石板上水库除险加固设计方案综述

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山西水利富鲁 
技术与应用・2014年第9期 

石板上水库除险加固设计方案综述 
董 伟lI 
(1.太原理工大学,山西 太原030024;2.山西省水利水电勘测设计研究院,山西 太原030024) 

[摘要]介绍了石板上水库工程概况,由于该工程为典型的“三边”工程,经多年运行存在诸多安全隐患,需进 

步除险改造后才能正常运行。分析了水库存在的问题,并提出了相应的加固措施。该工程设计可为类似工 
程提供借鉴。 
[关键词]除险加固;工程设计;石板上水库 
[中图分类号]TV697.3 [文献标识码]C [文章编号]1004—7042(2014)09—0043—02 

1工程概况 
石板上水库位于沁县郭村镇石板上村西,距沁县 
县城12 km,处于海河流域浊漳河西源迎春河支流上, 
坝址以上控制流域面积18.8 km 。多年平均降水量 590.0 mm,多年平均输沙量2.43万t,是一座以防洪为 主、兼顾农业灌溉和渔业养殖的小(一)型水库。 水库枢纽工程由主副大坝、溢洪道、输水洞及交 通桥等建筑物组成。大坝为碾压均质土坝,坝顶高程 1 000.3~1 000.9 I"11,主坝顶长297.4 m,副坝顶长 105 1TI,宽4 In,最大坝高13.6 In,坝顶路面未硬化,无 防浪墙;大坝上游坝坡1:2.25,干砌石护坡,下游坝坡 1:2.5,分别在998.1 m和991.1 ITI高程处设宽2.0 ITI马 道,草皮护坡;坝基防渗形式为黏土截水槽。水库正常 蓄水位997.5 In。 输水洞位于大坝右侧(溢洪道左侧),进口底高程 995.5 m,为浆砌料石城门洞型涵洞,洞长40 ITI,断面 尺寸1.0 mx1.1 mx0.5 m(宽×高×长),设工作闸门和检 修闸门,工作闸门为混凝土闸门,手动螺杆启闭机启 闭,检修闸门未安装。启闭平台由砖墙围护,部分已破 损。输水洞输水流量2.0 m3/s。 2存在问题 根据《山西省沁县石板上水库大坝安全鉴定报 告》,水库枢纽工程存在以下问题:一是大坝遭遇 300年一遇洪水时,水库防洪不满足现行规范要求。二 是大坝上游坡面石料风化破损严重,杂草丛生;坝体 下游无排水体,坝体存在发生流土渗透破坏的安全隐 患。三是溢洪道开挖边坡陡立,无衬砌,部分风化坍 塌;水流直接跌人河道,无消能防冲设施。四是工作闸 门年久失修,老化严重,无法正常运行,手动启闭机锈 蚀严重,不能启闭;无检修闸门。 3除险加固工程设计 3.1除险加固方案 根据工程现状,拟考虑溢洪道加宽降堰方案:坝 
顶高程维持现状,平整后设计值1 000.8 m;受输水涵 
洞取水高程、溢洪道尾部输水渠道顶高程控制,溢洪 
道堰顶高程取996.7 m,较现状溢洪道堰顶高程降低 
0.8 m,溢洪道拓宽至13 m,校核洪水位1 000.71 m。 
3.2工程布置 
大坝加固包括坝顶平整、坝顶路面硬化、坝顶增 
设防浪墙、上游护坡拆除重建和下游坝坡坡脚增设贴 
坡排水体五部分。 
溢洪道位于大坝右坝肩,进口垂直于坝轴线。溢 
洪道单孔底宽13.0 In,开敞式宽顶堰,最大泄量 
173.5 m3/s,设计泄量92.0 m3/s,总长146.5 1TI,由引渠 
段、控制段、泄槽段、消能防冲段等组成。为满足灌溉 
要求,宽顶堰上设挡水子堰,为碾压均质土堰,堰顶高 
程998.0 m(正常蓄水位),行洪时自动溃坝。 
输水洞位于大坝右侧,拆除原闸室进行改建。改 
建闸室布置在原闸室位置,设计闸室长3.6 m,底高程 
995.5 Ill,沿水流方向布置检修闸门和工作闸门,两闸 
门间距1.2 ITI。 
溢洪道控制段上部设交通桥连接坝顶交通和右 
岸石板上村公路,桥面宽4.8 nl,高程1 002.0 m。 
3.3大坝加固设计 
大坝为碾压均质土坝,对大坝上游护坡、坝顶结 
构及998.1 111高程以上下游坝坡进行改造。 
3.3.1坝顶构造及大坝防洪 
现状坝顶高程1 000.3~1 000.9 nl,设计坝顶平整高 

生!县圃 
程1 000.8 ITI,计人路面厚度,大坝坝顶高程1 001.1 n'l, 坝顶路面横坡设倾向下游单坡,坡度2%。 坝顶宽度结合原坝顶宽度和坝顶交通要求,路面 净宽4.0 m,坝顶交通为C25混凝土路面,设计厚度 0.2 m,下设0.1 m厚的碎石垫层。坝顶上游侧为防浪 墙,下游设高宽均为0.3 m的路缘石。 防浪墙为C20钢筋混凝土结构,墙体地面以上高 度1.0 m,总高1.8 ITI,墙顶宽0.45 m,墙厚0_3 m,基础 厚0.4m,总宽度1.5 m。沿防浪墙墙体每10m设一横 向伸缩缝,缝内填高密度聚乙烯闭孔板。 经改造,通过水文相关计算,300年一遇洪峰流量 为315 m3/s,30年一遇洪峰流量为177 m3/s,满足现行 规范要求。 3.3.2护坡及排水 水库大坝原断面上游坝坡为1:2.25,下游坝坡为 1:2.5,坝坡较缓,经对其渗流和稳定复核计算,均满足 规范要求,上游维持原坝体坡度;坝顶由于增设防浪 墙和排水沟,998.1 133高程以上的下游坝坡坡度由 1:2.5调整为1:2.0。 大坝上游护坡拆除后仍采用干砌石护坡,护坡底 部深入水库淤积高程以下1.5 m,护坡底高程989.5 ITI。 设计护坡厚度0-3 m,下设0.3 m厚的砂砾石垫层。干 砌石护坡块石料要求有较强的抗冰冻能力和较高的 抗风化能力,采用石料场开采的新鲜砂岩块石;砂垫 层粒径范围1O~25 mm。大坝下游草皮护坡较完整,维 持现状。下游998.1 m高程以上恢复草皮护坡。 坝顶下游侧设浆砌石纵向排水沟,矩形断面,断 面尺寸0.3 m ̄0.3 m(宽×高),浆砌石厚度0.3 m;两级 马道内侧均设纵向浆砌石排水沟,矩形断面,断面尺 寸0.4 rex0.4 m(宽X高),浆砌石厚度0.3 m;坝脚设纵 向排水沟,汇集排水棱体渗水,断面尺寸0.4 m ̄0.6 m (宽×高)。沿坝体每50m设一横向排水沟,坝体与岸 坡和溢洪道连接处增设,共布设6道,断面尺寸0.3 mx 0-3 IIl(宽×高)。上述排水沟浆砌石厚度均为0.3 m。 3.3.3贴坡排水体 大坝坝坡加固后在坝脚增设贴坡排水体。排水体 坡度1:2.5,排水体与坝体土间设三层反滤,每层厚度 0.25 m。排水体石料要求能抵抗风化作用和冰冻作用, 并具有良好的抗水性,块径不超1.0 m,含泥量不大于 3%。反滤料可选用当地砂料和石料厂材料进行人工 配制。 3.4大坝渗流复核计算 3.4.1渗流计算 大坝渗流稳定分析计算选取一个典型断面,即大 坝右侧靠近溢洪道处最大坝高断面。 
通过计算,在各种工况下,大坝浸润线均在下游 
坝坡出逸,坝内各部位渗透比降均小于该土层的允许 
比降。由此可知,在各种工况下,坝体各部及坝基覆盖 
层的渗透稳定性满足要求,不存在渗透稳定问题。为 
降低坝体内浸润线,保护坝体土不发生流土,在下游 
坝脚设堆石棱体排水。 
3.4.2大坝稳定复核计算 
大坝坝坡稳定计算断面的选取与渗流计算断面 

致,坝坡稳定计算根据《碾压式土石坝设计规范》要 
求采用毕肖普法,正常运用条件下坝坡抗滑稳定最小 
安全系数为1.25,非常运用条件下坝坡抗滑稳定最小 
安全系数为1.10。 
现状溢洪道出口处为跌水,无消能方式,该处地 
形落差约10 ITI,对该段陡坡拟选用陡坡和跌水两种泄 
水方式进行比选。 
3.5溢洪道加固设计 
设计陡坡坡度l:1.5,下接底流消力池。该方案需 
在原跌水处进行削坡。削坡后输水渠道被挖除,拟将 
原输水渠道部分改线,改线段长75 m,消力池长33 m。 
该方案陡坡段为整体式C25钢筋混凝土结构,消力池 
为MU7.5浆砌石结构,内衬0.2 rn厚的C35抗冲磨混 
凝土。 
3.6输水洞加固设计 
金属结构改造内容为更新输水洞进口检修闸门、 
工作闸门及配套启闭设备。 
4结语 
石板上水库除险加固完成后,提高了大坝的稳定 
性,水库的防洪标准达到了规范要求,解决了大坝的 
渗流问题,使水库的运行更加可靠,同时可以充分发 
挥水库的经济效益和社会效益,确保了沿岸群众的生 
命财产安全。 

[作者简介]董伟(1986一),男,现为太原理工大学水利工 
程专业硕士研究生在读。 
[收稿日期]2o14—07—16;[修回日期]2014—08—23 

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