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摘 要： 這篇水利工程論文投稿發(fā)表了西塬湖水庫應(yīng)急加固工程設(shè)計(jì)研究，論文以西塬湖水庫的工程，發(fā)現(xiàn)了其中存在的部分壩段的安全隱患以及防洪標(biāo)準(zhǔn)，提出了對(duì)大壩加固、對(duì)分洪和排水工程改造的應(yīng)急加固措施。探討了水庫工程設(shè)計(jì)的原則，提升城市品位具有良好的社會(huì)效益
這篇水利工程論文投稿發(fā)表了西塬湖水庫應(yīng)急加固工程設(shè)計(jì)研究，論文以西塬湖水庫的工程，發(fā)現(xiàn)了其中存在的部分壩段的安全隱患以及防洪標(biāo)準(zhǔn)，提出了對(duì)大壩加固、對(duì)分洪和排水工程改造的應(yīng)急加固措施。探討了水庫工程設(shè)計(jì)的原則，提升城市品位具有良好的社會(huì)效益和生態(tài)效益。
[關(guān)鍵詞]水利工程論文投稿,西塬湖水庫,水庫工程
1工程概況
運(yùn)城市鹽池是我省重要的化工基地之一，西塬湖水庫是運(yùn)城市鹽池西部防汛的重要設(shè)施之一。西塬湖水庫位于運(yùn)城市西南20km處的鹽湖區(qū)解州鎮(zhèn)西北部，屬涑水河流域，庫區(qū)現(xiàn)狀為硝池灘，其東側(cè)緊鄰北門灘，南側(cè)為南同蒲鐵路。汛期緩洪、滯洪，非汛期調(diào)蓄城市排水，促進(jìn)周邊水生態(tài)環(huán)境恢復(fù)，與鹽城西端的北門灘、運(yùn)城市主城區(qū)的泄洪骨干工程之一常硝渠、三級(jí)排水泵站及排水渠構(gòu)成防洪系統(tǒng)。西塬湖水庫庫容6800m3，水位337.5m。工程由水庫工程、排水工程和分洪工程組成。
2工程存在的主要問題
2.1水庫大壩為三類壩
西塬湖水庫大壩興建于50年代，沒有溢洪道和泄洪洞等泄洪設(shè)施，排水能力不足，長期高水位運(yùn)行，防洪能力不足，堤壩年久失修，局部變形塌陷，壩體抗滑及抗震穩(wěn)定安全系數(shù)不滿足規(guī)范要求，防浪墻破損嚴(yán)重，下游未設(shè)排水設(shè)施，部分壩段和壩基存在滲流安全隱患，泵站老化，機(jī)電設(shè)備與金屬結(jié)構(gòu)報(bào)廢。依據(jù)山西省水利廳的安全鑒定結(jié)論核查，綜合評(píng)價(jià)西塬湖水庫大壩為三類壩。
2.2現(xiàn)狀防洪安全形勢緊迫
水庫排水能力不足，高水位運(yùn)行，防洪能力不滿足防洪標(biāo)準(zhǔn)要求。經(jīng)實(shí)地工程勘察測量，西塬湖水庫現(xiàn)狀情況下維持336.7m的高水位運(yùn)行，對(duì)應(yīng)庫容5233萬m3，最大庫容為6547萬m3，現(xiàn)狀情況下汛期來臨時(shí)有效蓄洪庫容僅為1314萬m3，無法容納50年一遇最大3日洪量2907萬m3、100年一遇最大3日洪量3201萬m3，不滿足防洪安全要求，到汛期有洪水進(jìn)入硝池灘時(shí)，將會(huì)形成洪澇災(zāi)害。
2.3泵站抽排能力不足
西塬湖水庫原為運(yùn)城市滯洪區(qū)，是一片封閉的洼地，現(xiàn)狀庫內(nèi)存水排泄分為兩種方式：一是通過三級(jí)排水泵站抽排至姚暹渠再經(jīng)涑水河、伍姓湖排入黃河;二是經(jīng)分洪閘向下游的北門灘、鹽池自流排泄。由于北門灘、鹽池容量有限，需要依靠排水泵站及渠道抽排，現(xiàn)狀最大排泄流量僅為2.33m3/s，且各級(jí)排水泵站年久失修，三級(jí)排水渠道經(jīng)2013年應(yīng)急改造后渠道設(shè)計(jì)流量為8.0～9.3m3/s左右。依照現(xiàn)狀的泵站設(shè)計(jì)流量2.33m3/s，排空50年一遇最大3日洪量2907萬m3需要288天，需要將近一年的時(shí)間，排空時(shí)間太長，根本無法在汛期及時(shí)騰空庫容迎接連續(xù)發(fā)生的洪水。
3工程應(yīng)急加固改造設(shè)計(jì)
西塬湖水庫應(yīng)急加固改造工程由水庫工程、分洪工程和排水工程等組成。水庫工程包括水庫東側(cè)現(xiàn)有大壩段的加固改造、常硝渠調(diào)節(jié)閘和溢洪道。分洪工程包括北門灘連通閘、北門灘分洪閘以及長約1.1km的分洪渠。排水工程包括三級(jí)排水泵站、引水渠(0.95km)以及沿線交叉建筑物等。引水渠在原渠道基礎(chǔ)上通過清淤、襯砌減糙等工程措施實(shí)現(xiàn)引水功能。三級(jí)泵站均在原址拆除重建。
3.1水庫工程設(shè)計(jì)
3.1.1大壩加固設(shè)計(jì)西塬湖水庫汛限水位334.60m，正常蓄水位335.40m，設(shè)計(jì)洪水位336.63m，校核洪水位336.73m。本次設(shè)計(jì)僅對(duì)現(xiàn)有大壩進(jìn)行加固改造，大壩總長2.68km，其中與南同蒲鐵路平行段長0.68km、臨北門灘段長2.0km。現(xiàn)狀壩頂路面為泥結(jié)碎石路面，經(jīng)過多年運(yùn)行，路面坑洼不平,本次改造為混凝土路面，與鐵路平行段路面寬4.0m、臨北門灘段路面寬6.0m。經(jīng)方案比較，大壩加固改造推薦格賓石籠護(hù)坡方案，即上游壩坡在335.0m以下碾壓拋石護(hù)坡護(hù)腳，高程335.0m以上堆放格賓石籠護(hù)坡，復(fù)合土工膜(兩布一膜)防滲，格賓石籠與復(fù)合土工膜之間設(shè)置砂礫料保護(hù)層,現(xiàn)有漿砌石護(hù)坡采用水泥砂漿抹面，防止損壞土工膜。格賓石籠堆放的平均坡比為1∶2.0。壩頂高程為338.80m～339.2m。壩頂上游側(cè)設(shè)置0.8～1.2m高漿砌石防浪墻，防浪墻頂高程340.0m，壩頂路面鋪為混凝土路面。下游壩坡坡比為1∶2，高程334.4m以下碾壓拋石，高程334.4m以上生態(tài)磚護(hù)坡。
3.1.2常硝渠調(diào)節(jié)閘常硝渠調(diào)節(jié)閘退水閘位于庫區(qū)東北，承擔(dān)常硝渠入庫和水庫開閘分洪的任務(wù)，其中心線垂直于壩軸線，位于大壩樁號(hào)2+306.00處。正常情況下水流由常硝渠流入水庫，超過50年一遇設(shè)計(jì)洪水需要分洪時(shí)，水流由水庫通過常硝閘溢洪道排入北門灘。常硝渠調(diào)節(jié)閘設(shè)置3孔平面鑄鐵閘門，閘門尺寸3.0m×3.0m。閘底板高程335.00m，閘室段長10.6m，寬13.1m，閘墩頂高程(檢修平臺(tái)高程)339.00m，啟閉平臺(tái)高超343.40m。閘底板厚0.6m、閘墩厚1.0m、過壩段頂板厚0.6m，采用C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)整體澆筑。啟閉平臺(tái)至檢修平臺(tái)間為排架柱，設(shè)鋼梯連接。閘室段進(jìn)口設(shè)5m長鋪蓋，采用C20素混凝土結(jié)構(gòu);進(jìn)口兩側(cè)設(shè)八字形翼墻與大壩上游壩坡連接，平面擴(kuò)散角35°。
3.1.3溢洪道溢洪道布置在常硝渠調(diào)節(jié)閘東南側(cè)，溢洪道(包括常硝渠調(diào)節(jié)閘)全長65m，其中：樁號(hào)溢0-005.00～溢0+000.00為常硝渠調(diào)節(jié)閘鋪蓋;樁號(hào)溢0+000.00～溢0+010.60為常硝渠調(diào)節(jié)閘閘室段;樁號(hào)溢0+010.60～溢0+033.40為結(jié)合段;樁號(hào)溢0+033.40～溢0+039.40為溢洪道閘室段，采用C25鋼筋混凝土整體澆筑，2孔，每孔凈寬3.0m，閘室段長6.0m，寬9.1m，底板高程335.00m，閘墩頂高程(檢修平臺(tái)高程)339.00m，啟閉平臺(tái)高程343.40m，底板厚0.8m、閘墩厚1.0m。啟閉平臺(tái)至檢修平臺(tái)間為排架柱，設(shè)鋼梯連接;樁號(hào)溢0+039.40～溢0+055.00為泄槽段，矩形斷面，底寬7m，縱坡1/100，兩側(cè)C25鋼筋混凝土邊墻，墻頂高程338.00m～337.044m，墻頂寬0.6m，C25混凝土澆筑;樁號(hào)溢0+055.00～溢0+060.00為防護(hù)段，設(shè)800mm厚格賓石籠防護(hù)。
3.1.4大壩安全監(jiān)測現(xiàn)狀大壩無觀測設(shè)施，除規(guī)范要求的巡視檢查外，本次設(shè)計(jì)布置大壩外部變形觀測和水位觀測。西塬湖水庫大壩外部變形觀測包括壩面豎向位移觀測和垂直壩軸線的水平位移觀測。大壩壩頂長2680m，壩軸線不是一條直線，且臨北門灘段大壩上下游均有水，因此，外部變形觀測斷面布設(shè)6個(gè)，樁號(hào)分別為0+200、0+600、1+000、1+300.0、1+700和2+200。大壩變形觀測每個(gè)斷面布設(shè)2個(gè)點(diǎn)：壩頂上游側(cè)防浪墻頂部設(shè)1個(gè)、壩頂下游壩肩外2.0m設(shè)1個(gè)。在大壩兩側(cè)2～3km范圍內(nèi)布設(shè)2個(gè)水準(zhǔn)基點(diǎn)。共設(shè)測點(diǎn)12個(gè)，水準(zhǔn)基點(diǎn)2個(gè)。另外，大壩樁號(hào)0+600.0、1+300.0、0+1700.0斷面分別設(shè)置一個(gè)水位標(biāo)尺，庫區(qū)范圍內(nèi)現(xiàn)有北門灘抽水泵站、常硝渠調(diào)節(jié)閘和引水渠進(jìn)口處各設(shè)置一個(gè)水位標(biāo)尺。
3.2分洪工程設(shè)計(jì)
北門灘連通閘布置在西灘至中灘之間的S239公路中部，設(shè)計(jì)流量為9.0m3/s。設(shè)置1孔平面鑄鐵閘門，孔口尺寸3.0m×2.9m，閘底板高程332.00m，頂、底板厚0.8m、閘墩厚1.0m。北門灘分洪閘布置于北門灘東灘大壩東北端，后接分洪渠，由西向東將洪水排至運(yùn)城鹽池。分洪閘設(shè)計(jì)流量為9.0m3/s，設(shè)置為1孔平面鑄鐵閘門，孔口尺寸3.0m×3.4m，開敞式結(jié)構(gòu)，閘底板高程331.50m，底板厚0.8m、頂板厚0.6m、閘墩厚1.0m。北門灘分洪渠長1.137km，設(shè)計(jì)流量9.0m3/s，梯形斷面，底寬2.0m，渠深2.0m，邊坡1∶1，對(duì)現(xiàn)狀土渠進(jìn)行清淤，M7.5漿砌石襯砌，盡量不占用耕地。分洪渠沿線更新改造3座機(jī)耕橋。
3.3排水工程設(shè)計(jì)現(xiàn)有排水泵站及排水渠建于上世紀(jì)60年代，為三級(jí)提排，排水渠東起水庫西側(cè)鹽湖區(qū)底張村，西至永濟(jì)市土橋村，長13.11km，包括引水渠總長0.95m和一、二、三級(jí)排水渠渠道長12.16km。3.3.1引水渠引水渠渠道改造方式受占地范圍限制，改造方式為清淤、混凝土面板襯砌降糙，最大限度增加現(xiàn)有渠道過流能力，以滿足水庫排洪要求。引水渠設(shè)計(jì)流量為8.0m3/s，長0.95km，設(shè)計(jì)縱坡1/5000，進(jìn)口底高程334.00m，出口底高程333.81m。根據(jù)渠道現(xiàn)狀，引水渠橫斷面型式為梯形，底寬4.0m，邊坡1∶1.5，設(shè)計(jì)水深1.42m，設(shè)計(jì)渠深2.20m。渠底及設(shè)計(jì)渠深范圍內(nèi)邊坡采用100mm厚C25混凝土襯砌，在混凝土襯砌層下鋪設(shè)復(fù)合土工膜加強(qiáng)渠道防滲，土工膜采用一布一膜。引水渠每8.0m設(shè)一道變形縫，縫寬20mm，采用瀝青砂漿勾縫。
3.3.2排水泵站三級(jí)排水泵站均在原站址處拆除舊泵站重建，建筑物布局基本相同，各級(jí)泵站上游至下游均由進(jìn)水閘、進(jìn)水池、攔污柵、廠房、壓力管道、出水池等建筑物組成，泵站進(jìn)、出水均為正向，裝機(jī)流量均為10.0m3/s，布置5臺(tái)機(jī)組，單機(jī)設(shè)計(jì)流量均為2.0m3/s，各級(jí)泵站的結(jié)構(gòu)布置基本相同，僅在廠房層間高度、進(jìn)水池和出水池深度、特征水位等方面略有差別，故僅以一級(jí)排水泵站為例。進(jìn)水建筑物：排水泵站進(jìn)水建筑物包括進(jìn)水閘、進(jìn)水池和攔污柵。進(jìn)水閘布置于上游渠道末端，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，平板鑄鐵閘門。進(jìn)水閘設(shè)計(jì)流量8.0m3/s。閘室段長4.0m，寬9.0m，檢修平臺(tái)與啟閉平臺(tái)高差為3.0m，其間設(shè)鋼梯連接。進(jìn)水閘上游均設(shè)8.0m長漸變段與引水渠(或上一級(jí)排水渠)連接，由渠道的梯形斷面漸變到閘室的矩形斷面。
進(jìn)水池頂部開敞，采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，池底高程332.4m，池頂高程337.4m，底板厚0.6m。建筑物基礎(chǔ)均座落于低液限粘土上，地基設(shè)0.5m厚夯插片石和碎石墊層。主廠房設(shè)計(jì)：主廠房上部為單層框架結(jié)構(gòu)，平面軸線尺寸26.15×6.9m，安裝間高程為室內(nèi)地坪高程339.0m，安裝間地面至廠房主梁底面凈距8.0m，主梁高0.8m。廠房內(nèi)布置5臺(tái)立式軸流泵，從右至左分別為1#～5#機(jī)組，機(jī)組間距分別為4.1m、4.2m、4.2m、4.1m。機(jī)組中心線至上、下游墻軸線距離均為3.45m。安裝間布置于主廠房左側(cè)，寬3.9m;主廠房大門位于左側(cè)邊墻中部，門寬3.6m，高4.2m。主廠房基礎(chǔ)座落于低液限粘土上，地基設(shè)1.0m厚夯插片石，碎石找平層。
副廠房設(shè)計(jì)：副廠房位于主廠房下游側(cè)，平行于主廠房布置，單層磚混結(jié)構(gòu)，長26.15m，進(jìn)深6.0m，高4.9m，布置中控室、高壓開關(guān)室、電容器室等。副廠房室內(nèi)地面高程與主廠房地面齊平。副廠房為普通磚混結(jié)構(gòu)，370mm磚墻，上下游側(cè)墻基礎(chǔ)為鋼筋混凝土(兼做鎮(zhèn)墩)，其余采用鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)，底部和頂部各設(shè)一道圈梁，屋面板為現(xiàn)澆鋼筋混凝土板，厚150mm，梁、柱及屋面板混凝土強(qiáng)度等級(jí)均為C25。副廠房室內(nèi)地面采用C20素混凝土地面，屋面保溫、防水作法與主廠房相同。壓力管道：本工程各級(jí)泵站均為排水泵站，具有揚(yáng)程低、流量大、出水管道長度短等特點(diǎn)，因此，本工程各泵站壓力出水管道均選用鋼管。
根據(jù)各泵站水泵機(jī)組配置和管路損失計(jì)算結(jié)果，各級(jí)泵站均布置5根壓力出水管道，管道直徑為1.0m。出水池：出水池位于主廠房下游側(cè)，開敞式梯形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，上游池壁固定泵站壓力出水管道，下游與排水渠道連接。出水池總長10.0m，凈寬由12m漸變?yōu)?.0m，漸變段底板縱坡1∶5。水池底板厚0.6m，邊墻頂厚0.5m，均為現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C25，抗?jié)B等級(jí)W4，抗凍等級(jí)F50。出水池末端通過扭面與下游梯形渠道銜接。
4結(jié)語
西塬湖水庫應(yīng)急加固工程任務(wù)為防洪、水生態(tài)環(huán)境等，汛期緩洪、滯洪，非汛期調(diào)蓄城市排水，促進(jìn)周邊水生態(tài)環(huán)境恢復(fù)。工程建成后，不僅有效地保護(hù)了鹽湖、關(guān)帝廟、南同蒲鐵路和周邊的村莊，同時(shí)對(duì)改善該區(qū)的生態(tài)環(huán)境、提升城市品位具有良好的社會(huì)效益和生態(tài)效益。
作者：朱敏榮 單位：山西省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院
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