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磨掌水库除险加固改造方案比选与工程设计

    1 ·概况
    磨掌水库位于海河流域卫河水系郊沟河支流、壶关县树掌镇磨掌村村西，水库于1959 年7 月动工兴建，1960 年7 月竣工通过验收投入运行，是一座以防洪为主，兼顾灌溉、水产养殖的小（一）型水库，坝址以上控制流域面积42 km2，总库容580 万m3。其中兴利库容153 万m3，死库容319 万m3。水库枢纽工程主要由大坝、溢洪道和涵卧管组成。
    2· 存在问题
    2.1 大坝存在问题
    大坝为均质碾压式土坝，坝顶高程1 479.0 m，坝长235.0 m，最大坝高33.0 m，坝顶宽3.90 m。主要存在以下问题：
    一是大坝原设计防洪标准为50 年一遇设计，300 年一遇校核，不满足现行国家《水利水电工程等级划分及洪水标准》的有关规定。大坝现状防洪能力达30 年一遇设计洪水标准，不达300 年一遇校核洪水标准，不满足现行规范要求。
    二是大坝坝顶宽仅3.9 m，不满足防汛要求；上游坝坡1∶9，较陡，干砌石护坡损坏严重，杂草丛生；坝顶浆砌石防浪墙变形损毁严重；下游坝坡杂草丛生，无任何排水设施。
    三是在正常运用条件及非常运用条件下，下游坝坡稳定安全系数为1.34 和1.30，均大于规范要求值，下游坝坡稳定；在正常运用条件及非常运用条件下，上游坝坡稳定系数为1.16 和1.08，均小于规范要求值，上游坝坡不稳定。
    四是遭遇地震时，在正常蓄水位情况下，稳定渗流期下游坝坡抗滑稳定安全系数为1.30，大于规范要求值，下游坝坡稳定；上游坝坡抗滑稳定安全系数为1.08，小于规范要求值，上游坝坡不满足抗震稳定要求。
    2.2 溢洪道存在问题
    溢洪道位于大坝右侧， 进口控制段顶高程1 473.50 m，溢洪道断面尺寸3.5 m×11 m，长90.0 m。主要存在以下问题：一是溢洪道右侧墙在直接开挖岩石上，没有衬砌；二是溢洪道左侧墙浆砌石衬砌段多处坍塌和人为盗拆；三是底板未衬砌，杂草丛生且在溢洪道种植有作物。
    2.3 输水洞存在问题
    输水洞位于大坝左岸，共2 个，1 号洞进口高程1 467.6 m，目前涵卧管被填埋，不能正常运行。
    3· 大坝除险加固设计方案比较
    经安全鉴定，大坝上游坝坡稳定系数小于规范要求值，需对其进行加固改造。本次大坝加固改造考虑以下两个方案：
    方案一：对大坝上游坝坡削坡，从大坝下游坝坡进行坝体培厚。上游坝坡现坡比为1∶1.9，通过削坡至1∶2.5，坝顶向下游偏移7.5 m，上游坝坡采用30 cm 干砌石护砌，干砌石下部分别铺设15 cm 厚的碎石垫层和砂垫层；坝顶浇筑1 m 高C20 钢筋混凝土防浪墙，坝顶路面采用混凝土路面，下游侧设路沿石；下游进行培厚，坡比保持1∶2 不变，水平宽度9.7～14 m。在高程1 461.50 m 以下作干砌石贴坡排水，厚40 cm，高程1 461.50 m 以下分别铺设15 cm 厚的碎石垫层和砂垫层。经计算，本方案坝体抗滑稳定系数满足规范要求。
    方案二：从大坝上游坝坡进行坝体培厚，以变缓上游坝坡使其符合稳定要求，下游坝坡保持不变。上游坝坡由现坡比1∶1.9 培厚（水平宽度3.5～7 m）至1∶2.5，坝顶向上延伸2.5 m 左右，坝前淤积体向下开挖3 m，水平长度10 m，坝坡采用30 cm 干砌石护砌，下分别铺设15 cm 厚的碎石垫层和砂垫层；坝顶浇筑1 m 高C20 钢筋混凝土防浪墙，坝顶路面采用混凝土路面，下游侧设路沿石；下游不作培厚处理，两侧布置岸坡排水沟，在高程1 461.50 m 以下作干砌石贴坡排水，厚度40 cm，铺设15 cm 厚的碎石垫层和砂垫层。经计算，本方案坝体抗滑稳定系数满足规范要求。
    从常规方法看，从上游侧对坝体进行培厚不易实施，但该水库近期有施工条件。近3 年水库始终保持干库，可以实施从上游培厚。由于小型水库除险加固投资有限，可尝试采用投资少的方案。
    通过对以上两个方案的工程量、施工难度以及对原水工建筑物的影响与破坏和新旧土体结合的情况比较分析发现，方案一填方工程量是方案二的2 倍多，施工工期长，取土场面积大，施工强度大，投资多。方案二工程量相对小，投资小，施工难度相对低，工期短。故选方案二为大坝施工方案。
    4· 溢洪道改造设计方案比选
    经洪水调节计算，现状溢洪道泄量不满足要求，本次溢洪道改造设计对以下方案进行比选：
    方案一：控制段堰顶高程由现状的1 474.80 m 开挖下降至1 473.50 m，溢洪道拓宽至26.4 m，3 孔，单孔净宽8.0 m，使水库兴利水位保持在1 473.50 m。方案二：控制段堰顶高程由现状的1 474.80 m 开挖下降至1 471.50 m，并将底宽由11.0 m 拓宽至20.0 m，控制段为3 孔，每孔净宽6.0 m；并加1.5 m 的翻板闸门，使水库兴利水位保持在1 473.50 m。
    方案一控制段拓宽至26.4 m，下挖至1 473.50 m，虽然拓宽比方案二大，但由于堰顶高程高，下挖土石方工程量少，溢洪道泄槽段底板高程也高于方案二，但总体开挖量小于方案二。方案二为了保持水库的兴利水位，必须安装闸门，从金属结构上分析，投资大于方案一。
    经方案比较，选定方案一作为推荐方案。
    5· 溢洪道结构设计
    溢洪道位于大坝右侧，此次改造工程对溢洪道进行下挖、拓宽、衬砌。改造后的溢洪道总长194 m，其中引渠段10 m，控制段6 m，泄槽段74 m，消力池15 m，尾水渠段84 m。
    5.1 引渠段设计
    桩号0-010—0+000 段为引渠段，底板纵坡-0.5%，底高程降至1 473.45～1 473.50 m 之间。引渠段侧墙采用M7.5 浆砌石贴坡形式，临水侧坡度1∶0.5，基础埋深1 m，顶部砌筑至高程1 476.90 m。底板采用0.5 m 厚的M7.5 浆砌石衬砌。
    5.2 控制段设计
    桩号0+000—0+006 段为控制段，宽顶堰堰顶高程1 473.50 m。控制段采用整体式结构，侧墙、底板、桥墩均用C25 钢筋混凝土现浇。控制段上部交通桥长27.4 m，分3 跨，控制段分为3 孔，单孔净宽8.0 m，总净宽24 m。桥墩厚1.2 m。溢洪道左边墙侧基础为土基，采用重力式侧墙，侧墙顶宽0.8 m，底宽2.5 m，右边墙侧基础为岩基，边墙采用锚筋加固，侧墙顶宽0.8 m，底宽1.5 m。两侧墙顶高程1 479.00 m，底板厚1.0 m，底板上下游侧均设齿墙，与底板现浇为一体。
    5.3 泄槽段设计
    桩号0+006—0+080 段为泄槽段，其中0+006—0+050 段为收缩段，底板宽度由26.4 m 渐变为15 m，坡度1%；0+050—080 段为陡坡段，坡度10%。泄槽段后接消力池。
    泄槽段左侧侧墙采用贴坡式挡土墙，C20 混凝土现浇，墙顶宽0.5 m，底宽2.5 m，侧墙内侧边坡1∶0.05，外侧1∶0。右侧边墙采用直立形式，用锚筋加固，边墙每隔15 m 设一道结构缝，缝内设橡胶止水带。泄槽段侧墙设排水孔，孔径75 mm，孔后设置反滤层，底板为400 mm 厚C20 混凝土现浇。0+050 段前溢洪道基础为岩基，底板下挖排水沟，排水沟内填碎石后盖编织袋，然后浇筑混凝土。0+050 段后溢洪道基础为土基，在底板下铺设碎石垫层，然后浇筑混凝土。
    5.4 消力池、尾水渠段设计
    桩号0+080—0+095 段为消力池，消力池底宽15 m，池深1.0 m，池长15 m。底板和左侧边墙均采用C20 混凝土现浇，右侧紧靠石山，只开挖，不进行衬砌。消力池底板和侧墙设排水孔，孔后设反滤层。消力池尾部设消力坎。
    桩号0+095—0+184 段为尾水渠段，由于资金有限，只开挖，不衬砌。
    6 ·输水洞改造设计
    1号输水洞进口淤埋，出口已填平；2 号输水洞公路改造时毁坏，不能运行。本次设计根据大坝安全鉴定书建议，采用浆砌石和混凝土形式对输水洞和卧管进行封堵。
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点击次数：  更新时间：2016-6-6 9:50:10  【打印此页】  【关闭】
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