何敏
(新鄉市大功引黃工程管理處,河南 新鄉 453300)
2013年除險加固時主要建設內容:①改建、擴寬溢流壩;②壩基、壩肩防滲處理;③壩體防滲處理;④新修二級輸水洞(兼作沖砂洞)。
改建、擴寬溢流壩,將兩邊折線堰加高0.40 m,中間新建WES型實用堰,折線堰加高部分和WES型實用堰均采用混凝土結構;溢流壩原有工作橋拆除重建。壩基、壩肩帷幕灌漿采用單排布孔,共計9孔,并布置一檢查孔。
大壩上游面防滲、溢流壩壩體防滲處理,一是作壩體補強灌漿,4#,5#,6#帷幕灌漿兼做壩體補強灌漿孔;二是將大壩上游面進行M10水泥砂漿深勾縫,高程范圍873.00~890.70 m,以減少壩體的滲漏。
新修二級輸水洞,兼作沖砂洞,洞身采用鋼筋混凝土結構,出口設閘閥。洞底高程873 m,洞長4.05 m,輸水管采用內徑0.60 m的無縫鋼管。
由水庫管理人員每月進行不少于1~3次的日常巡視檢查。汛期、高水位、工程出現險情或不安全征兆等特殊情況時增加頻次。每年汛前、汛后分別對水庫大壩進行一次全面檢查,水庫管護人員汛期每天巡查1次。
經現場檢查和溝通了解,水庫自除險加固后經多年運行,大壩未見較大沉降、未出現塌陷等現象,也未出現較大險情。整體來看,大壩安全性態基本正常。
2009年4月,某水庫大壩鑒定為三類壩;2014年12月某水庫除險加固工程完工。2021年7月洪水,某水庫溢流壩溢水,安全度汛,未發生險情。
2021年8月,檢驗單位對某水庫大壩進行了質量檢測。主要對左、右擋水壩、溢流壩進行檢測。
水庫左、右擋水壩和溢流壩抽檢砂漿強度、混凝土強度等指標滿足設計和規范要求。某水庫大壩工程質量滿足設計和規范要求,工程運行中未暴露明顯質量缺陷。工程質量評為合格。
4.1.1 防洪標準復核
某水庫屬?。?)型水庫,某水庫總庫容18萬m3,為?。?)型水庫,工程等別為Ⅴ等,相應主要建筑物級別為5級。根據《水利水電工程等級劃分及洪水標準》和《水庫大壩安全評價導則》的規定,以及水庫防洪安全的重要性,確定某水庫主要建筑物設計洪水標準20年一遇,校核洪水標準100年一遇。
4.1.2 基本資料復核
按照1984年河南省水利勘測設計院編制的《河南省中小流域設計暴雨洪水圖集》中推理公式計算設計洪水需要根據流域特征值:流域面積、河道長度、河道比降等,首先對這些基本資料進行復核。
4.1.3 設計洪水計算
洪水復核推理公式和計算方法按1984年河南省水利勘測設計院編制的《河南省中小流域設計暴雨洪水圖集》(以下簡稱“84圖集”),暴雨參數按河南省水文水資源局編制的《河南省暴雨參數圖集》(以下簡稱“05圖集”)推求。
查《05圖集》得,某水庫年最大24 h點雨量均值H24p=140.00 mm,Cv=0.75;年最大6小時點雨量均值H6p=90.00 m,Cv=0.70;年最大1小時點雨量均值H1p=40.00 mm,Cv=0.55;年最大10 min點雨量均值H10′p=16.09 mm,Cv=0.45。
采用理論頻率計算公式計算點雨量。
設計面雨量:某水庫控制流域面積為6.00 km2。根據《84圖集》,流域面積在50 km2以下時,面雨量可采用點雨量。
暴雨遞減指數按下式計算:
設計洪峰:某水庫本次防洪標準采用20年一遇,校核防洪標準采用100年一遇。
設計洪水總量采用降雨徑流關系計算。洪峰流量和洪水過程線,采用推理公式法計算。
設計凈雨與洪量:先求凈雨深R,用24小時降雨量查山丘區次降雨徑流關系P+Pa~R曲線求得。P為24小時設計面雨量,Pa為設計前期影響雨量,VI水文分區最大初損值查“84圖集”圖25附表,Imax=60 mm,10-20年一遇暴雨Pa=40 mm,查降雨徑流關系P+Pa~R豫北山區VI-1線,按“84圖集”和“05圖集”查得的各參數計算凈雨深,結果相同。
24 h設計洪量用下式計算:
設計洪峰流量:采用推理公式進行計算,公式為:
式(1)~(8)中字母含義見規范規程規定。
水文復核成果與《某水庫除險加固工程初步設計報告》中水文分析成果一致。洪水復核成果合理。通過調洪演算水庫各頻率時的水位、泄量及庫容確定。
原水庫除險加固初設批復為全壩段溢流,中間為WES型實用堰,兩邊為折線堰.根據本次調洪驗算結果,20年一遇設計洪峰流量181 m3/s,最大下泄流量176.05 m3/s,相應庫水位893.97 m;100年一遇設計洪峰流量261 m3/s,最大下泄流量257.32 m3/s,相應庫水位為894.87 m,下游消能滿足要求,與原初設成果基本一致,大壩抗洪能力滿足規范要求。
經復核,水庫20年一遇設計洪峰流量181 m3/s,設計洪水位893.97 m,100年一遇校核洪峰流量261 m3/s,校核洪水位894.87 m。水庫泄流能力滿足水庫防洪安全要求,下游消能滿足要求。水庫防洪能力評價為A級。
大壩自除險加固后運行至今,整體運行良好,壩體、壩基及兩岸壩肩在運行過程中未出現滲流現象,兩壩肩與山體連接處未出現繞滲現象。大壩不存在滲流安全隱患。輸水洞未發現滲漏問題。大壩無滲流監測設施。大壩滲流安全評價為B級。
根據大壩應力計算成果,各種工況下最大壓應力為1.25 MPa,最大拉應力為0.52 MPa,滿足《砌石壩設計規范》中漿砌石拱壩控制計算拉應力最大值應小于0.80 MPa的規定。
大壩在不同工況時拉、壓應力小于規范要求值,壩體應力和壩肩抗滑穩定均滿足規范要求。溢洪道泄流量大于設計最大泄流量,邊墻穩定性滿足規范要求。放水管結構整體完好,閘閥能夠正常起閉。據《水庫大壩安全導則》評價為A級。
根據《中國地震動參數區劃圖》查得,工程區地震動峰值加速度為0.15 g,地震基本烈度為Ⅶ度,庫區內無大的斷裂構造地質情況,誘發地震的可能性不大。
6.2.1 抗滑計算方法
按照《水工建筑物抗震設計標準》規定,漿砌石拱壩抗震計算應包括壩體強度和拱座穩定分析。根據規范4.5.3規定,對于丁級設防的水工建筑物應采用擬靜力法進行地震作用效應計算,在大壩結構安全計算的基礎上,加上地震力計算抗震安全系數,對其進行抗震復核。
6.2.2 地震荷載
參照《水工建筑物抗震設計規范》中的有關公式計算地震荷載。
各種工況下最大壓應力為1.13 MPa,最大拉應力為0.17 MPa,滿足《砌石壩設計規范》控制計算拉應力最大值應小于0.80 MPa的規定。即大壩在地震情況下應力滿足規范要求。
經復核某水庫抗震安全性評價為A級。
依據《水庫大壩安全評價導則》,綜合以上分析,某水庫大壩安全評定為二類壩。