托卡依水库除险加固工程方案

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摘要：从工程布置、地质条件、工程运行、引水防沙效果、工程调度运行安全、施工管理及工程投资等方面综合比较，方案一（分洪渠首+底孔冲砂泄洪洞+坝体+涵洞）工程布置优势在于分洪渠首的分洪作用，使设计洪水部分入库，校核洪水不入库，减少泥沙入库沉积量。底孔冲砂泄洪洞对水库冲沙起到一定作用，增加水库使用年限。施工期通过在渠首上游修建导流渠0.86km、导流堤及渠首围堰工程，将上游来水（包括洪水）全部导入库区外围，不影响水库的施工，缩短工期，投资少。工程调度运行管理在分洪渠首上要复杂一些，设计洪水部分入库，校核洪水由分洪渠首泄入下游河道，能保证水库安全，安全性更高。因此，方案一具有总体布置合理、调度运行安全、冲砂效果好、工程量小、投资少等优点，此次推荐方案一为水库除险加固方案。

关键词：水库；除险加固；比选

1工程概况

托卡依水库位于阿图什市正东18km处，为灌溉、防洪等综合利用的水库枢纽工程。水库于1968年设计，1969年修建，1970年投入运行。经过多年运行，存在一定的安全隐患，经过安全鉴定，亟需除险加固。加固后水库总库容3100万m3；水库正常蓄水位1238.50m，库容1847万m3；水库死水位1237m，库容500万m3，属Ⅲ等中型。

2库区地质概况

地形地貌：水库位于布谷孜河冲洪积平原中下部、山前冲洪积扇扇缘及泉水溢出带附近，总地势北高南低、西高东低。库区区域稳定性差，地震基本烈度为Ⅷ度，地震动峰值加速度值为0.30g，反应谱特征周期为0.65s。地层岩性：库区地质条件较简单，地层主要为第四系松散堆积物，成因为洪积、冲积、沼泽相沉积，岩性主要为冲洪积粉土、淤泥质粉土、冲积砂砾石。水文地质条件：库区位于布谷孜河冲洪积平原的中下部，含水层类型自西向东由单一结构潜水含水层变为多层结构的承压含水层，水库位于潜水溢出带附近，地下水矿化度一般为1～3g/l，水化学类型以Cl·SO4～Na·Mg型为主，局部为SO4·Cl～Na·Mg型。库坝区不同地带地下水位变幅值为0.10～0.50m。

3存在主要问题

①水库库区淤积严重，致使水库兴利调节能力降低，严重影响了水库防洪安全。②坝顶高程低于规范标准，致使水库不能安全运行；坝体碾压质量不均匀；部分坝段坝后浸润线出溢点较高，有积水现象，坝后坡存在渗透稳定问题；水库现有原型观测设施破坏严重，无法监测。③涵洞进出口段不满足设计坝坡要求，出口八字墙结构失稳，不满足水库安全输水要求；涵洞工作闸门与检修闸门上的启闭机均露天设置，锈蚀较严重，工作闸门止水破损，启闭不严；涵洞后接0.33km输水干渠，渠壁坍塌、长满杂草。渠系建筑物破损严重，不能安全放水；水库管理无电力设施，采用柴油机临时发电。④溢洪道泄洪不满足结构稳定要求，后接泄洪通道没有完全疏通。

4工程方案比选

4.1方案一［（分洪渠首+底孔冲砂泄洪洞+坝体+涵洞（设计洪水部分入库）

托卡依水库大坝为均质土坝，坝长10km，其中主坝段长6.63km，副坝长3.38km，此次除险加固对大坝进行加高培厚，坝顶加高至1241.70m，上游坝坡1∶3，下游坝坡1∶2.50。在坝体桩号6+624处布置底孔冲砂泄洪洞，采用城门洞型，两孔布置，孔口尺寸2.50m×3.00m。设计最大泄洪流量85.64m3/s。拆除主坝5+800处老涵洞后原址新建涵洞，涵洞采用城门洞型，断面尺寸1.20m×1.80m。在水库上游3.50km入水口处修建分洪渠首，渠首由5孔引洪闸和3孔冲砂闸及80m宽溢流堰组成。

4.2方案二（溢洪道+坝体+涵洞）

水库大坝均质土坝，对大坝进行加高培厚，坝顶加高至1243.20m，上游坝坡1∶3，下游坝坡1∶2.50。拆除主坝5+800处老涵洞后原址新建涵洞，涵洞采用城门洞型，断面尺寸1.20m×1.80m。在主坝桩号6+624处新建无闸控制溢洪道，宽度165m，堰顶高程1238.50m，拆除原9+350处溢洪道改建坝体。

4.3工程布置方案比选结果

此次枢纽布置比选从各方案的枢纽布置、地形地质条件、工程安全、施工条件和工程投资等方面进行综合技术经济比较，以选择最优方案，见表1。4.3.1施工施工期方案一在渠首上游修建导流渠0.86km、导流堤及渠首围堰工程，将上游来水全部导入库区外围。方案二修建库外导流渠2.80km，洪水由库外导流渠排放，工程量大，投资多。故不论是工期保证还是工程投资，方案一更优。4.3.2地形、地质条件方案一渠首工程位于库区上游西南方向，场区总地势西南、西北高，东北、东南方向低，地面坡降约0.10%，地形较平坦开阔，地面生长红柳等灌木。地基土岩性为低液限粉土和低液限粘土，低液限粉土和低液限粘土呈互层状，沉积原因为冲洪积，局部夹有粉细砂透镜体。底孔冲砂泄洪洞位于大坝放水涵洞以南桩号6+624处，坝后为一条自然冲沟—托卡依水库老河道，老河道走向大致呈SE114°，河道宽50～90m，河道深5～7m，受水库渗漏影响，坝后河道内长年积水并向下游径流排泄。老河道下游地形平坦开阔，5km范围内均为冲洪积细土平原，地面自然坡降约0.16%。方案二溢洪道布置在大坝放水涵洞以南桩号6+624处，地形、地质条件与方案一的底孔泄洪洞一致；方案二工程布置内容要比方案一少，减少了基础处理的内容，相比方案一更优一些。4.3.3工程引水防沙效果方案一设计洪水部分入库，校核洪水不入库，减少泥沙沉积量。底孔冲砂泄洪洞在泄洪的同时，对水库冲沙也起到一定作用，增加水库的使用年限。方案二设计、校核洪水入库，泥沙沉积量增加，溢洪道底高程1238.50m，高程较高，不利于冲砂，增加了水库泥沙淤积，且减少水库的使用年限。因此，方案一较优方案二些。4.3.4调度运行及安全方案一程调度运行管理在分洪渠首上要复杂一些，设计洪水部分入库，校核洪水由分洪渠首泄人下游河道，上游布置分洪、泄洪渠首能保证水库的安全。方案二工程调度运行管理相对方便，发生设计标准洪水时，水库可以通过自身调节，能够发挥水库蓄洪调峰的作用，但是100年一遇洪水全部入库，会危及大坝及下游铁路的安全。所以从调度运行及安全上方案一更优一些。4.3.5经济上比较从投资上来说，方案一工程投资18344.15万元，方案二工程投资19675.83万元，方案一投资最少。5结论从工程布置、地质条件、工程运行、引水防沙效果、工程调度运行安全、施工管理及工程投资等方面综合比较，方案一具有总体布置合理、调度运行安全、冲砂效果好、工程量小、投资少等优点，故方案一作为水库除险加固方案。

参考文献：

［1］郑兆江.新疆某水库除险加固方案探讨［J］.黑龙江水利科技，2020（2）.

作者：卢康林 单位：新疆昌吉方汇水电设计有限公司