石板上水庫除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)方案綜述

董 偉

（1.太原理工大學(xué)，山西 太原 030024；2.山西省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030024）

1 工程概況

水庫樞紐工程由主副大壩、溢洪道、輸水洞及交通橋等建筑物組成。大壩為碾壓均質(zhì)土壩，壩頂高程1000.3～1000.9m，主壩頂長 297.4m，副壩頂長105m，寬4m，最大壩高13.6m，壩頂路面未硬化，無防浪墻；大壩上游壩坡1∶2.25，干砌石護(hù)坡，下游壩坡1∶2.5，分別在998.1m和991.1m高程處設(shè)寬2.0m馬道，草皮護(hù)坡；壩基防滲形式為黏土截水槽。水庫正常蓄水位997.5m。

輸水洞位于大壩右側(cè)（溢洪道左側(cè)），進(jìn)口底高程995.5m，為漿砌料石城門洞型涵洞，洞長40m，斷面尺寸 1.0m×1.1m×0.5m（寬×高×長），設(shè)工作閘門和檢修閘門，工作閘門為混凝土閘門，手動(dòng)螺桿啟閉機(jī)啟閉，檢修閘門未安裝。啟閉平臺(tái)由磚墻圍護(hù)，部分已破損。輸水洞輸水流量2.0m3/s。

2 存在問題

根據(jù)《山西省沁縣石板上水庫大壩安全鑒定報(bào)告》，水庫樞紐工程存在以下問題：一是大壩遭遇300年一遇洪水時(shí)，水庫防洪不滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。二是大壩上游坡面石料風(fēng)化破損嚴(yán)重，雜草叢生；壩體下游無排水體，壩體存在發(fā)生流土滲透破壞的安全隱患。三是溢洪道開挖邊坡陡立，無襯砌，部分風(fēng)化坍塌；水流直接跌入河道，無消能防沖設(shè)施。四是工作閘門年久失修，老化嚴(yán)重，無法正常運(yùn)行，手動(dòng)啟閉機(jī)銹蝕嚴(yán)重，不能啟閉；無檢修閘門。

3 除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)

3.1 除險(xiǎn)加固方案

根據(jù)工程現(xiàn)狀，擬考慮溢洪道加寬降堰方案：壩頂高程維持現(xiàn)狀，平整后設(shè)計(jì)值1000.8m；受輸水涵洞取水高程、溢洪道尾部輸水渠道頂高程控制，溢洪道堰頂高程取996.7m，較現(xiàn)狀溢洪道堰頂高程降低0.8m，溢洪道拓寬至13m，校核洪水位1000.71m。

3.2 工程布置

大壩加固包括壩頂平整、壩頂路面硬化、壩頂增設(shè)防浪墻、上游護(hù)坡拆除重建和下游壩坡坡腳增設(shè)貼坡排水體五部分。

溢洪道位于大壩右壩肩，進(jìn)口垂直于壩軸線。溢洪道單孔底寬13.0m，開敞式寬頂堰，最大泄量173.5m3/s，設(shè)計(jì)泄量 92.0m3/s，總長 146.5m，由引渠段、控制段、泄槽段、消能防沖段等組成。為滿足灌溉要求，寬頂堰上設(shè)擋水子堰，為碾壓均質(zhì)土堰，堰頂高程998.0m（正常蓄水位），行洪時(shí)自動(dòng)潰壩。

輸水洞位于大壩右側(cè)，拆除原閘室進(jìn)行改建。改建閘室布置在原閘室位置，設(shè)計(jì)閘室長3.6m，底高程995.5m，沿水流方向布置檢修閘門和工作閘門，兩閘門間距1.2m。

1.2.1 MRI檢查 本組患者均接受顱腦MRI檢查，應(yīng)用德國西門子公司公司生產(chǎn)的MAGNETOM Avanto型1.5T超導(dǎo)磁共振掃描儀檢查；指導(dǎo)并協(xié)助患者行平臥體位，先行常規(guī)顱腦掃描：T1WI(TR、TE分別為400ms、20ms)、T2WI（TR、TE分別為2800ms、105ms）及液體衰減反轉(zhuǎn)恢復(fù)成像（FLAIR）序列（TR、TE分別為8000ms、204ms）；矩陣為256×256，層后、層間距分別為5mm、1mm；再行增強(qiáng)掃描，應(yīng)用釓噴酸葡胺作為對(duì)比劑，按0.2mL/kg靜脈注射，再行軸位、矢狀位以及冠狀位掃描，均采用SET1WI抑制序列。

溢洪道控制段上部設(shè)交通橋連接壩頂交通和右岸石板上村公路，橋面寬4.8m，高程1002.0m。

3.3 大壩加固設(shè)計(jì)

大壩為碾壓均質(zhì)土壩，對(duì)大壩上游護(hù)坡、壩頂結(jié)構(gòu)及998.1m高程以上下游壩坡進(jìn)行改造。

3.3.1 壩頂構(gòu)造及大壩防洪

現(xiàn)狀壩頂高程1000.3～1000.9m，設(shè)計(jì)壩頂平整高程1000.8m，計(jì)入路面厚度，大壩壩頂高程1001.1m，壩頂路面橫坡設(shè)傾向下游單坡，坡度2%。

壩頂寬度結(jié)合原壩頂寬度和壩頂交通要求，路面凈寬4.0m，壩頂交通為C25混凝土路面，設(shè)計(jì)厚度0.2m，下設(shè)0.1m厚的碎石墊層。壩頂上游側(cè)為防浪墻，下游設(shè)高寬均為0.3m的路緣石。

防浪墻為C20鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，墻體地面以上高度1.0m，總高1.8m，墻頂寬0.45m，墻厚0.3m，基礎(chǔ)厚0.4m，總寬度1.5m。沿防浪墻墻體每10m設(shè)一橫向伸縮縫，縫內(nèi)填高密度聚乙烯閉孔板。

經(jīng)改造，通過水文相關(guān)計(jì)算，300年一遇洪峰流量為315m3/s，30年一遇洪峰流量為177m3/s，滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。

3.3.2 護(hù)坡及排水

水庫大壩原斷面上游壩坡為1∶2.25，下游壩坡為1∶2.5，壩坡較緩，經(jīng)對(duì)其滲流和穩(wěn)定復(fù)核計(jì)算，均滿足規(guī)范要求，上游維持原壩體坡度；壩頂由于增設(shè)防浪墻和排水溝，998.1m高程以上的下游壩坡坡度由1∶2.5 調(diào)整為 1∶2.0。

大壩上游護(hù)坡拆除后仍采用干砌石護(hù)坡，護(hù)坡底部深入水庫淤積高程以下1.5m，護(hù)坡底高程989.5m。設(shè)計(jì)護(hù)坡厚度0.3m，下設(shè)0.3m厚的砂礫石墊層。干砌石護(hù)坡塊石料要求有較強(qiáng)的抗冰凍能力和較高的抗風(fēng)化能力，采用石料場開采的新鮮砂巖塊石；砂墊層粒徑范圍10～25 mm。大壩下游草皮護(hù)坡較完整，維持現(xiàn)狀。下游998.1m高程以上恢復(fù)草皮護(hù)坡。

壩頂下游側(cè)設(shè)漿砌石縱向排水溝，矩形斷面，斷面尺寸0.3m×0.3m（寬×高），漿砌石厚度0.3m；兩級(jí)馬道內(nèi)側(cè)均設(shè)縱向漿砌石排水溝，矩形斷面，斷面尺寸0.4m×0.4m（寬×高），漿砌石厚度0.3m；壩腳設(shè)縱向排水溝，匯集排水棱體滲水，斷面尺寸0.4m×0.6m（寬×高）。沿壩體每50m設(shè)一橫向排水溝，壩體與岸坡和溢洪道連接處增設(shè)，共布設(shè)6道，斷面尺寸0.3m×0.3m（寬×高）。上述排水溝漿砌石厚度均為0.3m。

3.3.3 貼坡排水體

大壩壩坡加固后在壩腳增設(shè)貼坡排水體。排水體坡度1∶2.5，排水體與壩體土間設(shè)三層反濾，每層厚度0.25m。排水體石料要求能抵抗風(fēng)化作用和冰凍作用，并具有良好的抗水性，塊徑不超1.0m，含泥量不大于3%。反濾料可選用當(dāng)?shù)厣傲虾褪蠌S材料進(jìn)行人工配制。

3.4 大壩滲流復(fù)核計(jì)算

3.4.1 滲流計(jì)算

大壩滲流穩(wěn)定分析計(jì)算選取一個(gè)典型斷面，即大壩右側(cè)靠近溢洪道處最大壩高斷面。

通過計(jì)算，在各種工況下，大壩浸潤線均在下游壩坡出逸，壩內(nèi)各部位滲透比降均小于該土層的允許比降。由此可知，在各種工況下，壩體各部及壩基覆蓋層的滲透穩(wěn)定性滿足要求，不存在滲透穩(wěn)定問題。為降低壩體內(nèi)浸潤線，保護(hù)壩體土不發(fā)生流土，在下游壩腳設(shè)堆石棱體排水。

3.4.2 大壩穩(wěn)定復(fù)核計(jì)算

大壩壩坡穩(wěn)定計(jì)算斷面的選取與滲流計(jì)算斷面一致，壩坡穩(wěn)定計(jì)算根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》要求采用畢肖普法，正常運(yùn)用條件下壩坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)為1.25，非常運(yùn)用條件下壩坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)為1.10。

現(xiàn)狀溢洪道出口處為跌水，無消能方式，該處地形落差約10m，對(duì)該段陡坡擬選用陡坡和跌水兩種泄水方式進(jìn)行比選。

3.5 溢洪道加固設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)陡坡坡度1∶1.5，下接底流消力池。該方案需在原跌水處進(jìn)行削坡。削坡后輸水渠道被挖除，擬將原輸水渠道部分改線，改線段長75m，消力池長33m。該方案陡坡段為整體式C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，消力池為MU7.5漿砌石結(jié)構(gòu)，內(nèi)襯0.2m厚的C35抗沖磨混凝土。

3.6 輸水洞加固設(shè)計(jì)

金屬結(jié)構(gòu)改造內(nèi)容為更新輸水洞進(jìn)口檢修閘門、工作閘門及配套啟閉設(shè)備。

4 結(jié)語

石板上水庫除險(xiǎn)加固完成后，提高了大壩的穩(wěn)定性，水庫的防洪標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到了規(guī)范要求，解決了大壩的滲流問題，使水庫的運(yùn)行更加可靠，同時(shí)可以充分發(fā)揮水庫的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，確保了沿岸群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。