这篇水利工程论文投稿发表了西塬湖水库应急加固工程设计研究，论文以西塬湖水库的工程，发现了其中存在的部分坝段的安全隐患以及防洪标准，提出了对大坝加固、对分洪和排水工程改造的应急加固措施。探讨了水库工程设计的原则，提升城市品位具有良好的社会效益和生态效益。
[关键词]水利工程论文投稿,西塬湖水库,水库工程
1工程概况
运城市盐池是我省重要的化工基地之一，西塬湖水库是运城市盐池西部防汛的重要设施之一。西塬湖水库位于运城市西南20km处的盐湖区解州镇西北部，属涑水河流域，库区现状为硝池滩，其东侧紧邻北门滩，南侧为南同蒲铁路。汛期缓洪、滞洪，非汛期调蓄城市排水，促进周边水生态环境恢复，与盐城西端的北门滩、运城市主城区的泄洪骨干工程之一常硝渠、三级排水泵站及排水渠构成防洪系统。西塬湖水库库容6800m3，水位337.5m。工程由水库工程、排水工程和分洪工程组成。
2工程存在的主要问题
2.1水库大坝为三类坝
西塬湖水库大坝兴建于50年代，没有溢洪道和泄洪洞等泄洪设施，排水能力不足，长期高水位运行，防洪能力不足，堤坝年久失修，局部变形塌陷，坝体抗滑及抗震稳定安全系数不满足规范要求，防浪墙破损严重，下游未设排水设施，部分坝段和坝基存在渗流安全隐患，泵站老化，机电设备与金属结构报废。依据山西省水利厅的安全鉴定结论核查，综合评价西塬湖水库大坝为三类坝。
2.2现状防洪安全形势紧迫
水库排水能力不足，高水位运行，防洪能力不满足防洪标准要求。经实地工程勘察测量，西塬湖水库现状情况下维持336.7m的高水位运行，对应库容5233万m3，最大库容为6547万m3，现状情况下汛期来临时有效蓄洪库容仅为1314万m3，无法容纳50年一遇最大3日洪量2907万m3、100年一遇最大3日洪量3201万m3，不满足防洪安全要求，到汛期有洪水进入硝池滩时，将会形成洪涝灾害。
2.3泵站抽排能力不足
西塬湖水库原为运城市滞洪区，是一片封闭的洼地，现状库内存水排泄分为两种方式：一是通过三级排水泵站抽排至姚暹渠再经涑水河、伍姓湖排入黄河;二是经分洪闸向下游的北门滩、盐池自流排泄。由于北门滩、盐池容量有限，需要依靠排水泵站及渠道抽排，现状最大排泄流量仅为2.33m3/s，且各级排水泵站年久失修，三级排水渠道经2013年应急改造后渠道设计流量为8.0～9.3m3/s左右。依照现状的泵站设计流量2.33m3/s，排空50年一遇最大3日洪量2907万m3需要288天，需要将近一年的时间，排空时间太长，根本无法在汛期及时腾空库容迎接连续发生的洪水。
3工程应急加固改造设计
西塬湖水库应急加固改造工程由水库工程、分洪工程和排水工程等组成。水库工程包括水库东侧现有大坝段的加固改造、常硝渠调节闸和溢洪道。分洪工程包括北门滩连通闸、北门滩分洪闸以及长约1.1km的分洪渠。排水工程包括三级排水泵站、引水渠(0.95km)以及沿线交叉建筑物等。引水渠在原渠道基础上通过清淤、衬砌减糙等工程措施实现引水功能。三级泵站均在原址拆除重建。
3.1水库工程设计
3.1.1大坝加固设计西塬湖水库汛限水位334.60m，正常蓄水位335.40m，设计洪水位336.63m，校核洪水位336.73m。本次设计仅对现有大坝进行加固改造，大坝总长2.68km，其中与南同蒲铁路平行段长0.68km、临北门滩段长2.0km。现状坝顶路面为泥结碎石路面，经过多年运行，路面坑洼不平,本次改造为混凝土路面，与铁路平行段路面宽4.0m、临北门滩段路面宽6.0m。经方案比较，大坝加固改造推荐格宾石笼护坡方案，即上游坝坡在335.0m以下碾压抛石护坡护脚，高程335.0m以上堆放格宾石笼护坡，复合土工膜(两布一膜)防渗，格宾石笼与复合土工膜之间设置砂砾料保护层,现有浆砌石护坡采用水泥砂浆抹面，防止损坏土工膜。格宾石笼堆放的平均坡比为1∶2.0。坝顶高程为338.80m～339.2m。坝顶上游侧设置0.8～1.2m高浆砌石防浪墙，防浪墙顶高程340.0m，坝顶路面铺为混凝土路面。下游坝坡坡比为1∶2，高程334.4m以下碾压抛石，高程334.4m以上生态砖护坡。
3.1.2常硝渠调节闸常硝渠调节闸退水闸位于库区东北，承担常硝渠入库和水库开闸分洪的任务，其中心线垂直于坝轴线，位于大坝桩号2+306.00处。正常情况下水流由常硝渠流入水库，超过50年一遇设计洪水需要分洪时，水流由水库通过常硝闸溢洪道排入北门滩。常硝渠调节闸设置3孔平面铸铁闸门，闸门尺寸3.0m×3.0m。闸底板高程335.00m，闸室段长10.6m，宽13.1m，闸墩顶高程(检修平台高程)339.00m，启闭平台高超343.40m。闸底板厚0.6m、闸墩厚1.0m、过坝段顶板厚0.6m，采用C25钢筋混凝土结构整体浇筑。启闭平台至检修平台间为排架柱，设钢梯连接。闸室段进口设5m长铺盖，采用C20素混凝土结构;进口两侧设八字形翼墙与大坝上游坝坡连接，平面扩散角35°。
3.1.3溢洪道溢洪道布置在常硝渠调节闸东南侧，溢洪道(包括常硝渠调节闸)全长65m，其中：桩号溢0-005.00～溢0+000.00为常硝渠调节闸铺盖;桩号溢0+000.00～溢0+010.60为常硝渠调节闸闸室段;桩号溢0+010.60～溢0+033.40为结合段;桩号溢0+033.40～溢0+039.40为溢洪道闸室段，采用C25钢筋混凝土整体浇筑，2孔，每孔净宽3.0m，闸室段长6.0m，宽9.1m，底板高程335.00m，闸墩顶高程(检修平台高程)339.00m，启闭平台高程343.40m，底板厚0.8m、闸墩厚1.0m。启闭平台至检修平台间为排架柱，设钢梯连接;桩号溢0+039.40～溢0+055.00为泄槽段，矩形断面，底宽7m，纵坡1/100，两侧C25钢筋混凝土边墙，墙顶高程338.00m～337.044m，墙顶宽0.6m，C25混凝土浇筑;桩号溢0+055.00～溢0+060.00为防护段，设800mm厚格宾石笼防护。
3.1.4大坝安全监测现状大坝无观测设施，除规范要求的巡视检查外，本次设计布置大坝外部变形观测和水位观测。西塬湖水库大坝外部变形观测包括坝面竖向位移观测和垂直坝轴线的水平位移观测。大坝坝顶长2680m，坝轴线不是一条直线，且临北门滩段大坝上下游均有水，因此，外部变形观测断面布设6个，桩号分别为0+200、0+600、1+000、1+300.0、1+700和2+200。大坝变形观测每个断面布设2个点：坝顶上游侧防浪墙顶部设1个、坝顶下游坝肩外2.0m设1个。在大坝两侧2～3km范围内布设2个水准基点。共设测点12个，水准基点2个。另外，大坝桩号0+600.0、1+300.0、0+1700.0断面分别设置一个水位标尺，库区范围内现有北门滩抽水泵站、常硝渠调节闸和引水渠进口处各设置一个水位标尺。
3.2分洪工程设计
北门滩连通闸布置在西滩至中滩之间的S239公路中部，设计流量为9.0m3/s。设置1孔平面铸铁闸门，孔口尺寸3.0m×2.9m，闸底板高程332.00m，顶、底板厚0.8m、闸墩厚1.0m。北门滩分洪闸布置于北门滩东滩大坝东北端，后接分洪渠，由西向东将洪水排至运城盐池。分洪闸设计流量为9.0m3/s，设置为1孔平面铸铁闸门，孔口尺寸3.0m×3.4m，开敞式结构，闸底板高程331.50m，底板厚0.8m、顶板厚0.6m、闸墩厚1.0m。北门滩分洪渠长1.137km，设计流量9.0m3/s，梯形断面，底宽2.0m，渠深2.0m，边坡1∶1，对现状土渠进行清淤，M7.5浆砌石衬砌，尽量不占用耕地。分洪渠沿线更新改造3座机耕桥。
3.3排水工程设计现有排水泵站及排水渠建于上世纪60年代，为三级提排，排水渠东起水库西侧盐湖区底张村，西至永济市土桥村，长13.11km，包括引水渠总长0.95m和一、二、三级排水渠渠道长12.16km。3.3.1引水渠引水渠渠道改造方式受占地范围限制，改造方式为清淤、混凝土面板衬砌降糙，最大限度增加现有渠道过流能力，以满足水库排洪要求。引水渠设计流量为8.0m3/s，长0.95km，设计纵坡1/5000，进口底高程334.00m，出口底高程333.81m。根据渠道现状，引水渠横断面型式为梯形，底宽4.0m，边坡1∶1.5，设计水深1.42m，设计渠深2.20m。渠底及设计渠深范围内边坡采用100mm厚C25混凝土衬砌，在混凝土衬砌层下铺设复合土工膜加强渠道防渗，土工膜采用一布一膜。引水渠每8.0m设一道变形缝，缝宽20mm，采用沥青砂浆勾缝。
3.3.2排水泵站三级排水泵站均在原站址处拆除旧泵站重建，建筑物布局基本相同，各级泵站上游至下游均由进水闸、进水池、拦污栅、厂房、压力管道、出水池等建筑物组成，泵站进、出水均为正向，装机流量均为10.0m3/s，布置5台机组，单机设计流量均为2.0m3/s，各级泵站的结构布置基本相同，仅在厂房层间高度、进水池和出水池深度、特征水位等方面略有差别，故仅以一级排水泵站为例。进水建筑物：排水泵站进水建筑物包括进水闸、进水池和拦污栅。进水闸布置于上游渠道末端，钢筋混凝土结构，平板铸铁闸门。进水闸设计流量8.0m3/s。闸室段长4.0m，宽9.0m，检修平台与启闭平台高差为3.0m，其间设钢梯连接。进水闸上游均设8.0m长渐变段与引水渠(或上一级排水渠)连接，由渠道的梯形断面渐变到闸室的矩形断面。
进水池顶部开敞，采用钢筋混凝土结构，池底高程332.4m，池顶高程337.4m，底板厚0.6m。建筑物基础均座落于低液限粘土上，地基设0.5m厚夯插片石和碎石垫层。主厂房设计：主厂房上部为单层框架结构，平面轴线尺寸26.15×6.9m，安装间高程为室内地坪高程339.0m，安装间地面至厂房主梁底面净距8.0m，主梁高0.8m。厂房内布置5台立式轴流泵，从右至左分别为1#～5#机组，机组间距分别为4.1m、4.2m、4.2m、4.1m。机组中心线至上、下游墙轴线距离均为3.45m。安装间布置于主厂房左侧，宽3.9m;主厂房大门位于左侧边墙中部，门宽3.6m，高4.2m。主厂房基础座落于低液限粘土上，地基设1.0m厚夯插片石，碎石找平层。
副厂房设计：副厂房位于主厂房下游侧，平行于主厂房布置，单层砖混结构，长26.15m，进深6.0m，高4.9m，布置中控室、高压开关室、电容器室等。副厂房室内地面高程与主厂房地面齐平。副厂房为普通砖混结构，370mm砖墙，上下游侧墙基础为钢筋混凝土(兼做镇墩)，其余采用钢筋混凝土条形基础，底部和顶部各设一道圈梁，屋面板为现浇钢筋混凝土板，厚150mm，梁、柱及屋面板混凝土强度等级均为C25。副厂房室内地面采用C20素混凝土地面，屋面保温、防水作法与主厂房相同。压力管道：本工程各级泵站均为排水泵站，具有扬程低、流量大、出水管道长度短等特点，因此，本工程各泵站压力出水管道均选用钢管。
根据各泵站水泵机组配置和管路损失计算结果，各级泵站均布置5根压力出水管道，管道直径为1.0m。出水池：出水池位于主厂房下游侧，开敞式梯形钢筋混凝土结构，上游池壁固定泵站压力出水管道，下游与排水渠道连接。出水池总长10.0m，净宽由12m渐变为3.0m，渐变段底板纵坡1∶5。水池底板厚0.6m，边墙顶厚0.5m，均为现浇钢筋混凝土结构，混凝土强度等级C25，抗渗等级W4，抗冻等级F50。出水池末端通过扭面与下游梯形渠道衔接。
4结语
西塬湖水库应急加固工程任务为防洪、水生态环境等，汛期缓洪、滞洪，非汛期调蓄城市排水，促进周边水生态环境恢复。工程建成后，不仅有效地保护了盐湖、关帝庙、南同蒲铁路和周边的村庄，同时对改善该区的生态环境、提升城市品位具有良好的社会效益和生态效益。
作者：朱敏荣 单位：山西省水利水电勘测设计研究院
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