沈陽市康平縣花古水庫除險加固的設計技術要點

黃延賀，侯 鍇

(1.沈陽市水利建筑勘測設計院，沈陽110015;2.遼寧省水利廳供水局，沈陽110003)

1 工程概況

花古水庫位于康平縣柳樹屯鄉(xiāng)花古窩堡村西南側，座落在遼河一級支流秀水河上游。由發(fā)源地至水庫壩址，總河長44.76 km，總平均坡度為3.25‰，流域面積為257 km2。

花古水庫于1958年5月開工，同年10月主體工程竣工，是一座以防洪灌溉為主，兼顧農(nóng)業(yè)灌溉及養(yǎng)魚的多年調節(jié)中型水庫。樞紐建筑物主要有大壩(主壩、南副壩、北副壩)、溢洪道、輸水洞2座。工程等別為Ⅲ等，工程規(guī)模為中型，水庫永久性主要建筑物(包括主壩、副壩、溢洪道、輸水洞)級別為3級，永久性次要建筑物(溢洪道尾水渠等)為4級;臨時性水工建筑物為5級。

花古水庫原設計標準為:100 a一遇設計，500 a一遇校核。按《水利水電樞紐工程等級劃分及洪水標準》(SL252－2000)規(guī)定，本次除險加固為50 a一遇設計，300 a一遇校核。

水庫總庫容2 403萬m3，校核洪水位98.50 m，設計洪水位97.40 m，正常蓄水位94.85 m，死水位93.85 m，興利庫容290萬m3，死庫容215萬m3。設計灌溉面積229 hm2，實灌面積達到或超過設計面積。

花古水庫保護下游康平、法庫兩個縣區(qū)的8個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，35個村屯的近2.1萬人口，耕地3 600 hm2，保護國道1條(101國道)及鄉(xiāng)級公路多條。

2 水庫存在的主要問題

根據(jù)《遼寧省康平縣花古水庫安全評價報告》，以及水利部大壩安全管理中心對花古水庫三類壩鑒定成果的核查意見，花古水庫主要存在以下問題。

1)水庫大壩現(xiàn)有壩頂高程、壩頂寬度不滿足規(guī)范要求。

2)主壩迎水面護坡塊石較小，護坡塊石嚴重脫落、風化，局部護坡塊石沉陷嚴重。

3)老河床段主壩壩基滲漏嚴重;主壩背水坡排水體失效。

4)溢洪道混凝土抗凍強度不夠。

5)南輸水洞有滲漏問題，存在安全隱患;北輸水洞擋土墻及翼墻整體傾斜下沉，出口消力池剝蝕嚴重，裂縫發(fā)育，其閘墩混凝土凍融剝蝕，嚴重破碎，存在安全隱患;輸水洞閘門老化，開啟不靈。

6)大壩無安全監(jiān)測設施。

3 水庫防洪標準確定

根據(jù)《水利水電樞紐工程等級劃分及洪水標準》(SL252－2000)第2.1.1、2.2.1、2.2.6條及《防洪標準》(GB50201－94)第6.1條的規(guī)定，對于山區(qū)、丘陵區(qū)的水工建筑物擋水高度低于15 m，且上下游最大水頭差＜10 m，其洪水標準按平原、海濱區(qū)標準確定。

花古水庫地理位置十分重要，花古水庫保護下游康平、法庫兩個縣區(qū)的8個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，35個村屯的近2.1萬人口，耕地3 600 hm2，保護國道1條(101國道)及鄉(xiāng)級公路多條。水庫年產(chǎn)魚20萬kg。保護對象極為重要，水庫一旦潰壩，下游將遭受巨大損失，后果將不堪設想。因此，防洪標準取上限，即水庫永久性建筑物的洪水標準:設計洪水標準為50 a，校核洪水標準為300 a。

4 死水位選擇分析

由于花古水庫壩址以上11.5 km處為張家窯小(一)水庫，11 km處為滿斗小(二)水庫，沙漠非產(chǎn)流區(qū)可認為不產(chǎn)沙，張家窯水庫和滿斗水庫并沒有排沙設施。因此，花古水庫入庫沙量計算中產(chǎn)沙面積可以只考慮張家窯水庫和滿斗水庫－花古水庫區(qū)間面積進行計算。把計算結果與實測地形圖進行比較分析，同時考慮冬季養(yǎng)魚的要求水深1.50 m，最后確定死水位93.85 m，對應庫容215萬m3。

5 正常蓄水位與興利庫容確定

花古水庫現(xiàn)狀正常蓄水位94.85 m，興利庫容290萬m3。根據(jù)水庫發(fā)展規(guī)劃可知，花古水庫的灌溉、養(yǎng)魚規(guī)模均維持現(xiàn)狀不變。因此，本次除險加固設計不改變原正常蓄水位。

6 樞紐建筑物加固措施

6.1 大壩

6.1.1 上下游護坡型式的比選

由于花古水庫位于我國北方，設計護坡時需要考慮抗凍和冰推力的作用，因此，根據(jù)《水工建筑物抗凍設計規(guī)范》(SL211－98)的規(guī)定，對上游護坡進行了以下兩種型式比選。

1)干砌石護坡:主壩上、下游護坡均從壩頂護到壩底，護坡型式為干砌石護坡厚0.4 m，碎石墊層0.2 m，砂墊層0.2 m。

2)鋼筋混凝土菱形框格內砌塊石護坡:

主壩:主壩上、下游護坡均從壩頂護到壩底，上游護坡結構型式為:在高出正常蓄水位2 m以上進行干砌石護坡，從高出正常蓄水位2 m以下采用鋼筋混凝土菱形框格內砌塊石護坡。

3)分析:水庫現(xiàn)狀為干砌石護坡，水位變動區(qū)塊石隆起嚴重，干砌石護坡向下傾斜和脫落，塊石風化嚴重，凹凸不平，局部有較大的洼坑。根據(jù)《水工建筑物抗凍設計規(guī)范》(SL211－98)的規(guī)定，康平花古水庫地區(qū)多年平均最大冰厚0.8 m，相應單寬靜冰壓力215 KN/m，內砌塊石的綜合容重γk為23.5 KN/m3，護坡與墊層的摩擦系數(shù)取0.8。

結論:根據(jù)以上分析及本地區(qū)獾子洞水庫的實驗資料，鋼筋混凝土菱形框格內砌塊石護坡的型式，沒有發(fā)生上述現(xiàn)象。本次推薦采用鋼筋混凝土菱形框格內砌塊石護坡。

6.1.2 壩基防滲型式的比選

6.1.2.1 地質情況

由地質勘探表明，壩基未作處理，壩體直接座落在中等透水性的粉砂和強透水性的細砂上，地基第一層為粉土，第二層為粉砂，第三層為細砂，第二、第三層滲透系數(shù)為7.1×10－4～9×10－5cm/s。主壩0+310－0+610樁號之間壩后漏水嚴重。

6.1.2.2 方案選擇

1)高噴灌漿處理:由地質資料可知，地基為粉細砂，厚度為6 m。因此，可灌性不好，細砂、粗砂級配單一，并且壩身較矮，高度不夠，保證不了灌漿的壓力;如果進行高噴灌漿，砂性土難以固壁，并且高噴灌漿需要防滲墻伸入巖石層一定深度。因此，本水庫壩基不適合高噴灌漿。

2)垂直鋪塑處理:由于本水庫地基為粉細砂，并且壩前淤積的細砂達到1.2 m厚。根據(jù)《土工膜施工技術規(guī)范》，本次設計采用垂直鋪塑防滲處理，垂直鋪塑范圍為主壩全長1 250 m，土工膜向下插入壩基6.17 m深。由于南北副壩壩基不滲漏。因此，本次設計對南北副壩壩基不進行防滲處理。

6.2 溢洪道的選擇

溢洪道的選擇應結合壩高進行經(jīng)濟與技術上的論證，現(xiàn)有以下3種方案進行分析確定。

方案一、溢洪道凈寬加寬至80 m增大泄量，輸水洞不參與調洪;

方案二、溢洪道寬度保持原狀，輸水洞參與調洪;

方案三、溢洪道寬度加寬至60 m，輸水洞參與調洪;

在以上的方案設計中對土壩、溢洪道、交通橋相關部分，進行工程投資比較。

6.2.1 方案一:溢洪道凈寬加寬至80 m，輸水洞不參與調洪1)主壩工程，計算結果見表1。

表1 方案一設計水位及相應的壩頂高程

主壩現(xiàn)壩頂高程為98.86～99.17 m，北副壩壩頂現(xiàn)狀高程為98.32～100.19 m可以看出現(xiàn)狀壩頂，壩頂高程不滿足規(guī)范要求。不滿足要求部分需加高至高程99.22 m，上游干砌石護坡拆除重建，采用框格混凝土護坡，下游采用草皮護坡，壩頂加寬至5 m。

2)溢洪道工程

原溢洪道全部拆除重建，溢洪道凈寬度加寬至80 m，在堰體段增設交通橋一座，設4個橋墩，總寬6 m，因此溢洪道總寬度為86 m。堰頂高程為94.85 m。新建溢洪道前鋪蓋底板為了與其庫區(qū)地形銜接高程定為93.5 m。尾水渠拓寬至100 m。

6.2.2 方案二:溢洪道寬度保持原狀，輸水洞參與調洪

1)主壩工程，計算結果見表2。

主壩現(xiàn)壩頂高程為98.86～99.17 m，北副壩壩頂現(xiàn)狀高程為98.32～100.19 m可以看出現(xiàn)狀壩頂，壩頂高程不滿足規(guī)范要求。不滿足要求部分需加高至高程99.55 m，上游干砌石護坡拆除重建，采用框格混凝土護坡，下游采用草皮護坡，壩頂加寬至5 m。

表2 方案二設計水位及相應的壩頂高程

2)溢洪道工程

原溢洪道全部拆除重建，溢洪道凈寬度為56 m，在堰體段增設交通橋一座，設3個橋墩，總寬4 m，因此溢洪道總寬度為60 m。堰頂高程為94.85 m。新建溢洪道前鋪蓋底板為了與其庫區(qū)地形銜接高程定為93.5 m。尾水渠寬度60 m。6.2.3 方案三:溢洪道寬度加寬至60 m，輸水洞參與調洪1)主壩工程，計算結果見表3。

表3 方案三設計水位及相應的壩頂高程

主壩現(xiàn)壩頂高程為98.86～99.17 m，北副壩壩頂現(xiàn)狀高程為98.32～100.19 m可以看出現(xiàn)狀壩頂，壩頂高程不滿足規(guī)范要求。不滿足要求部分需加高至高程99.35 m，上游干砌石護坡拆除重建，采用框格混凝土護坡，下游采用草皮護坡，壩頂加寬至5 m。

2)溢洪道工程

原溢洪道全部拆除重建，溢洪道凈寬度為46 m，在堰體段增設交通橋一座，設3個橋墩，總寬4 m，因此溢洪道總寬度為50 m。堰頂高程為94.85 m。新建溢洪道前鋪蓋底板為了與其庫區(qū)地形銜接高程定為93.5 m。尾水渠寬度60 m。

結論:通過以上3個方案比較可以看出:

方案一溢洪道凈寬加寬到80 m，輸水洞不參與調洪，壩頂高程降下32 cm，而溢洪道隨著寬度的增加，工程量增加較多，整修下游河道寬度的增加也造成工程量大幅增加，并且下游渠道擴寬，需要永久占地。同時下泄流量增加后，溢洪道下游的河流承泄能力不夠，最大承泄能力為420 m3/s，而溢洪道擴寬后下泄流量變?yōu)?17 m3/s。

方案三溢洪道寬度加寬到60 m，輸水洞參與調洪，壩頂高程降下20 cm，而溢洪道隨著寬度的增加，工程量增加較多。

方案二在經(jīng)濟方面具有明顯的優(yōu)越性，在不改變溢洪道寬度的同時，能夠滿足水庫正常運行的要求。因此，本次的水庫工程除險加固方案采用方案二。

6.3 輸水洞

南輸水洞，北輸水洞維持原狀拆除重建。因此，此次設計時，對結合部位進行重點處理，以防滲漏。處理方式為:大壩在做土工膜垂直防滲時，在輸水洞前不宜斷開。在洞身兩側回填黏土，壓實度為1，底部水平寬1.5 m，坡比為1∶0.75。

7 結語

本水庫已圓滿通過遼寧省水利廳及松遼委的審查，現(xiàn)在已經(jīng)開始施工。

［1］ 水利部.SL253－2000溢洪道設計規(guī)范［S］.北京:水力水電出版社，2000.

［2］ 水利部.SL274－2001碾壓式土石壩設計規(guī)范［S］.

［3］ 顧慰慈.滲流計算原理及應用［J］.北京:中國建材工業(yè)出版社，2000.

［4］ 李艷玲，王民壽，等.施工方案優(yōu)選方法的探討［J］.四川水力發(fā)電，2000.