桐柏縣桐樹莊水庫除險加固工程措施

許露予 田心勇 陳東彥 李 冉

（桐柏縣水利局，河南 桐柏 474750）

0 引言

桐樹莊水庫位于桐柏縣毛集鄉(xiāng)李莊村北約150m處毛集河支流小白河上，屬淮河流域。水庫壩址以上控制流域面積4.05km2。桐樹莊水庫為?。?）型水庫，工程等別為Ⅳ等，水庫本次除險加固設計防洪標準為30年一遇設計，300年一遇校核，設計壩頂高程176.50m。水庫校核水位176.35m，總庫容149萬m3，設計洪水位175.66m，相應庫容126萬m3，興利水位174m，興利庫容78.5萬m3，死水位167.17m，死庫容1.5萬m3。水庫由大壩、溢洪道、輸水洞等組成，是一座以防洪、灌溉為主，兼顧水產養(yǎng)殖等綜合利用的?。?）型水利樞紐工程。

水庫大壩為均質土壩，水庫原設計壩頂高程177.00m，最大壩高13.5m，該水庫自1967建成以來。已運行四十多年，發(fā)揮了較大的社會效益，但同時存在許多工程隱患。而水庫一旦失事，將給下游基礎設施和沿河人民群眾帶來嚴重災害。

1 水庫安全鑒定及存在的問題

1.1 水庫安全鑒定

2007年3月對水庫大壩和溢洪道等進行工程地質調查。按照《水庫大壩安全評價導則》SL258-2000，結合水庫現狀，編制了《河南省桐柏縣桐樹莊水庫大壩工程安全評價報告》，并根據2007年6月地質勘察報告，對安全評價報告進行修改完善。經河南省水利廳審批核查，認為水庫為三類壩，屬病險水庫，工程存在以下問題：

1.1.1 桐樹莊水庫位于桐柏縣毛集鎮(zhèn)李莊村的毛集河支流小白河上，水庫下游有毛集鎮(zhèn)和2個行政村，1.2萬余人、0.35萬畝耕地，以及縣鄉(xiāng)公路等交通設施等，工程位置重要。

1.1.2 經復核，水庫防洪能力不滿足國家《防洪標準》GB50201-94規(guī)定的要求。

1.1.3 大壩為均質土壩，壩體填筑質量差，壓實干密度小于規(guī)范要求，不均勻沉降量大。壩頂路面坑洼不平，已做塊石護坡無墊層，塊石徑小、散亂、缺失。輸水洞工作橋板砼碳化、裂縫、露筋，橋墩裂縫、斷裂，洞身砂漿剝蝕、脫落，裂縫。工程質量不合格。

1.1.4 經復核，大壩河槽段下游壩坡正常及非常工況及大壩臺地段下游壩坡非常工況抗滑穩(wěn)定安全系數均不能滿足規(guī)范要求，背水坡腳滑塌，迎水面大部分無護砌，岸坡淘刷嚴重，坡面排水系統(tǒng)不完善。溢洪道邊坡較陡，局部塌滑。輸水洞工作橋墩斷裂、錯動，基礎淘空，洞身裂縫漏水，出口邊墻底部懸空。結構安全性為C級。

1.1.5 桐樹莊水庫河槽段座于強透水的礫砂層上，清基處理不徹底，左臺地段接觸滲漏，壩基滲漏量大，局部形成集中明流。大壩173.00m高程以上填筑材料為風化砂，未設防滲體。背水坡大面積散浸，無排水體。綜合評價該水庫大壩的滲流性態(tài)不安全，滲流安全性為C級。

1.1.6 根據 《中國地震動參數區(qū)劃圖》，本區(qū)地震動峰值加速度為0.05g，相應地震基本烈度為Ⅵ度，可不進行抗震安全復核。

1.1.7 根據桐樹莊水庫金屬結構存在的鑄鐵鍋蓋閘門封閉不嚴、漏水嚴重，啟閉機銹蝕嚴重、無法啟閉，已達到報廢標準。且水庫無防汛通訊及電力設施等現狀，金屬結構安全性為C級。

1.1.8 無監(jiān)測設施，管理設施不完善。綜上所述，該水庫病險嚴重，為三類壩，急需進行除險加固。

1.2 工程存在的問題

根據水庫鑒定成果，水庫存在的主要問題有以下幾點：

大壩

①壩頂：壩頂為土路面，坑洼不平，無防浪墻及路沿石；壩體上部有4.0m高為風化料填筑；樁號0+000～0+180段壩頂低于設計高程約0.9m。

②大壩迎水坡：樁號0+000～0+250、0+565～0+600段和樁號0+250～0+565段、高程173.50m以上無護坡，坡面長草，岸坡淘刷；樁號0+250～0+565段、高程173.50m以下為塊石護坡，無墊層，局部塌陷，護坡石塊徑小、散亂、缺失。

③背水坡：背水坡為自然草皮護坡，局部凹陷，坡腳坑洼不平；樁號0+325處坡腳滑塌；樁號0+260～0+325段，高程169.50m以下壩坡散浸；無橫向排水溝，縱向為土渠，無護砌，淤塞長草。

④壩基：壩基滲漏量大，樁號0+200～0+260段坡腳有明流。樁號0+323處下游有一集水坑，向外翻水，有鐵銹紅色絮狀物。樁號0+380～0+510段壩下游大面積沼澤化。

溢洪道

①溢洪道巖性為強風化花崗巖，抗沖能力差，無護砌，兩岸邊坡較陡，局部塌滑。

②出口跌差達7.0m左右，無消能工，無尾水渠，不能安全泄洪。

③輸水干渠從溢洪道底部穿過，與溢洪道交叉，阻水嚴重。

輸水洞

輸水洞位于大壩樁號0+562處，進口為圓筒式閘室結構，洞身為磚砌有壓拱涵，寬0.5m，高0.5m，進口底高程167.17m，洞身長48.00m，最大泄量0.5m3/s。

①進口：工作橋板鋼筋砼碳化、裂縫、露筋，欄桿破損、缺失，橋臺為漿砌石，基礎懸空。無啟閉機房。工作橋漿砌石重力橋墩，裂縫、斷裂、錯動，局部基礎淘空。

②洞身：磚砌有壓拱涵，洞身砂漿剝蝕、脫落，裂縫，漏水。

③出口：出口無消能設施，漿砌石邊墻底部懸空、漏水嚴重。

④控制設備：啟閉機嚴重銹蝕，絲杠彎曲，無法啟閉。鑄鐵鍋蓋閘老化銹蝕、封閉不嚴、漏水嚴重，已失去作用。

2 除險加固工程措施

針對桐樹莊水庫工程中存在的問題，對水庫的大壩、溢洪道、輸水洞等建筑物進行除險加固。

2.1 大壩主體工程的除險加固

2.1.1 大壩防滲加固工程設計

根據桐樹莊水庫大壩實際情況，僅對大壩0+000～0+600段壩體采取水泥攪拌樁進行防滲加固處理。在大壩樁號0+000～0+600段沿壩軸線設水泥攪拌樁一排，其中0+000～0+257進入基巖強風化層1m，0+257～0+600進入均質土壩3m，攪拌樁樁徑60cm，樁中心距40cm。

2.1.2 壩頂工程

設計壩頂高程為176.50m，壩頂寬4.0m，壩頂采用厚18cm的C20砼路面。路面傾向下游側設1%的緩坡。壩頂上游側設高為100cm，厚50cm的C20砼防浪墻，防浪墻埋深80cm。防浪墻每隔5m設伸縮縫一道，縫內設止水。在壩頂下游側設寬20cm、高70cm的現澆C20砼路沿石，路沿石埋深50cm。砼路沿石在每條橫向排水溝處預留20×20排水口。

2.1.3 上游壩坡工程

對迎水坡坡面培厚整修至設計斷面后，采用12cm厚的C20砼護坡，下設10cm厚碎石粗砂墊層 （其中粒徑1～5mm的粗砂和粒徑5～20mm的碎石含量各占50%）。坡腳及砼護坡與岸坡連接處設Mu60M7.5漿砌塊石齒墻。

2.1.4 下游壩坡工程

大壩背水坡局部凹陷，坡腳坑洼不平。樁號0+325處坡腳滑塌。樁號0+260～0+325段，高程169.5m以下壩坡散浸。無橫向排水溝，縱向為土渠，無護砌，淤塞長草。無排水體。

將壩體背水坡坡面培厚整修至設計斷面，壓實后表面采用草皮護坡。背水坡新建排水溝16條，其中橫向排水溝11條，縱向排水溝2條，岸坡排水溝2條，坡腳排水溝1條。新建上壩踏步位于樁號0+460斷面處，采用 C20砼結構，總寬 2.5m，凈寬 2.0m。 程在大壩樁號 0+035～0+560段新建貼坡排水體，總長 210m，高 3.0m，頂部高程 168.50m。

2.2 溢洪道工程的除險加固

2.2.1 溢洪道主體工程

桐樹莊水庫溢洪道為開敞式明渠，工程內容包括進水渠段、控制段、陡槽段、消能防沖段等。

溢洪道全長163.8m，主要工程內容如下：

①兩岸護坡：底部整平至173.50m，兩岸為漿砌石護坡，坡比1：1.5,左岸護坡長 57.54m，右岸護坡長 57.56m。

②進口段（0+000～0+010）：長 10m，底寬 12m，底部高程為 173.50m，采用M7.5漿砌石護砌，厚度為30cm，兩岸為漿砌石扭面。

③控制段（0+010～0+020）：長 10m，底寬 12m，底部高程為 174.00m，采用M7.5漿砌石護砌，兩岸為漿砌石擋墻。

④泄槽段（0+020～0+140）：樁號 0+020～0+100段底部采用漿砌石護砌，底寬12m，護砌厚度為40cm，渠底比降為1/100，兩岸為漿砌石擋墻， 擋墻高度為 3.0～2.0m；0+100～0+110 段底部采用 C25 鋼筋砼厚30cm，下設C10砼墊層厚10cm，兩岸為C25砼擋墻；0+110～0+140段底寬12m，底部采用C25鋼筋砼護砌厚30cm，下設C10砼墊層厚10cm，比降為 1：5,兩岸為 C25 砼擋墻，高 2.0～2.9m，頂寬 0.3m～0.5m。

⑤消能防沖段（0+140～0+163.80）：樁號 0+140～0+153.8 段消力池總長13.80m，底寬 12m，池深 1.4m，底板厚60cm，下設 10cm碎石墊層及300g/m2反濾土工布一層；消力池邊墻高度為2.9m。樁號0+153.80～0+163.80段為漿砌石護底，兩岸為漿砌石扭面。

2.2.2 溢洪道交通橋梁工程

本次工程修建跨溢洪道交通橋一座，位于樁號0+101.75處。

交通橋位于溢洪道泄槽段上，設計標準為公路Ⅱ級（折減），交通橋梁全長為16m，共1跨，跨徑為16m，斜交角度為35°，橋梁上部結構為C40預應力橋板，設計橋面凈寬4.0m，兩側設0.8m高的仿漢白玉欄桿，橋面橫坡為1.5%。下部結構采用C25砼U型橋臺。

溢洪道交通橋兩側設連接段與壩頂及原有道路銜接。連接段道路總寬度為5.5m，采用C20砼路面厚18cm。

2.2.3 渠道穿溢洪道倒虹吸工程

由于溢洪道與輸水洞出水渠交叉，且交叉處無工程措施。因此，為保證出水渠正常運行，滿足灌溉生產需要，本次水庫除險加固工程修建跨溢洪道倒虹吸一座，位于樁號0+132處。

豎井式倒虹吸位于溢洪道泄槽段下部，管道采用C25鋼筋砼涵，涵管尺寸為90×90cm，設計流量1m3/s，管道長度為20m，管底高程為166.5m。

2.3 輸水洞工程的除險加固

桐樹莊水庫輸水洞工程包括輸水洞進口段、閘室段、洞身段的拆除重建，出口處原灌溉閘拆除重建及新增一個灌溉閘，閘門與啟閉設施的更新等。

（1）輸水洞進口為 5m 長的八字墻，進口寬 4.2m，底高程為 169.10m，，材料為0.50m厚的C20砼，兩邊墻采用C20砼重力式擋土墻；用1.5m長喇叭段連接八字墻與閘室，材料為C25鋼筋砼，喇叭口進口高1.7m,寬1.8m，長 1.5m。

（2）閘室段：啟閉塔設工作閘門及檢修閘門，閘門后設胸墻。啟閉塔采用C25鋼筋混凝土結構，閘底板頂部高程為169.10m，尺寸為4.3×4m（長×寬），閘底板厚 0.8m；高程 174.30m 處設檢修平臺，厚 0.12m；檢修平臺以上四角均設 C25 鋼筋砼柱，尺寸為 0.4×0.4m，高 2.50m。

工作橋全長12m，橋板頂高程177.50m。

操縱室墻體采用磚混結構，層高 4.6m，尺寸為 3.84×2.84m（長×寬），墻厚 24cm。

（3）輸水洞洞身存在問題較大，因此拆除重建。新建洞身采用C25鋼筋砼城門洞結構，長 30m，坡降 1/150，洞身尺寸 1.2×1.8m（寬×高），拱高 0.6m，拱頂厚 0.4m，底板厚 0.5m，下設 0.1m 厚 C10 混凝土墊層。洞身止水采用橡皮止水，外加截水環(huán)。

（4）出口段：出口設消力池和海曼段，消力池深 0.4米，池長 6.4米，海曼段長4.0米，海曼段和消力池段采用扭曲面銜接，長度為5.0米。出口與下游渠道銜接。

3 結論

通過以上的除險加固工程措施，工程完成后，加固了大壩壩體，完善了溢洪道的泄流條件，改善了水庫的周邊環(huán)境，使防洪、灌溉、旅游、養(yǎng)魚等效益大大提高，同時也保障了水庫下游沿岸抵御洪水能力，使下游免受洪澇災害，可保證人民群眾生命財產的安全，促進了國民經濟的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。