發布時間：2017-10-07所屬分類：科技論文瀏覽：1次
摘 要： 這篇水利工程論文投稿發表了西塬湖水庫應急加固工程設計研究，論文以西塬湖水庫的工程，發現了其中存在的部分壩段的安全隱患以及防洪標準，提出了對大壩加固、對分洪和排水工程改造的應急加固措施。探討了水庫工程設計的原則，提升城市品位具有良好的社會效益
這篇水利工程論文投稿發表了西塬湖水庫應急加固工程設計研究，論文以西塬湖水庫的工程，發現了其中存在的部分壩段的安全隱患以及防洪標準，提出了對大壩加固、對分洪和排水工程改造的應急加固措施。探討了水庫工程設計的原則，提升城市品位具有良好的社會效益和生態效益。
[關鍵詞]水利工程論文投稿,西塬湖水庫,水庫工程
1工程概況
運城市鹽池是我省重要的化工基地之一，西塬湖水庫是運城市鹽池西部防汛的重要設施之一。西塬湖水庫位于運城市西南20km處的鹽湖區解州鎮西北部，屬涑水河流域，庫區現狀為硝池灘，其東側緊鄰北門灘，南側為南同蒲鐵路。汛期緩洪、滯洪，非汛期調蓄城市排水，促進周邊水生態環境恢復，與鹽城西端的北門灘、運城市主城區的泄洪骨干工程之一常硝渠、三級排水泵站及排水渠構成防洪系統。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施，排水能力不足，長期高水位運行，防洪能力不足，堤壩年久失修，局部變形塌陷，壩體抗滑及抗震穩定安全系數不滿足規范要求，防浪墻破損嚴重，下游未設排水設施，部分壩段和壩基存在滲流安全隱患，泵站老化，機電設備與金屬結構報廢。依據山西省水利廳的安全鑒定結論核查，綜合評價西塬湖水庫大壩為三類壩。
2.2現狀防洪安全形勢緊迫
水庫排水能力不足，高水位運行，防洪能力不滿足防洪標準要求。經實地工程勘察測量，西塬湖水庫現狀情況下維持336.7m的高水位運行，對應庫容5233萬m3，最大庫容為6547萬m3，現狀情況下汛期來臨時有效蓄洪庫容僅為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，到汛期有洪水進入硝池灘時，將會形成洪澇災害。
2.3泵站抽排能力不足
西塬湖水庫原為運城市滯洪區，是一片封閉的洼地，現狀庫內存水排泄分為兩種方式：一是通過三級排水泵站抽排至姚暹渠再經涑水河、伍姓湖排入黃河;二是經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，現狀最大排泄流量僅為2.33m3/s，且各級排水泵站年久失修，三級排水渠道經2013年應急改造后渠道設計流量為8.0～9.3m3/s左右。依照現狀的泵站設計流量2.33m3/s，排空50年一遇最大3日洪量2907萬m3需要288天，需要將近一年的時間，排空時間太長，根本無法在汛期及時騰空庫容迎接連續發生的洪水。
3工程應急加固改造設計
西塬湖水庫應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現有大壩段的加固改造、常硝渠調節閘和溢洪道。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上通過清淤、襯砌減糙等工程措施實現引水功能。三級泵站均在原址拆除重建。
3.1水庫工程設計
3.1.1大壩加固設計西塬湖水庫汛限水位334.60m，正常蓄水位335.40m，設計洪水位336.63m，校核洪水位336.73m。本次設計僅對現有大壩進行加固改造，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。現狀壩頂路面為泥結碎石路面，經過多年運行，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。經方案比較，大壩加固改造推薦格賓石籠護坡方案，即上游壩坡在335.0m以下碾壓拋石護坡護腳，高程335.0m以上堆放格賓石籠護坡，復合土工膜(兩布一膜)防滲，格賓石籠與復合土工膜之間設置砂礫料保護層,現有漿砌石護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。壩頂上游側設置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以上生態磚護坡。
3.1.2常硝渠調節閘常硝渠調節閘退水閘位于庫區東北，承擔常硝渠入庫和水庫開閘分洪的任務，其中心線垂直于壩軸線，位于大壩樁號2+306.00處。正常情況下水流由常硝渠流入水庫，超過50年一遇設計洪水需要分洪時，水流由水庫通過常硝閘溢洪道排入北門灘。常硝渠調節閘設置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(檢修平臺高程)339.00m，啟閉平臺高超343.40m。閘底板厚0.6m、閘墩厚1.0m、過壩段頂板厚0.6m，采用C25鋼筋混凝土結構整體澆筑。啟閉平臺至檢修平臺間為排架柱，設鋼梯連接。閘室段進口設5m長鋪蓋，采用C20素混凝土結構;進口兩側設八字形翼墻與大壩上游壩坡連接，平面擴散角35°。
3.1.3溢洪道溢洪道布置在常硝渠調節閘東南側，溢洪道(包括常硝渠調節閘)全長65m，其中：樁號溢0-005.00～溢0+000.00為常硝渠調節閘鋪蓋;樁號溢0+000.00～溢0+010.60為常硝渠調節閘閘室段;樁號溢0+010.60～溢0+033.40為結合段;樁號溢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(檢修平臺高程)339.00m，啟閉平臺高程343.40m，底板厚0.8m、閘墩厚1.0m。啟閉平臺至檢修平臺間為排架柱，設鋼梯連接;樁號溢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;樁號溢0+055.00～溢0+060.00為防護段，設800mm厚格賓石籠防護。
3.1.4大壩安全監測現狀大壩無觀測設施，除規范要求的巡視檢查外，本次設計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6個，樁號分別為0+200、0+600、1+000、1+300.0、1+700和2+200。大壩變形觀測每個斷面布設2個點：壩頂上游側防浪墻頂部設1個、壩頂下游壩肩外2.0m設1個。在大壩兩側2～3km范圍內布設2個水準基點。共設測點12個，水準基點2個。另外，大壩樁號0+600.0、1+300.0、0+1700.0斷面分別設置一個水位標尺，庫區范圍內現有北門灘抽水泵站、常硝渠調節閘和引水渠進口處各設置一個水位標尺。
3.2分洪工程設計
北門灘連通閘布置在西灘至中灘之間的S239公路中部，設計流量為9.0m3/s。設置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城鹽池。分洪閘設計流量為9.0m3/s，設置為1孔平面鑄鐵閘門，孔口尺寸3.0m×3.4m，開敞式結構，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，設計流量9.0m3/s，梯形斷面，底寬2.0m，渠深2.0m，邊坡1∶1，對現狀土渠進行清淤，M7.5漿砌石襯砌，盡量不占用耕地。分洪渠沿線更新改造3座機耕橋。
3.3排水工程設計現有排水泵站及排水渠建于上世紀60年代，為三級提排，排水渠東起水庫西側鹽湖區底張村，西至永濟市土橋村，長13.11km，包括引水渠總長0.95m和一、二、三級排水渠渠道長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，最大限度增加現有渠道過流能力，以滿足水庫排洪要求。引水渠設計流量為8.0m3/s，長0.95km，設計縱坡1/5000，進口底高程334.00m，出口底高程333.81m。根據渠道現狀，引水渠橫斷面型式為梯形，底寬4.0m，邊坡1∶1.5，設計水深1.42m，設計渠深2.20m。渠底及設計渠深范圍內邊坡采用100mm厚C25混凝土襯砌，在混凝土襯砌層下鋪設復合土工膜加強渠道防滲，土工膜采用一布一膜。引水渠每8.0m設一道變形縫，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，各級泵站上游至下游均由進水閘、進水池、攔污柵、廠房、壓力管道、出水池等建筑物組成，泵站進、出水均為正向，裝機流量均為10.0m3/s，布置5臺機組，單機設計流量均為2.0m3/s，各級泵站的結構布置基本相同，僅在廠房層間高度、進水池和出水池深度、特征水位等方面略有差別，故僅以一級排水泵站為例。進水建筑物：排水泵站進水建筑物包括進水閘、進水池和攔污柵。進水閘布置于上游渠道末端，鋼筋混凝土結構，平板鑄鐵閘門。進水閘設計流量8.0m3/s。閘室段長4.0m，寬9.0m，檢修平臺與啟閉平臺高差為3.0m，其間設鋼梯連接。進水閘上游均設8.0m長漸變段與引水渠(或上一級排水渠)連接，由渠道的梯形斷面漸變到閘室的矩形斷面。
進水池頂部開敞，采用鋼筋混凝土結構，池底高程332.4m，池頂高程337.4m，底板厚0.6m。建筑物基礎均座落于低液限粘土上，地基設0.5m厚夯插片石和碎石墊層。主廠房設計：主廠房上部為單層框架結構，平面軸線尺寸26.15×6.9m，安裝間高程為室內地坪高程339.0m，安裝間地面至廠房主梁底面凈距8.0m，主梁高0.8m。廠房內布置5臺立式軸流泵，從右至左分別為1#～5#機組，機組間距分別為4.1m、4.2m、4.2m、4.1m。機組中心線至上、下游墻軸線距離均為3.45m。安裝間布置于主廠房左側，寬3.9m;主廠房大門位于左側邊墻中部，門寬3.6m，高4.2m。主廠房基礎座落于低液限粘土上，地基設1.0m厚夯插片石，碎石找平層。
副廠房設計：副廠房位于主廠房下游側，平行于主廠房布置，單層磚混結構，長26.15m，進深6.0m，高4.9m，布置中控室、高壓開關室、電容器室等。副廠房室內地面高程與主廠房地面齊平。副廠房為普通磚混結構，370mm磚墻，上下游側墻基礎為鋼筋混凝土(兼做鎮墩)，其余采用鋼筋混凝土條形基礎，底部和頂部各設一道圈梁，屋面板為現澆鋼筋混凝土板，厚150mm，梁、柱及屋面板混凝土強度等級均為C25。副廠房室內地面采用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：本工程各級泵站均為排水泵站，具有揚程低、流量大、出水管道長度短等特點，因此，本工程各泵站壓力出水管道均選用鋼管。
根據各泵站水泵機組配置和管路損失計算結果，各級泵站均布置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，開敞式梯形鋼筋混凝土結構，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漸變為3.0m，漸變段底板縱坡1∶5。水池底板厚0.6m，邊墻頂厚0.5m，均為現澆鋼筋混凝土結構，混凝土強度等級C25，抗滲等級W4，抗凍等級F50。出水池末端通過扭面與下游梯形渠道銜接。
4結語
西塬湖水庫應急加固工程任務為防洪、水生態環境等，汛期緩洪、滯洪，非汛期調蓄城市排水，促進周邊水生態環境恢復。工程建成后，不僅有效地保護了鹽湖、關帝廟、南同蒲鐵路和周邊的村莊，同時對改善該區的生態環境、提升城市品位具有良好的社會效益和生態效益。
作者：朱敏榮 單位：山西省水利水電勘測設計研究院
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