黄壁庄水库是滹沱河中下游一座大(Ⅰ)型水利枢纽工程,总库容12.1亿m³,与上游28km处岗南水库联合控制流域面积24690km2,水库任务以防洪为主,兼顾工业及城市供水、灌溉、发电、养殖等。枢纽建筑物主要由主坝、副坝、黄壁庄水电站、正常溢洪道、非常溢洪道、灵正渠电站等组成。
岸坡局部岩石溶蚀、风化严重,每到雨季岸坡上松散土体大量滑落,淤积渠道,影响石津灌渠的运行。现状坡面土体裸露,与整洁、干净的黄壁庄水库管理局周边环境极不相称。因此,为保护石津灌渠输水及水质安全,对石津灌渠渠首边坡治理工程提出初步工程布置建议。
2.1功能要求及原则
为保障石津灌渠输水安全、保护渠首段水质、方便工程管理及施工,从改善石津灌渠渠首环境角度出发,工程布置以基本维持渠道自然形态及现状纵坡,在不影响电站出力及石津灌渠输水的条件下,采取工程措施与生物措施相结合的原则,对两岸岸坡进行治理,并满足如下要求:
(1)以防为主,防治结合的综合治理工程措施。增加边坡的稳定性,减少表层松散坡体的局部破坏,淤积渠道,确保渠道安全正常运行。
(2)以工程措施为主,辅之生物措施。
(3)重视坡面排水设计,减少雨水冲刷。
2.2工程布置方案
(1)纵断面布置
因石津渠渠首段渠底为基岩,维持现状纵坡,为1/2590。过水断面混凝土护坡顶高程按设计水位加超高0.2m确定,与石津灌渠加大水位基本持平。左岸于高程104.2m处设置马道,右岸于高程103m处设置马道,马道宽1m。石津灌渠左岸顶设混凝土路面,路面高程与外侧引黄渠渠顶高程一致。路面宽3m~4m。
(2)横断面布置
1)混凝土护坡布置
为保护石津灌渠坡脚免受水流冲刷、雨水冲蚀,修建混凝土护坡,护坡厚度0.4m,迎水侧边坡1:1.2~1:1.5。岸墙顶高程以设计水位加0.2m超高确定,与加大水位基本齐平。
左岸护坡自0+050起,至0+400处止,长350m,右岸护坡自0+075起,至0+375处止,长300m,护坡厚度0.4m,迎水面边坡1:1.2~1:1.5,坡高3.5m左右,混凝土结构。设置DN75排水管,排水管间距1.5m,插花布置。
2)石津灌渠岸坡防护工程布置
左岸0+000~0+025段,现状边坡为风化的石质边坡,采用高镀锌钢丝挂网防护。0+025~0+400段在高程104.2m处设置一级马道,马道宽1m,护脚宽0.4m,高0.5m,坡肩设置L型混凝土锁口收集坡面雨水,厚0.15m。马道以下边坡采用高镀锌钢丝挂网防护。混凝土框格间距3m,框格宽、高均为0.3m,水泥联锁块厚0.1m。
右岸0+000~0+075段,现状边坡为风化的石质边坡,坡面稳定,本次设计维持现状。右岸0+075~0+350段在高程103m处设置一级马道,马道宽1m,护脚宽0.4m高0.5m,坡肩设置L型混凝土锁口以收集坡面雨水,厚0.15m。马道以上边坡进行消坡减载,边坡修整至1:1.1至1:1.6,采用高镀锌钢丝挂网防护结构型式同左岸。
3)引黄渠外边坡防护布置
左岸0+030至0+280处引黄渠外边坡进行消坡整理,坡面放缓至1:2,坡面采用混凝土框格、水泥联锁块防护。护肩、护脚及框格为混凝土结构,框格间距3m,框格高0.3m,宽0.3m,联锁块厚0.1m,表层覆土厚0.3m。
4)排水布置
引黄渠外边坡坡肩及石津灌渠左岸岸顶坡肩设置混凝土锁口,锁口高于岸顶0.2m,以截留边坡外侧的雨水,两岸马道临水侧设混凝土L型墙截留马道以上的雨水。在左岸0+090、0+170、0+250、0+310、右岸0+110、0+160、0+280、0+320处设置纵向排水沟,排导截留的雨水。排水沟采用混凝土矩型槽结构,槽宽0.4m,槽深0.3m,槽厚0.15m。
5)混凝土路面布置
左岸0+050至0+400段岸顶路面硬化,采用混凝土路面,路面宽3m~4m,路面横坡1.5%,C25混凝土路面厚0.2m,14%灰土基层厚0.15m,12%灰土垫层厚0.15m。路面高程与引黄渠顶高程一致。路面临水侧设置混凝土锁口,锁口宽0.4m高0.5m,锁口高出路面0.2m以收集路面雨水,锁口上设置波形防撞栏杆,栏杆柱间距4m,栏杆高1.2m。
6)上下坡台阶布置
左岸0+375右岸0+350处设上下坡道台阶,浆砌石结构。
7)栏杆布置
左岸路面临水侧设置波形防撞栏杆。
8)坡面绿化
引黄渠外边坡与石津渠段土质边坡撒草籽绿化,并种植紫穗槐进行美化。
3.1渗透稳定计算
(1)渗透稳定计算
根据《石津灌渠渠首段边坡防护工程岩土工程勘察报告》,壤土破坏形式为流土,壤土允许水力比降为0.6,碎石密实度差,渗透系数可按150m/d考虑,允许水力比降可按0.15考虑。
据多年观测资料电站重力坝段帷幕线以后地下水水位比库水位低12m左右,水库正常蓄水位118.5m,相应石津灌渠渠首段地下水位106.5m。
(2)抗滑稳定计算
① 计算工况
正常情况1:渠首地下水位106.5m,渠道无水,临水侧岸坡。
正常情况2:渠首地下水位106.5m,渠道设计水位,临水侧岸坡。
②安全系数
按《水利水电工程边坡设计规范》规定,3级边坡抗滑稳定安全系数为:正常运用条件下边坡稳定安全系数应大于等于1.2,非常运用条件下边坡稳定安全系数应大于等于1.15。
③边坡稳定计算
采用河海大学工程力学研究所《边坡稳定分析程序(HH-SLOP r1.2)》进行计算。从抗滑稳定计算成果表可以看出,现状岸坡抗滑稳定最小安全系数均大于1,但是小于允许值。岸坡整治后抗滑稳定安全系数均满足规范要求。
(1)经稳定计算,工程布置方案满足抗渗和抗滑稳定要求,工程布置方案可行。
(2)石津灌渠渠首段边坡治理工程包括边坡防护、绿化、岸顶路面硬化工程等。工程建成后,能有效提高边坡的稳定性,保证石津灌渠输水安全。本项目具有明显的环境效益及社会效益。