白龙潭水库除险加固工程设计要点探讨.pdf

882023年9 月规划设计与建筑江西建材白龙潭水库除险加固工程设计要点探讨冯文杰北京市密云区水务局，北京101500摘要：文中以北京市密云区白龙潭水库为例，对水库除险加固工程溢流坝改造、坝体防渗、大坝稳定应力复核等问题进行分析。本次除险加固解决了水库抗洪能力不达标和渗漏问题，保障了溢洪道的安全。关键词：中小型水库；除险加固；水利工程中图分类号：TV41文献标识码：B文章编号：10 0 6-2 8 9 0（2 0 2 3）0 9-0 0 8 8-0 3Discussion on Key Points in the Design of Bailongtan ReservoirReinforcement ProjectFeng WenjieBeijing Miyun District Water Bureau,Beijing 101500Abstract:Taking Bailongtan Reservoir in Miyun District,Beijing as an example,the problems of overflow dam transformation,dam bodyseepage prevention,dam stability stress review and other problems in the reservoir reinforcement project were analyzed.Through thisreinforcement,the problems of substandard flood resistance and leakage of the reservoir were solved,and the safety of the spillway wasguaranteed.Key words:Small and medium-sized reservoir;Reinforcement in danger;Water conservancy project1工程概况北京市密云区水务局于2 0 2 0 年7 月对白龙潭水库进行安全鉴定。水库大坝安全综合评价为三类坝，主要建筑物包括挡水坝、溢流坝、灌溉输水管。大坝为浆砌石重力坝，坝顶总长100m，其中挡水段坝顶长8 2 m；溢流坝段堰顶总长18 m，位于坝顶中央，实用堰型式。2地质条件工程区基线地面运动最大加速度为0.15g，相应地震烈度为VI，响应谱的特征周期为0.45s。通过对场地类型的修改，得到了最大地震动的最大加速度值为0.112 5g，反应谱的特征周期为0.3 0 s。坝体下游存在大量渗水部位，虽然渗水不多，但在季节性变化中，会发生明显的冻融循环破坏，从而威胁坝体的安全。坝基、坝肩岩体完整，不存在渗漏问题。溢洪道下游“龙潭”年代久远，未因水库泄洪进一步扩大，未对坝基抗滑稳定产生不利影响。两岸边坡为岩质边坡，地形对称，植被发育，多数结构面为闭合-微张状态，无软弱结构面，边坡整体处于较稳定状态。3工程现状及存在问题3.1挡水坝段目前整体外观较好，但左、右岸挡水坝下游坝面均有渗水，3.2溢流坝段溢流坝段位于主河床，整体外观较好1。堰面混凝土结构表面普遍存在冻融剥蚀现象，且坝段间横缝长有杂草；下游坝作者简介：冯文杰（19 7 9-），男，北京人，本科，工程师，主要研究方向为水利工程建设。面局部砌石勾缝脱落；因溢流坝泄洪无法观测到下游坝面是否有渗水现象 2-3 3.3灌溉输水管2006年大坝除险加固工程计划修复输水管上下游闸阀及启闭设备，因进口检修闸门前淤积严重，闸门无法正常启闭，未实施。现状输水管进口泥沙淤积严重，启闭机陈旧简陋，电控设施老化，出口闸阀漏水，锈蚀严重，不能通过输水管放水调蓄水位。4除险加固设计4.1设计原则（1）本工程为现状工程改建。工程布置时，既要考虑坝体的现实环境，也要根据周边地形、地质地貌特征，采用合理的施工技术，降低施工难度和工程造价 4。（2）对现状设施的改造应消除存在的安全隐患，充分发挥水库防洪灌溉作用 5-6。4.2溢流坝改造本工程改造方案为：将现状溢流坝堰顶高程降低2.5m，同时，考虑维持原汛限水位2 8 1.6 3 m，在现状溢流坝增设闸门。经改造后，该方案设计坝顶高程为2 8 2.8 6 m，高于校核洪水位282.64m；设计防浪墙顶高程为2 8 4.0 6 m，高于水位+坝顶超高高程为2 8 3.6 1m，满足规范要求。具体工程措施为：自上游至下游，从2 7 7.9 3 m以下将现状溢流坝凿出台阶状，植筋、浇筑C30W4F150混凝土，浇筑后溢流坝堰顶高程为2 8 0.6 3 m，改造后溢流堰宽仍为18 m，堰型为WES实用堰，并在堰顶增设闸门。4.2.1溢流坝改造本工程拟安排在非汛期施工。工程施工前，通过灌溉输水89.2023年9 月江西建材规划设计与建筑管（直径为0.5m，进口高程为2 6 6.45m）放空水库。将溢流坝段上游2 7 7.9 3 m以上高程溢流坝体整体拆除，为新建溢流坝堰面曲线，继续将下游溢流坝凿出台阶状，台阶级高1m。同时，将溢流坝向两侧挡水坝段各凿宽2.2 m，留出中墩及边墩空间。将现状台阶面及两侧凿毛后，使用高压水枪清洗表面浮渣，植入16钢筋，植人深度为6 0 0 mm，外露长度为50 0 mm，植筋间距为6 0 0 mm，矩形布置。然后采用C30W4F150混凝土浇筑溢流堰面及闸墩，浇筑后溢流坝堰顶高程2 7 9.13 m，溢流坝堰面采用WES实用堰溢，改造后溢流堰为两孔，单孔宽9 m，中墩厚2 m，边墩厚1.2 m，两侧边墩外分设钢直梯带护笼至闸顶。闸门尺寸为9 m2.8m，闸门形式为液压平板钢闸门。闸墩墩顶高程为2 8 4.8 2 m，墩顶上设1.5m高排架柱，排架柱顶架设液压启闭机。4.2.2输水管闸房改造结合输水管进口蝶阀启闭设施及溢流坝改造，本次工程将现状输水管闸房拆除，并扩建闸房，将泄洪闸液压机、控制柜、输水管进口蝶阀等均布设其内，扩建后闸房尺寸为10 m4m，闸房北侧设5.0 5m4m平台，平台上布设储能柜，外侧设防浪墙。4.3坝体防渗将挡水坝段坝顶防浪墙及下游栏杆拆除，然后将挡水坝278.86m高程上防浪墙下部现状坝体凿除，开凿面凿毛、清理后植筋16 6 0 0 mm，植入现状坝体内6 0 0 mm，外露50 0 mm，然后在坝体段重新浇筑C20W4F150混凝土，同时将上游防浪墙浇筑为一体结构（形成上游坝面立体防渗），重建防浪墙墙高1.2m，墙顶高程2 8 5.0 6 m，采用C20W4F150混凝土。同时对上游坝面进行清理，然后刷防渗涂料（聚脲厚2 mm）。4.4大坝下游坝面修复大坝下游面表层存在风化现象，且部分砂浆脱落，遍布遗存的坝体渗迹及灌浆浆液渗迹。为提升大坝的耐久性和坝面美观性，本工程设计对大坝下游面进行修复。工程措施为对下游浆砌石表面采用喷砂清基处理，去掉坝面酥松、起鼓的破损层，凿除砌石缝中的破损砂浆达到坚实层，然后用聚合物砂浆勾缝。4.5输水管进出口结构设备更新右岸挡水坝设1根直径为0.5m灌溉输水管，灌溉输水管穿过坝体，进口底高程为2 6 6.45m，并在灌溉输水管出口设置闸房1座。目前水库已无灌溉需求，通过灌溉输水管向下游放水。现状输水管进口泥沙淤积严重，启闭机陈旧简陋，电控设施老化，出口闸阀漏水，锈蚀严重，不能通过输水管放水调蓄水位。本次设计更新输水管路1套DN500进口闸门、启闭机和1套DN500主管出口闸阀、2 套DN200支管出口闸阀等设备。4.6大坝安全监测设计采用GNSS技术对水库坝体表面位移量进行实时监测预警，北斗/GPS数据采集系统将卫星观测数据发送至大坝中控室，中控室的高精度北斗/GPS数据处理软件对数据进行实时存储、解算和分析，实现数据综合管理、报表生成、预警预报等功能。结合现场情况，在水库大坝共布设4处监测站；在水库西侧和北侧布设2 处基准站作为北斗/GPS监测站的参考基准。监测站主要由监测墩与监测数据采集系统组成，基准站主要由基准墩与基准数据采集系统组成。基准站需建在坚固、不会变形的基岩上。大坝自动观测系统建成后，应做好大坝历史变形观测数据的整理，注意连续性，防止数据割裂，避免影响对大坝变形的预警和判断。4.7大坝稳定应力复核4.7.1计算工况根据SL25一2 0 0 6 砌石坝设计规范规定，大坝稳定应力计算应考虑水库运行中的不利条件。结合白龙潭水库工程实际情况，对挡水坝段进行稳定应力计算，如表1所示。表1荷载组合表荷载荷载组合组合情况自重静水压力扬压力淤沙压力浪压力地震荷载动水压力冰压力土压力正常蓄水位V基本组合设计洪水位校核洪水位特殊组合地震情况V4.7.2稳定计算剪强度计算公式如下：K=fZw/Zp(1)式中，K为按抗剪强度计算的抗滑稳定安全系数，Zw为作用于计算截面以上坝体全部荷载（含扬压力）对滑裂面的法向分值（kN），Z p 为作用于计算截面以上坝体全部荷载（含扬压力）对滑裂面的切向分值（kN），f 为滑裂面上的摩擦系数，f=0.7。（2）计算结果详细见表2表2 稳定计算结果表特殊荷载特殊荷载基本荷载组合工况组合（1）组合（2）正常蓄水位设计洪水位校核洪水位地震情况允许抗滑安全1.051.051.001.00系数挡水坝段抗滑稳1.581.551.371.38定安全系数:90上接第8 7 页）-上接第8 5页）规划设计与建筑2023年9 月江西建材计算结果表明，抗滑稳定满足规范要求。（3）应力计算坝基应力采用材料力公式如下：0,=ZW/T6ZM/T2(2)式中，T为坝体计算截面上游、下游方向的宽度（m），Z w 为计算截面上全部垂直力之和（包括扬压力，下同），以向下为正。对于实体重力坝，计算时切取单位长度坝体（下同），M为计算截面上全部垂直力及水平力对于计算截面形心的力矩之和，以使上游面产生压应力者为正。坝体应力计算结果详见表3。表3坝体应力计算结果表kPa特殊荷载特殊荷载基本荷载组合工况组合（1）组合（2）正常蓄水位设计洪水位校核洪水位地震情况砌体容许压应力2.60030002.6003000挡水坝段坝趾523.35544.42604.68564.12应力挡水坝段坝距60.7827.07-14.726.54应力计算结果校核洪水位工况上游坝基面出现拉应力，与2 0 0 6年除险加固应力复核结论基本一致。考虑不破坏白龙潭风景区景观，2 0 0 6 年除险加固采用的措施为：上游新浇混凝土与基岩面设 2 5间距0.5m螺纹钢筋锚人基岩内0.6 m，同时，在坝体上游边缘与坝基结合处，加设2 排25螺纹钢筋锚入基岩内25m（间距不详），以改善上游坝基面拉应力。4.8大坝挡水安全复核水库大坝为浆砌石重力坝，为小（2）型水库，工程等别为3结语综上所述，城市更新作为我国新时代城市治理的重要内容，也是推动城市“内涵式”高质量发展重要举措。本文立足龙岩市情特点，学习借鉴其他地市先进经验，建立综合统筹、政策支撑、组织保障、试点先行的更新模式，能科学有效推动城市更新，完善城市功能，优化产业结构，提升城市品质，塑造城市风貌，为聚力建设闽西革命老区高质量发展示范区、打造有温度的幸福龙岩奠定基础。参考文献1】李波，马杰.浅析“存量规划”背背景下有机更新的创新路径J】。参考文献【1】孟新森.中小城市商业综合体公共空间设计策略分析【J.房地产世界，2 0 2 1（8）：2 6-2 8.2张智，闫永涛，马毅飞，城市商业综合体建筑设计分析【J。中外建筑，2 0 2 1（2）：153-156.【3】林恩.商业综合体步行公共空间的人性化设计：福安东百商业广V等，主要建筑物级别为5级。根据SL25一2 0 0 6 砌石坝设计规范，大坝挡水应满足以下条件：（1）坝顶高程应不低于校核洪水位；（2）坝顶上游侧防浪墙顶高程与水库正常蓄水位的高差，或与校核洪水位的高差，应不小于波高、波浪中心线至水库正常蓄水位或校核洪水位的高差及安全超高三者之和。经计算可知，该水库正常蓄水位计算坝顶超高值约为1.0 7 m；（3）校核洪水位计算坝顶超高值约为0.9 7 m。该水库大坝挡水高度满足防洪标准要求。5结语综上所述，本次除险加固工程解决了白龙潭水库抗洪能力不达标和渗漏等问题，确保了溢洪道安全稳定。为保证水库大坝施工安全，需从工程实际出发，针对当前施工问题，建立完善的安全监测体系，强化设备保养，及时清除水库淤泥，提升施工技术和管理水平，从源头上降低施工风险，在保障施工质量的同时，提高工程的安全性和可靠性。参考文献1】杨玉友.荒田沟水库施工导流方案优化与施工【J】。四川水利，2022,43（4):8 9-9 2.2张恒，於蕊，马阔。日照市东港区窝疃水库施工导流设计J.山东水利，2 0 2 2（7）：6 8-6 9.3赖成联.王山水库工程施工导流方案优化设计变更J.广西水利水电，2 0 2 2（1）：57-59.4杨庆华。海林市斗银水库施工导流方案研究【J.黑龙江水利科技，2 0 2 1，49（8)：17 6-17 8.5苏刚，龚晶，黄钢.青墩水库除险加固工程施工导流设计【J：山东水利，2 0 2 1（8）：41-42，49.6 5张涛，秦晓亮，李志伟，等.广安龙滩水库施工导流方案比选J】.陕西水利，2 0 2 1（5）：19 0-19 2，19 5.建筑与文化，2 0 19（3）：7 5-7 6.【2 刘巍，吕涛.存量语境下的城市更新：关于规划转型方向的思考J】.上海城市规划，2 0 17（5）：17-2 2.【3】杨帆.存量空间下看城市更新趋势J】.中国房地产，2 0 2 0（2 3）10-12.45张松。积极保护引领上海城市更新行动及其整体性机制探讨J.同济大学学报（社会科学版），2 0 2 1，3 2（6）：7 1-7 9.5赵燕菁，宋涛.城市更新的财务平衡分析一一模式与实践J城市规划，2 0 2 1，45（9）：53-6 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