坝顶高程 119.10 米，显然不满足要求，需加高坝顶高程，考虑到现大坝坝顶兼作城区的主要道路，若大坝加高，周边均应加高，该方案不可行；第二方案校核洪水位低于坝顶高程，但校核情况计算的坝顶高程高于现状坝顶高程，需设置防浪墙，七一水库地处城区，大坝坝顶兼作城区主要道路，设置防浪墙有碍观瞻，同时溢洪闸孔数仍为 5 孔也不经济，故该方案也不可取；第三方案校核洪水位及计算坝顶高程均符合规范要求，不需设置防浪墙， 为同时满足安全和美观的要求坝顶迎水侧设置青石板护栏。最后确定第三方案为设计方案，新溢洪闸在原

10、有的溢洪闸基础上拆除重建，闸轴线仍按原溢洪闸，闸孔由原来的 5 孔改为 3 孔，总净宽由 18 米增至 20 米，闸底溢流堰顶高程由原来的 111.90 米降至 109.00 米。拆除现有消力池，堰下直接连接陡槽，修复损坏的溢洪道陡槽护坦、护岸，陡槽末端新建消能设施。3 大坝加固工程论证分析由水库大坝现状分析知，大坝存在的主要问题是坝基渗漏严重，大坝上游坝坡不满足抗滑稳定要求，坝体填筑质量差，要解决这些问题，一是要对坝体坝基进行防渗处理，二是要对坝体断面进行加固处理，增大抗滑安全系数。3.1 大坝防渗方案坝体坝基进行防渗处理的方法有很多种，常见的有高压喷射注浆法、水泥搅拌桩、砼防渗板墙等，经地

11、质勘察，坝基无细粒土分布，而是厚达 15米的卵砾石层，石质坚硬，以块状、饼状、次圆状为主，漏浆极严重，岩性为石灰岩，该层为山丘区河流上游广泛分布的“底砾”，水泥土搅拌桩处理方法不适于该卵砾石地层。与高压喷射注浆法相比，混凝土板墙则为更好的处理此类地层的方法，可以大幅降低坝体浸润线、减少坝基渗流量，增加大坝坝坡抗滑稳定。七一水库大坝防渗方案最终确定为混凝土防渗板墙，墙体厚度确定为 0.4m，为C10塑性砼。图5 七一水库加固后渗流计算图砼防渗墙墙顶高程按设计洪水位115.26m，底部深入不透水层1.0m，最大深4度约33m，防渗墙沿坝轴线布置，总长度140米。3.2 坝体加固方案确定以对主坝进行

12、培土加宽作为大坝断面的加固处理措施。 坝顶加宽7.0米，坝项路面加宽至14米，坝顶路面形成双向四车道。坝后坡灌木全部清理干净进行培土加固，加固后背水坡比为1：3.0，新筑坝坡与原坝坡接合处开挖成阶梯状，分层夯填，坝坡进行草皮绿化。3.3 大坝加固后安全复核331 渗流安全复核根据地勘资料成果，选取大坝最大断面做渗流分析，并作适当简化。坝体土料渗透指标：坝体渗透系数 k=1.510-7m/s坝基渗透系数 kt=0.001m/s砼防渗板墙厚 0.4 米，渗透系数 k=510-10m/s湿容重 = 19.20 kN/m3计算成果见下右图：332 坝体安全复核加固后大坝上游坡坝坡抗滑安全稳定计算成果见下右图333 结论经加固后大坝渗流稳定及坝体抗滑稳定安全稳定指标达到设计规范要求。图 6七一水库加固后大坝上游坝坡稳定计算图5主要参考文献：（1） 水利水电工程初步设计报告编制规程 （DL502193） ；（2） 防洪标准 （GB5020194） ； 水利水电工程等级划分及洪水标准 （SL2522000） ；（3） 水利水电工程设计洪水计算规范 （SL442006） ；（4） 水闸设计规范 （SL2652001） ；（5） 碾压式土石坝设计规范 （SL2742001） ；（6）中国电力出版社水工设计手册第 3、4 册。6