橫山縣西溝水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程方案探析

陳文波

（橫山縣水土保持工作站 陜西 橫山 719100）

1 概況

西溝水庫(kù)位于橫山縣趙石畔鎮(zhèn)大坪村，所在河流西溝為蘆河一級(jí)支流。多年平均降雨量400mm，其中7月～9月降水量占全年降水量的74.3%。水庫(kù)屬溫帶、半干旱帶大陸性季風(fēng)氣候，根據(jù)橫山縣氣象站資料統(tǒng)計(jì)分析，多年平均氣溫8.6℃，極端最高氣溫38.4℃，極端最低氣溫－29℃；多年平均風(fēng)速2.5m/s，最大風(fēng)速為25.7m/s，風(fēng)向N W；汛期平均最大風(fēng)速23m/s；多年平均相對(duì)濕度54%，無霜期163天，最大凍土深129cm。

西溝水庫(kù)總庫(kù)容50萬m3，于1986年5月動(dòng)工修建，1987年6月竣工，是一座具有農(nóng)業(yè)灌溉、防洪攔泥等綜合效益的小(2)型水庫(kù)，屬Ⅴ等工程。西溝水庫(kù)控制總流域面積6km2，主溝道長(zhǎng)2.65km，河道平均比降7.5‰。樞紐工程由大壩、臥管、輸水洞、明渠陡坡等建筑物組成。西溝水庫(kù)屬陜北黃土高原丘陵溝壑區(qū)，地形支離破碎，梁峁起伏，溝壑縱橫，植被稀少，水土流失極為嚴(yán)重，年輸沙量為1.6萬m3，合2.16萬t。西溝水庫(kù)投入運(yùn)行24年來，為當(dāng)?shù)匕l(fā)揮了較好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

2 水庫(kù)工程存在問題

（1）西溝水庫(kù)為三無工程，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)較低。西溝水庫(kù)從1986年5月由當(dāng)時(shí)的趙石畔鎮(zhèn)大坪村組織群眾興建，沒有經(jīng)過正規(guī)的勘測(cè)、設(shè)計(jì)和施工，沒有任何設(shè)計(jì)文件、圖紙和批準(zhǔn)文件，屬典型的三無水庫(kù)——無設(shè)計(jì)、無資料、無批文。工程竣工后未進(jìn)行驗(yàn)收，沒有留下任何竣工文件和圖紙。經(jīng)過近三十年的運(yùn)行，水庫(kù)泥沙淤積比較嚴(yán)重，淤積厚度已達(dá)13.56 m，壩前淤積面高程已達(dá)987.74 m，防洪標(biāo)準(zhǔn)和調(diào)蓄能力降低，防洪能力已不滿足《防洪標(biāo)準(zhǔn)》的要求。

（2）水庫(kù)管理不到位，加劇了險(xiǎn)情。西溝水庫(kù)由趙石畔大坪村委管理，水庫(kù)建成以來，未設(shè)大壩浸潤(rùn)線、沉降、位移觀測(cè)，進(jìn)出庫(kù)流量安全監(jiān)測(cè)設(shè)施；沒有任何通訊設(shè)施，搶險(xiǎn)物資、機(jī)具儲(chǔ)備不足，沒有交通工具；上壩道路為簡(jiǎn)易土路；工程監(jiān)測(cè)沿用傳統(tǒng)的人為檢查觀察方式，根本無法全面掌握大壩內(nèi)在的病險(xiǎn)情況，運(yùn)行檔案也無法建立完善。

（3）大壩迎水坡未進(jìn)行砌護(hù)，沖刷嚴(yán)重。西溝水庫(kù)大壩為水力充填均質(zhì)土壩，最大壩高26.2 m，壩頂高程1000.36m，壩頂長(zhǎng)150 m，壩頂寬5.49 m，大壩迎水坡坡比為1∶2.5，背水坡坡比在988.98 m以下為1∶1.7 m，以上為1∶1.9 m。西溝水庫(kù)大壩迎水坡壩面無防護(hù)設(shè)施，受庫(kù)水風(fēng)浪淘刷已形成0.5 m～1.0 m高的陡坎，迎水坡無排水溝有沖溝。大壩背水坡無排水溝，植被稀少雨水沖溝嚴(yán)重，壩坡腳未建反濾體，滲水流泥現(xiàn)象嚴(yán)重，已造成壩坡腳形成高0.8 m～2.0 m，長(zhǎng)20 m的陡坎。

（4）放水建筑物設(shè)置不合理。西溝水庫(kù)放水設(shè)施由放水臥管和混凝土涵管組成，放水臥管建在大壩右岸對(duì)面山坡上，共18孔，孔口尺寸為Φ330mm，臥管下接消力井，長(zhǎng)2.5 m，寬1.2 m，深2.0 m。輸水涵洞為Φ800mm混凝土管，涵管長(zhǎng)81 m，出口與輸水明渠相接，明渠長(zhǎng)35 m，陡坡總長(zhǎng)67.8 m，斷面為寬1.0 m×深0.8 m，為鋼筋砼結(jié)構(gòu)。放水建筑物進(jìn)口臥管為無閘控制，容易淤堵；且建在大壩對(duì)面山坡上，布置不合理，一旦庫(kù)水位上漲，不利于檢修。

（5）無大壩安全監(jiān)測(cè)設(shè)施，無法對(duì)大壩的安全運(yùn)行進(jìn)行有效的監(jiān)控；無管理設(shè)施，無防汛、搶險(xiǎn)設(shè)備；進(jìn)壩防汛路坑凹不平，難以滿足防汛搶險(xiǎn)和安全運(yùn)行的需求。

3 水庫(kù)除險(xiǎn)加固的必要性

（1）除險(xiǎn)加固是滿足水庫(kù)正常安全運(yùn)行的需要。

西溝水庫(kù)工程標(biāo)準(zhǔn)低，大壩填筑質(zhì)量差，迎水坡淘刷嚴(yán)重，背水坡滲水流泥、壩后無反濾排水體。放水建筑物進(jìn)口臥管為無閘控制，一旦庫(kù)水位上漲，不利于檢修，水庫(kù)存在嚴(yán)重的安全隱患和病險(xiǎn)問題，嚴(yán)重地威脅著下游趙石畔、橫山等村鎮(zhèn)0.3萬人民生命財(cái)產(chǎn)安全和0.2萬畝農(nóng)田的安全，必須采取工程措施，消除安全隱患。

（2）除險(xiǎn)加固是水庫(kù)發(fā)揮綜合效益的需要。

西溝水庫(kù)是一座綜合利用型水庫(kù)，即農(nóng)業(yè)灌溉、防洪和攔泥等，為庫(kù)區(qū)周圍1500畝農(nóng)田提供著灌溉水源。水庫(kù)實(shí)施除險(xiǎn)加固后，不僅增大增強(qiáng)了水庫(kù)的滯洪攔沙能力，對(duì)控制泥沙入黃及確保下游防洪安全具有重要作用，而且對(duì)發(fā)揮水庫(kù)灌溉，促進(jìn)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)和改善群眾生活起到積極的作用。與此同時(shí)，水庫(kù)攔沙能力的增強(qiáng)和蓄水面積的擴(kuò)大，有利于小區(qū)域內(nèi)生態(tài)環(huán)境的改善，使流域內(nèi)水土流失得到有效控制，具有廣泛的社會(huì)效益。

（3）除險(xiǎn)加固是滿足水庫(kù)科學(xué)管理的需要。

大壩監(jiān)測(cè)和通訊系統(tǒng)不健全，將給水庫(kù)的安全運(yùn)行造成潛在的威脅，無法對(duì)水庫(kù)進(jìn)行科學(xué)的管理及預(yù)防安全事故的發(fā)生，也無法進(jìn)行水庫(kù)洪水的科學(xué)調(diào)度。只有通過除險(xiǎn)加固建立健全安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，才能為水庫(kù)管理提供科學(xué)的依據(jù)，從而使水庫(kù)的運(yùn)行管理走向制度化、科學(xué)化。

4 工程設(shè)計(jì)

4.1 大壩加高培厚

根據(jù)西溝水庫(kù)大壩防洪標(biāo)準(zhǔn)及壩頂高程復(fù)核結(jié)果，擬加高大壩2.59 m，即從現(xiàn)狀高程1000.36 m加高到設(shè)計(jì)高程1002.95 m。根據(jù)壩址處兩岸的地形條件，結(jié)合大壩工程現(xiàn)狀，擬將壩軸線上移5.18 m，壩頂長(zhǎng)度增為164.0 m，壩頂高程達(dá)到1002.95 m。大壩加高設(shè)計(jì)上游坡坡比取1∶2.5，下游培厚坡比均為1∶2.0，在高程989.18 m處設(shè)有寬2.5m的馬道（有交通要求）。加壩后的壩頂寬度為5.5 m，壩頂?shù)缆凡捎媚嘟Y(jié)碎石路面，兩邊設(shè)砼路沿。壩體采用人工清基土，1m3挖掘機(jī)開挖裝車，5t自卸汽車外運(yùn)至棄渣場(chǎng)，土方回填采用5 t自卸汽車運(yùn)料，59kW推土機(jī)平土，74kW拖拉機(jī)牽引羊腳碾碾壓，刨毛機(jī)刨毛，2.8kW蛙式夯實(shí)機(jī)補(bǔ)夯。

對(duì)西溝水庫(kù)上游進(jìn)行護(hù)坡處理，護(hù)坡采用預(yù)制C 15砼六棱塊，底高程至現(xiàn)淤積面以下0.3 m，預(yù)制砼六棱塊厚0.1 m，下部鋪設(shè)20cm厚的砂礫料墊層。對(duì)背水坡進(jìn)行植物護(hù)坡，下游壩坡及兩側(cè)岸坡設(shè)置縱向排水溝，反濾體頂和馬道設(shè)置橫向排水溝，與岸坡排水溝相接將水直接導(dǎo)入下游河床。根據(jù)壩體下游浸潤(rùn)線出逸點(diǎn)高度，結(jié)合加壩實(shí)際情況，擬在下游壩坡腳設(shè)置組合式反濾排水體。

4.2 延伸放水臥管，增加控制蓋板

西溝水庫(kù)原放水建筑物由放水臥管、放水涵洞和明渠陡坡組成，位于大壩右岸。本次設(shè)計(jì)擬對(duì)臥管延伸，一級(jí)陡坡段進(jìn)行加固處理，拆除舊二級(jí)陡坡段新建，延伸到下游溝底石坎處。具體方案為先清理風(fēng)化石渣，對(duì)已損壞嚴(yán)重的部分臥管進(jìn)行加固，新延伸安裝臥管6節(jié)，安裝臥管控制閘門24套，對(duì)嚴(yán)重剝落的部分，采用水泥砂漿抹面處理。

4.3 修建放水道路

目前西溝水庫(kù)樞紐沒有通行放水臥管道路，本次除險(xiǎn)加固，修筑上壩放水道路長(zhǎng)350 m。根據(jù)道路設(shè)計(jì)有關(guān)規(guī)范，標(biāo)準(zhǔn)路面設(shè)計(jì)寬度2.0 m，路肩寬度1×0.5 m，路基寬度2.5 m；路基設(shè)計(jì)壓實(shí)系數(shù)為0.93。路面為10cm厚砂礫石層路面，基礎(chǔ)為原土夯實(shí)路基。在道路邊設(shè)置排水溝，斷面型式為梯形，底寬30cm，深40cm，為漿砌石結(jié)構(gòu)。

4.4 陡坡段加固

泄水涵洞出口處接35 m長(zhǎng)的明渠段，坡比i=1/100，明渠段出口處接一級(jí)陡坡段斜長(zhǎng)48 m，坡比i=0.083。斷面型式為矩形，尺寸為1.0 m×0.8m（寬×高），為C25現(xiàn)澆鋼筋砼擋墻結(jié)構(gòu)，墻寬0.25 m，墻高0.8 m，底板厚度0.2 m，基礎(chǔ)采用0.3 m厚的漿砌石層。現(xiàn)陡槽底部受水流沖刷破壞嚴(yán)重，本次進(jìn)行加固處理，采用C 25現(xiàn)澆砼襯砌，厚度0.1 m。一級(jí)陡坡段出口處接二級(jí)陡坡段原斜長(zhǎng)18.5 m，坡比i=0.333。斷面型式為矩形，尺寸為1.0 m×0.8m（寬×高），為C25現(xiàn)澆鋼筋砼擋墻結(jié)構(gòu)，墻寬0.25 m，墻高0.8 m，底板厚度0.2 m，基礎(chǔ)采用0.3 m厚的漿砌石層?，F(xiàn)陡槽受水流沖刷及凍融破壞，再加之原施工質(zhì)量不過關(guān)，需拆除后新建，本次新建二級(jí)陡坡段斜長(zhǎng)23.63 m，坡比i=0.4。斷面型式為矩形，尺寸為1.0 m×0.8 m（寬×高），采用C 25現(xiàn)澆鋼筋砼擋墻結(jié)構(gòu)，墻寬0.25 m，墻高0.8 m，底板厚度0.2 m，基礎(chǔ)采用0.3 m厚的漿砌石層。

4.5 改建防汛道路

目前水庫(kù)樞紐對(duì)外交通為土路，長(zhǎng)度0.5km。水庫(kù)除險(xiǎn)加固后，應(yīng)提高防汛道路等級(jí)，對(duì)土路進(jìn)行改造。根據(jù)道路設(shè)計(jì)有關(guān)規(guī)范，標(biāo)準(zhǔn)路面設(shè)計(jì)寬度3.5 m，路肩寬度2×0.5 m，路基寬度4.5 m。路基設(shè)計(jì)壓實(shí)系數(shù)為0.93。路面為10cm厚砂礫石層路面，基礎(chǔ)為原土夯實(shí)路基。在道路兩邊設(shè)置排水溝，斷面型式為梯形，底寬30cm，深30cm，內(nèi)邊坡為1∶0.3。路基兩側(cè)為耕地時(shí)修土質(zhì)排水溝，其余情況下修漿砌石排水溝。

4.6 大壩安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)

根據(jù)西溝水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程實(shí)際情況，考慮西溝水庫(kù)樞紐大壩為已成Ⅴ等?。?）型工程，結(jié)合大壩特點(diǎn)只進(jìn)行水文、氣象的觀測(cè)設(shè)計(jì)，水文、氣象觀測(cè)項(xiàng)目包括上游水位和降雨量觀測(cè)。設(shè)計(jì)在上游庫(kù)區(qū)適當(dāng)位置布置水位觀測(cè)點(diǎn)1個(gè)，在合適部位布置1個(gè)降雨量觀測(cè)點(diǎn)。水位采用水尺觀測(cè)，用雨量筒觀測(cè)降雨量。

4.7 加強(qiáng)水庫(kù)管護(hù)

由橫山縣趙石畔鎮(zhèn)大坪村管理的西溝水庫(kù)，一直沒有正式編制定員，水庫(kù)建庫(kù)至今，一直無專門的管理辦公設(shè)施及觀測(cè)、監(jiān)測(cè)設(shè)施、無防汛搶險(xiǎn)物資等。在運(yùn)行管理方面，無專職管理人員，規(guī)章制度有待健全，沒有資料整理、分析，達(dá)不到規(guī)范要求。除險(xiǎn)加固工程竣工驗(yàn)收后，原水庫(kù)的隸屬關(guān)系不變，但應(yīng)根據(jù)水庫(kù)新的管理運(yùn)行要求，調(diào)整充實(shí)管理人員，對(duì)水庫(kù)調(diào)度運(yùn)用進(jìn)行統(tǒng)一管理，使水庫(kù)的管理工作走向科學(xué)化、規(guī)范化、制度化，確保水庫(kù)長(zhǎng)期安全運(yùn)行。根據(jù)該水庫(kù)以后的運(yùn)行特點(diǎn)和功能，其運(yùn)行管理由鄉(xiāng)村負(fù)責(zé)，由鄉(xiāng)村批定2名專職管理人員，負(fù)責(zé)水庫(kù)的日常運(yùn)行管理工作。

5 結(jié)語

鑒于西溝水庫(kù)存在影響使用和安全的問題，為恢復(fù)水庫(kù)正常功能，發(fā)揮其應(yīng)有的效益和作用，擬對(duì)水庫(kù)進(jìn)行除險(xiǎn)加固。針對(duì)水庫(kù)大壩、放水建筑物、防汛道路、無監(jiān)測(cè)設(shè)施等存在問題，提出培厚大壩，修復(fù)下游壩腳壩體，整修壩坡并對(duì)迎水坡和背水坡進(jìn)行防護(hù)，增建壩面排水系統(tǒng)和壩后排水體，延伸放水建筑物臥管，增設(shè)臥管進(jìn)口閘門，明渠陡坡段加固，修筑放水臥管道路。此外，還建議增設(shè)大壩安全監(jiān)測(cè)設(shè)施，增加管理設(shè)施，增設(shè)防汛通訊、預(yù)警設(shè)備等，以確保除險(xiǎn)加固后的水庫(kù)滿足新形勢(shì)需要。