張家溝水庫除險加固工程設(shè)計與施工要點

孫 秀

(長治市襄屯灌區(qū)管理中心)

1 工程概況

張家溝水庫位于屯留縣吾元鎮(zhèn)張家溝村，屬海河流域漳河水系濁漳南源一級支流(絳河支流)，總控制面積6.2 km2，其中上游為龍門口水庫，控制流域面積3.4 km2，區(qū)間2.8 km2。水庫于1974年竣工，設(shè)計總庫容21.6萬 m3，其中死庫容6.3萬 m3，興利庫容萬8.3萬 m3，防洪庫容7.0萬 m3，是以防洪、灌溉為主的小(II)型水庫。該水庫防洪保護范圍包括1個村的1 200口人和官三線縣級公路等。

水庫樞紐工程由大壩、溢洪道和放水臥管組成。大壩為均質(zhì)碾壓土壩，壩頂長103 m，壩頂寬3.0 m，壩頂高程1 021.8 m，最大壩高11.8 m。大壩上游坡比1∶3，采用干砌石護砌;下游坡比1∶2.5。

2 存在問題

張家溝水庫運行近40年來，充分發(fā)揮了攔洪削峰作用，緩解了下游防洪壓力，保證了人民群眾的生命財產(chǎn)安全。同時，灌溉了農(nóng)田，保證了糧食安全。目前，水庫建筑物存在以下問題。

2.1 淤積嚴(yán)重，防洪能力降低

由于水庫淤積嚴(yán)重，死庫容基本淤滿，僅能滿足10年一遇設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)，無法滿足50年一遇校核洪水標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.2 壩坡呈現(xiàn)隱患，影響大壩安全

壩坡出現(xiàn)裂縫、孔穴和塌坑，影響大壩穩(wěn)定。上游壩坡砌石損毀，下游壩坡無排水設(shè)施。

2.3 放水設(shè)施不完善或損毀，上壩道路狹窄

現(xiàn)狀溢洪道僅局部護砌，出口無消能設(shè)施;放水臥管、涵管出口消能設(shè)施損毀。上壩道路狹窄，難以滿足防汛搶險要求。

經(jīng)有關(guān)部門鑒定，張家溝水庫為三類病險水庫。為確保水庫安全運行，必須進行除險加固改造。

3 除險加固工程方案設(shè)計

3.1 大壩

3.1.1 增設(shè)防浪墻

防浪墻頂寬 0.5 m，高 1.0 m，墻頂高程1 022.8 m，M7.5水泥砂漿砌石結(jié)構(gòu)。

3.1.2 大壩壩體整修

壩體的裂縫，主要是因壩體干縮、施工時壩體填筑不均勻、分段接茬處理不當(dāng)?shù)?，從而造成壩基和壩體的不均勻沉降所致?？籽?、塌坑是壩體裂縫在雨水的沖刷下，土層下陷而成。本次壩坡整修，首先把現(xiàn)有壩坡上的雜草、灌木及腐殖土清除干凈，清除厚度0.5 m;然后對壩坡按設(shè)計斷面進行適當(dāng)補填及削坡。同時，對壩體上的孔穴、塌坑及裂縫，全斷面徹底挖除并重新回填黏土夯實，壓實度不低于96%。大面積土方回填和夯實采用74 kW推土機攤土，8-12 t羊腳碾碾壓，邊角處采用2.8 kW蛙式打夯機夯實。小面積土方回填采用人工平土，2.8 kW蛙式打夯機夯實。壩體經(jīng)過整修，將上游壩坡恢復(fù)至1∶3.0，下游壩坡恢復(fù)至1∶2.5。

3.1.3 壩坡護砌

根據(jù)實際情況和防洪要求，擬對大壩上游壩坡清坡整平后鋪設(shè)40 cm厚的干砌石，下設(shè)厚20 cm砂礫料墊層及15 cm厚的粗砂墊層。護坡坡腳伸入淤積層以下1.0 m。大壩下游壩坡采用草皮護坡。

3.1.4 貼坡排水

壩下游坡腳現(xiàn)無反濾體，本次新增貼坡排水。貼坡頂面高程1 014.0 m，頂寬2.41 m，從外到內(nèi)依次為干砌塊石、碎石、砂礫料和粗砂，砌筑石塊要求排砌嵌緊。

3.1.5 壩坡排水

為了防止暴雨沖刷壩肩和下游壩坡，將水流送至壩腳以外，在下游壩坡與岸坡結(jié)合處布設(shè)橫向排水溝3條，在下游坡腳設(shè)一縱向排水溝，并與壩坡橫向排水溝相連。排水溝形式為矩形斷面，采用現(xiàn)澆C15砼澆筑。橫向排水溝斷面尺寸為0.3 m×0.3 m，坡腳縱向排水溝斷面尺寸為0.5 m×0.3 m。

3.1.6 壩頂?shù)缆?/p>

原壩頂?shù)缆窞橥谅访妫瑢?.0 m。雨天泥濘，影響管理人員巡察。本次改造將壩頂拓寬至4.0 m，路面采用0.2 m厚泥結(jié)碎石結(jié)構(gòu)，以1%橫坡向下游傾斜。

3.2 溢洪道

本次除險加固改造，將溢洪道分為引渠段、控制段、泄槽段及消力池四部分。

由于溢洪道左側(cè)為基巖，巖體幾乎垂直，不需襯砌，全段只需對右側(cè)(靠壩體一側(cè))側(cè)墻和溢洪道底板襯砌。底板為現(xiàn)澆C20砼，各段連接處均設(shè)齒墻，齒墻高0.5 m，厚0.3 m。

引渠段全長20.9 m，進口底高程1 016.79 m，縱坡1/100為倒坡，斷面為矩形。引渠段右側(cè)側(cè)墻緊貼大壩壩坡，為擋土墻式，頂厚0.6 m。側(cè)墻由地面起逐漸加高至4.8 m。

控制段長度79.5 m，始端底高程1 017.0 m，末端底高程1 015.01 m，縱坡1/40。

泄槽段斷面為梯形，底寬3.8 m，右側(cè)側(cè)墻坡比1∶0.75。側(cè)墻高度4.8-3.1 m，為漸變形式。由于泄槽段右側(cè)土體單薄，且形狀不規(guī)則，本次對其整修成頂寬3 m、外坡比1∶1.25與地面連接。

消力池全長10 m，池深1.0 m，池寬3 m。側(cè)墻高4.1 m，為擋土墻形式。消力池出口接5 m長鉛絲籠石護坦。

3.3 放水臥管

由于臥管管臺砌體老化，剝蝕嚴(yán)重，已不能正常運行，本次重修臥管，增設(shè)孔塞。

4 主要加固改造工程施工要點

4.1 大壩加固施工

壩體整修前，首先清除該段的雜草、腐殖土、砂、石等。壩坡培厚段要將原壩坡開挖成平順的邊坡，坡度不陡于1∶1，以便于新舊土層結(jié)合。清基采用74 kW推土機施工，清基深度為50 cm，清基范圍應(yīng)超出設(shè)計邊線30-50 cm。壩體上的塌坑、孔洞、裂縫按楔形縫開挖，采用機械和人工配合，回填黏土采用蛙式打夯機和人工石硪夯打相結(jié)合，使其壓實度不小于96%。腐殖土、雜草等清除物由1 m3挖掘機或3 m3裝載機挖裝，8 t自卸汽車運至下游棄渣場集中堆放。

4.2 下游護坡施工

坡面反濾料回填、干砌石(包括拆除)采用人工施工，篩選并利用部分拆除料。干砌石要自下而上砌筑，每塊塊石重量不小于15 kg。護坡應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計要求鋪砌，坡面不允許有游石、孤石、補貼石、小石等現(xiàn)象。砂礫料、碎石、干砌塊石應(yīng)優(yōu)先利用原有的壩坡石料，不足部分再適當(dāng)補充。干砌石護坡要逐層填實，用大石排緊小石塞嚴(yán)，無活石，以腳踏不動為準(zhǔn);壩面石選用較大石塊排砌，錯縫豎砌，結(jié)合平穩(wěn)，不得使用墊石;石面接觸嚴(yán)密，壩面坡度平整。

下游壩坡草皮護坡的植草時間宜在春季或初夏，壩坡整平后，鋪填種植土50-70 mm，再鋪植被網(wǎng)，用防滑釘固定，播灑草籽于網(wǎng)內(nèi)，松土覆蓋，輕輕壓實。

4.3 溢洪道施工

施工內(nèi)容主要為溢洪道襯砌。土方開挖采用1 m3挖掘機挖裝，8 t自卸汽車運輸至下游壩坡做培厚用土。漿砌石采用砂漿攪拌機拌制砂漿，人工砌筑?；炷涟韬筒捎?.4 m3攪拌機，0.6 m3機動翻斗車運輸入倉，倉面內(nèi)用高頻振搗器振搗。砼施工要求為:砼表面光潔、無蜂窩麻面;在常溫下，砼澆筑完畢36 h后即可拆模;用草袋覆蓋灑水養(yǎng)護不少于7 d。亦可用砼養(yǎng)生劑養(yǎng)護，但必須噴灑均勻。

5 結(jié)語

張家溝水庫除險加固后，可消除大壩安全隱患，充分發(fā)揮其防洪功能和灌溉效益，在保護下游人民群眾生命財產(chǎn)安全的同時，提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)量，保證糧食安全。