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水库加固坝体加高策略选择
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1概述
克孜尔水库位于新疆阿克苏地区拜城县渭干河干流木扎提河与支流克孜尔河的汇合处,坝址西距拜城县约60km,东距库车县约70km,是一座以灌溉、防洪为主兼有水力发电等综合利用的大型水利枢纽工程。克孜尔水库原设计总库容为6.4亿m3,设计灌溉面积320万亩,克孜尔水库是渭干河上已建的最大的控制性水利工程,水库正常蓄水位1149.6m,相应库容6.04×108m3。根据水利部(原水电部)水电水规字第68号文批准克孜尔水库为大(1)型Ⅰ等工程。枢纽工程由拦河主坝、副坝、副坝二道坝、溢洪道、泄洪排沙涵洞、发电引水涵洞和坝后电站组成。主要水工建筑物为1级,电站厂房为3级。由于水库经过十几年的运行,泥沙淤积造成了库容损失,同时本次除险加固对水库的特征水位进行了重新复核,实测洪水系列得到延长。为了解决水库现有防洪能力严重不足的问题,根据克孜尔水库的现状和水库淤积35年调洪计算成果。本阶段拟定了坝体最大加高和降低堰顶高程两个方案。①坝体最大加高方案是在不增加泄洪建筑物的条件下最大限度的增加坝高,对原有的泄洪、发电引水建筑物进行加高处理;②降低堰顶高程方案是在保证设计洪水位不低于防洪高水位下确定的,对已建的溢洪道控制段的堰顶高程进行降低,并对原有的泄洪、发电引水建筑物进行加高处理。
2大坝最大加高方案
2.1大坝
2.1.1新坝顶高程的确定根据水库增加坝高方案调洪计算成果,按《碾压式土石坝设计规范》(SL274-2001)计算坝顶超高。经计算确定防浪墙顶高程1159.4m,防浪墙顶高出坝顶1.2m,坝顶高程1158.2m[1]。原主坝坝顶高程1154.6m,坝体加高3.6m;副坝原坝顶高程为1154.0m,比主坝低0.6m,因此此次副坝坝体加高4.2m。
2.1.2加高设计原心墙顶高程以上坝体进行拆除,即主坝1153.4m高程、副坝1152.5m高程以上的上游护坡、原防浪墙、坝壳砂砾料、坝顶灯柱、坝顶路面以及坝顶观测标点等均进行拆除,坝体下游护坡全部拆除。上游坝坡按原坝坡1:2.75填至1154.6m高程,心墙采用粘土加高1.20m,加高至1154.4m高程处与防浪墙紧密相连,防浪墙顶高程为1159.4m,墙高5.0m,坝顶高程1158.2m,下游按原坝坡1:2.25填筑原坝料。副坝与主坝处理相同,由于副坝坝顶高程比主坝低0.6m,故防浪墙高5.6m(主、副坝标准剖面图见1、2)。
2.2溢洪道溢洪道的控制段为5孔实用型溢流堰,每孔宽10m,堰顶高程1141.7m,闸顶高程为1154.0m,通过计算坝高需加高至1158.2m高程,对应的控制段顶高程需加高4.2m与坝顶同高。拆除溢洪道平台上的5孔交通桥,新建5孔交通桥。溢洪道的泄量增加较多,通过水力学计算,泄槽段在保持现有的底宽不变的情况下泄槽边墙需要加高。泄槽段桩号0+002.000~0+193.000之间的泄槽需要加高3.5m;桩号0+193.000~254.200之间的泄槽需要加高2.0m。原有的挑流鼻坎体型可以满足改建后的要求,不需要改建。
2.3泄洪排沙涵洞泄洪排沙涵洞共2孔,每孔宽5.5m,高6m,各设一扇弧形工作门。闸顶高程为1154.0m,通过计算坝高需加高至1158.2m高程,对应的闸顶高程需加高4.2m与坝顶同高。泄洪排沙涵洞泄量增加较少,通过水力学计算,原有的进口孔口和涵洞尺寸和消力池的体型可以满足现有的泄量要求,不需要改建。泄洪排沙涵洞洞身砼冲刷破坏,裂缝较多,表层有腐蚀现象;消力池竖曲线段砼表面冲刷磨损较严重。泄洪排沙洞的洞身和出口需要处理。
2.4发电引水建筑物发电洞闸井闸顶高程为1154.0m,通过计算坝高需加高至1158.2m高程,对应的闸顶高程需加高4.2m与坝顶同高,其余部分不需要改建。
3降低堰顶高程方案
3.1大坝
3.1.1坝顶高程确定根据水库最低坝高方案调洪计算成果,按《碾压式土石坝设计规范》(SL274-2001)计算坝顶超高。经计算确定防浪墙顶高程1158.2m,防浪墙顶高出坝顶1.2m,坝顶高程1157.0m[1]。原主坝坝顶高程1154.6m,坝体加高2.4m;副坝原坝顶高程1154.0m,比主坝低0.6m,因此此次副坝坝体加高3.0m。
3.1.2坝体加高布置坝体加高形式同最大加高方案。(1)主坝。原心墙顶高程以上坝体进行拆除,即将主坝1153.4m高程以上的上游护坡、原防浪墙、坝壳砂砾料、坝顶灯柱、坝顶路面以及坝顶观测标点等均进行拆除,坝体下游护坡全部拆除。拆除后上游坝坡按原坝坡1:2.75填至1154.6m高程,心墙采用粘土加高至1154.4m高程处与防浪墙紧密相连,防浪墙顶高程为1158.2m,墙高3.8m,坝顶高程1157.0m,坝顶宽度10m,下游按原坝坡1:2.25填筑原坝料(见图3)。(2)副坝。副坝与主坝处理相同,原心墙顶高程以上坝体进行拆除,即将副坝1152.5m高程以上的上游护坡、原防浪墙、坝壳砂砾料、坝顶灯柱、坝顶路面以及坝顶观测标点等均进行拆除,坝体下游护坡全部拆除。拆除后上游坝坡按原坡1:2.5填至1154.0m高程,心墙采用粘土加高至1153.8m高程处与防浪墙紧密相连,防浪墙顶高程为1158.2m,墙高4.4m,坝顶高程1157.0m,坝顶宽度8m,下游按原坝坡1:2.0填筑原坝料(见图4)。
3.2溢洪道溢洪道的控制段每孔宽10m,原有堰顶高程1141.7m,闸顶高程为1154.0m。通过计算堰顶高程须降低至1138.0m,并将控制段5孔实用型溢流堰改造为5孔驼峰堰,才能满足现有泄量的要求。坝高加高至1157.0m高程,对应的控制段顶高程需加高3.0m与坝顶同高。拆除溢洪道平台上的五孔交通桥,新建5孔交通桥。溢洪道的泄量增加较大,通过水力学计算,泄槽段在保持现有的底宽不变的情况下泄槽边墙需要加高。泄槽段桩号0+002.000~0+193.000之间的泄槽需要加高7.7m,由于边墙加高的高度较大,现有的扶臂式挡墙已经不能满足结构要求,必须在现有的边墙后新建扶臂式挡墙,并于原边墙连接;桩号0+193.000~254.200之间的泄槽需要加高2.5m。原有的挑流鼻坎体型可以满足改建后的要求,不需要改建。
3.3泄洪排沙涵洞泄洪排沙涵洞共2孔,每孔宽5.5m,高6m,各设一扇弧形工作门。闸顶高程为1154.0m,通过计算坝高需加高至1157.0m高程,对应的闸顶高程需加高3.0m与坝顶同高。泄洪排沙涵洞泄量增加较少,通过水力学计算,原有的进口孔口、涵洞尺寸和消力池体型满足现有的泄量要求,不需要改建。泄洪排沙涵洞洞身砼冲刷破坏,裂缝较多,表层有腐蚀现象;消力池竖曲线段砼表面冲刷磨损较严重。泄洪排沙洞的洞身和出口需要处理。3.4发电引水建筑物发电洞闸井闸顶高程为1154.0m,通过计算坝高需加高至1157.0m高程,对应的闸顶高程需加高3.0m与坝顶同高,其余部分不需要改建。
4大坝除险加固方案选择
根据克孜尔水库的现状和水库淤积35年调洪计算成果,本阶段拟定了坝体最大加高和降低堰顶高程两个方案。坝体最大加高方案是在不增加泄洪建筑物的条件下最大限度的增加坝高,对原有的泄洪、发电引水建筑物进行加高处理;降低堰顶高程方案是在保证设计洪水位不低于防洪高水位下确定的,降低溢洪道控制段的堰顶高程,并对原有的泄洪、发电引水建筑物进行加高处理。现分别从工程布置条件、处理方案、施工条件、工程量、投资等方面进行各方案综合比选(见表1)。
5结语
坝体最大加高和降低堰顶高程两个方案的闸井平台和上部闸房都必须拆除。坝体最大加高方案主坝需要加高3.6m,副坝和闸井平台加高4.2m,相应溢洪道泄槽加高;降低堰顶高程方案主坝加高2.4m,副坝和闸井平台加高3.0m。降低堰顶高程方案需要将现有的5孔实用型溢流堰改造为5孔驼峰堰,堰的拆除量较大,泄槽边墙加高较大。比选结论:单从上述方案的处理措施看,两个方案都是可行的;从施工难度和投资上看降低堰顶高程方案的施工难度和投资都较大,坝体最大加高方案的投资最小,经比选,本阶段推荐最大加高方案。
