玉溪市水利建设大队 云南玉溪 653100
摘要：老哨房水库在2015年实施除险加固之后，其容量为12.18万立方米，能够灌溉652亩的农田，根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-200)的规定，其规模达到了小(二)型水库，工程等别为Ⅳ等，建筑物大坝、溢洪道、输水涵管等永久性结构和临时性建筑物结构均级别为5级。水库洪水设计标准为：校核洪水标准为200年一遇，P=0.5%。设计洪水标准为20年一遇，P=5%。坝体施工导流洪水标准为5年一遇（枯季），P=20%。由于老哨房水库枢纽工程已经使用多年，存在部分安全隐患，需要对其进行加固。本文通过分析峨山老哨房水库枢纽工程病险情况，提出峨山老哨房水库枢纽工程除险加固设计，以期提高峨山老哨房水库枢纽工程的安全。
关键词：老哨房水库枢纽工程；除险设计；加固设计
中小型水库在我国是一种比较常见的水利工程项目，其对于国民经济发展以及人民的日常生产生活有着至关重要的意义。但是，基于多方面因素的缘由，我国很多水库都存在一定的安全隐患问题。水利工程项目中一些输水涵管、大坝以及溢洪道均带病运行，有着很大的隐患。所以，需要对枢纽工程的三大结构进行加固，从而达到有效地消除隐患的目的，确保水库能够正常运行，完成灌溉、防洪等功能，为当地的工业发展和居民正常生活所服务。峨山县属于低纬度的高原地带，其具有“冬无严寒，夏无酷暑，冬春干旱，夏秋多雨”的气候特点，也是典型的亚热带半湿润高原季风气候区。在该区域内山原地带的水量要比河谷地带多，且在降水量方面也有很大的时空差异性。按照2001年8月1日《中国地震动参数区划图》（1：400万）标准的实施，该地区的地震动峰值加速度为0.2g，动反应谱特征周期为0.40s，地震烈度达到Ⅷ度。
1峨山老哨房水库枢纽工程现状
老哨房水库枢纽工程由大坝、溢洪道、输水涵管、排砂涵管组成。
大坝坝型为浆砌石重力坝，其顶部高程为1376.60m，坝高为22.20m，坝顶长度为65m，坝顶宽度为2.5m，上游的坡比垂直为1:0.2，内坝设置C15砼防渗面板，外部为M7.5浆砌条石；对于下游部分的坡比垂直为1:0.7，外坝设有溢流坝，采用M7.5浆砌石衬砌。
大坝中部设置了全长为17.55m的溢洪道，为WES溢流堰，堰顶高程1374.80m，其断面为4m×1.8m（宽×高），主要以浆砌石衬砌作为边墙，C15钢筋砼衬砌为底板，在控制段设置了钢筋砼桥板结构，应用挑流来达到消能的目的，尾水顺山箐挑射泄入下游河床。
在大坝右侧布置了全长为21.6m的输水涵管，规格为直径D=300mm铸铁管，采取埋管的方式，同时出口闸房位置设置了Φ300mm凡尔闸以达到控制出流的目的，该管道的最大水量能够达到每秒0.71立方米，出口位置以明渠的形式与灌溉区相接。
在大坝的左侧设置了全长22.4m的排砂涵管，规格为直径D=500mm,采取埋管的方式，同时出口闸房位置设置了Φ500mm凡尔闸以达到控制出流的目的，该管道的最大水量能够达到每秒1.79立方米，出口为消力池。
2峨山老哨房水库枢纽工程病险情况
2.1大坝病险
峨山老哨房水库枢纽工程在2014年安全鉴定中大坝病险情况如下：
（1）坝体部分的坝基、坝体及坝肩与基岩的接触带均存在渗漏问题；
（2）防洪复核能力达不到要求标准，级别太低，防洪能力也跟不上要求；
（3）溢洪道泄流达不到要求标准，其断面偏小，泄洪能力不满足3年一遇洪水。
（4）大坝在观测设备设施方面欠缺，无法完成对沉陷位移、水位标尺、测压管、渗漏量等参数进行观测。
2.2金属结构病险
输水涵管以及冲砂涵凡尔闸存在腐蚀的问题，其100%面积被锈蚀，厚度达到了1～2mm，使得闸门启闭存在不便，铸铁管有一定锈蚀。
2.3配套设施病险
水库缺少通讯设施，没有日常生活照明用电设施，没有设置专门的管理建筑物以及管理人员。按照此项目2014年的《大坝安全鉴定报告书》，最后的鉴定结论为：工程质量不合格；运行管理差；防洪安全性评价为C级；结构稳定安全评价为C级；渗流稳定安全评价为B级；抗震稳定安全评价为B级；金属结构安全评价为C级。
3峨山老哨房水库枢纽工程加固设计
按照2014年对于该水库的勘察结果以及安全鉴定报告，需要对水库枢纽部位进行除险加固，即大坝、溢洪道、输水涵管和排砂涵管。基于水库的关键建筑物存在一些病险情况，对老哨房水库除险加固相关工程设计如下：使用帷幕灌浆技术完成大坝的防渗处理；基于泄洪要求需要完成扩建溢洪道工作，对排砂涵管、输水涵管等部件的闸阀进行更换，修建排砂涵管闸室门、水库管理房以及坝顶防浪墙。
3.1坝体结构设计
（1）坝顶结构及坝坡设计
大坝坝型为浆砌石重力坝，其顶部高程为1376.60m，坝高22.20m，坝顶长度为65m，坝顶宽度为2.5m。在完成了坝顶防浪墙修建后，通过计算大坝的抗滑稳定性得知，目前满足相关要求，同时也设置了防渗面板，因此不需要对坝体和上下游进行处理。
按照调洪计算，在全部水位稳定不变的情况下，需要把溢流堰修建到8米的宽度，同时增加80cm高的防浪墙，其高程为1377.40m。
（2）大坝观测设施
因为老哨房水库属于重力坝，而且坝顶比较窄，所以在观测设施方面存在一定的不便，所以不在此区域布置观测设施，将水位尺设置在库区中。
3.2坝料设计
（1）砂料：
砂料场在化念羊毛冲箐，属于花岗岩风化，其质量优质，运输距离大约为5Km。
（2）块石料
块石料场在新平杨武高城石料场，属于灰岩，岩石质纯性脆、弱风化、锤击声音清脆，质量比较优质，而且储量也比较大，该区域具有600～700m3/d的生产能力，符合工程要求标准，运输距离大约为25km。
（3）公分石料
公分石料场在化念育英村，属于灰岩机制，岩石质纯性脆、弱风化、锤击声音清脆，质量优质且储量大，该区域具有200～300m3/d的生产能力，符合工程要求标准，运输距离大约为12km。
（4）水泥
水泥材料来源于新平杨武水泥厂，运输距离为16km。
3.3坝基处理
坝体、坝基及坝肩均采取帷幕灌浆设计，从安全鉴定结果来看，老哨房水库的坝体、坝基及结合部都有渗漏的问题，所以需要采取帷幕灌浆技术来完成对坝体、坝基及两坝肩的维护。
（1）灌浆方式及方法
应用循环式灌浆的方式来实施灌浆，砌石坝体及基岩作为充填灌浆。
（2）灌浆帷幕孔的布置
采取孔距为2.0m布孔型式的单排帷幕灌浆坝体。
（3）帷幕长度及深度确定
幕长：根据设计要求，其长度控制在72m。
幕深：帷幕灌浆孔孔深达到相对隔水层顶板，也就是基岩界线。
（4）灌浆材料
使用纯水泥浆来完成砌石坝体及坝基基岩灌注。
（5）工程量
大坝帷幕灌浆孔总数为37个，824.90m的总进尺。
3.4设计计算与验证
3.4.1设计计算
（一）坝体渗流计算
老哨房浆砌石重力坝根据《浆砌石坝设计规范》（SL25-2006）在坝体上游面设置了0.5m厚混凝土防渗面板（抗渗标号W4）。按照2014年安全鉴定钻孔成果，坝体水位相对较低，浆砌石后C15砼防渗面板对坝体具有良好的防渗性能，灌浆改善后坝体及坝基渗漏问题基本得以解决。
（二）坝坡稳定分析
依据水利相关规范进行稳定分析，分析方法采用结构力学法，重力坝级别：5级，结构安全级别：3级，地震设计烈度：8度。
①截面应力验算
（a）经计算，重力坝在正常蓄水位、设计洪水位和校核洪水位工况下的坝基面、坝踵、坝趾的垂直应力满足以下要求：
1)应用期，各种荷载（地震除外）组合下，拉应力是不应该出现在坝踵垂直应力中，坝基容许压应力也应该大于坝趾垂直应力；
2）运用期，地震荷载的作用下，坝踵、坝趾的垂直应力需要满足《水工建筑物抗震设计规范》（SL203）的要求；
3）施工期，坝趾垂直的拉应力应该控制在0.1MPa内。
（b）经计算，重力坝坝体应力在正常蓄水位、设计洪水位和校核洪水位工况下满足以下要求：
1）运用期，拉应力是不应该出现在坝体上游面；
2）运用期，坝体最大主压应力需要低于混凝土的允许压应力值；
3）运用期，在地震情况下，坝体上游面的应力需要满足《水工建筑物抗震设计规范》SL203）的相关要求；
4）施工期，坝体任何截面上的主压应力需要控制在混凝土的允许压应力以内；
5）施工期，在坝体的下游面的主拉应力应该控制在0.2MPa内。
②抗滑稳定计算
坝体抗滑稳定计算主要核算坝基面滑动条件，坝基深层抗滑稳定采用等安全系数法，按《混凝土重力坝设计规范》（SL319-2005）中抗剪断强度公式（E.0.1－1）、（E.0.1－2）或按抗剪强度公式（E.0.1－3）、（E.0.1－4）进行计算。
经计算，表层、深层滑动面抗滑稳定安全系数在正常蓄水位、设计洪水位和校核洪水位工况下均满足要求。
3.5输水涵管及排砂涵管加固设计
顺流的右岸布置了长度为21.6m,直径为Φ0.3m的铸铁圆形输水涵管，该管道的最大放水量达到每秒0.71立方米，在对涵管进行检查的时候发现存在泥沙堵塞的问题，使得涵管不能正常运行，凡尔闸的锈蚀面积达到100%，锈蚀厚度为1-2mm，使得其启闭非常困难。22.4米的排砂涵管位于箐底，底部有钢筋砼预制圆形Φ0.5m的有压管，同样在检查的过程中也存在被泥沙堵塞的问题，造成排沙不畅，凡尔闸启闭异常的问题。
因此，针对于以上问题，对Ф300mm输水涵管凡尔闸及Ф500mm的排砂涵管凡尔闸进行更换，并且建立排砂闸室门，从而使得水库安全系数满足设计流量要求。
3.6溢洪道设计
溢洪道设置在坝身中部，为WES型溢流堰类型，长度为17.55米，底宽为4米，其最大泄洪量19.55m³/s。改扩建后由堰流段、陡槽段、圆弧段组成，全长为17.55m，底宽为8米，设计最大泄洪量40.0m³/s。堰流段（0-000.5200～0+003.000）：为WES溢流堰，堰头椭圆方程为x2/0.52+(0.3-y)2/0.32=1，WES幂曲线方程为y=x1.85/(2×1.80.85)，溢洪道底宽8.0m，边墙高度1.8m，陡槽段（0+003.000～0+013.08）：长10.08m，边墙高1m，净宽8.0m。圆弧段（0+013.08～0+017.03）：长3.95m，底宽8m，边墙高1.0m，均采用钢筋砼衬砌。
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