商洛市商州區(qū)草廟溝水庫除險加固工程方案淺析

張衛(wèi)鋒 任 平

（商洛市商州區(qū)水利工作隊 陜西 商洛 726000）

1 工程概述

草廟溝水庫位于陜西省商洛市商州區(qū)城關(guān)街道辦事處傅村境內(nèi)，屬長江水系丹江一級支流的黃沙河，距商洛市市區(qū)（商州區(qū)）西北約2.5km，屬城關(guān)街道辦事處管轄。該水庫1958年1月動工興建，1960年4月竣工，水庫壩址以上控制流域面積2.75km2，總庫容22.9萬m3，其中興利庫容13萬m3，滯洪庫容7.1萬m3，死庫容2.8萬m3，是一座以防洪為主，兼灌溉、養(yǎng)殖、旅游、供水等綜合利用的?。?）型水庫。

草廟溝水庫樞紐工程由粘土心墻堆石壩、開敞式溢洪道、臥管式放水洞三部分組成，水庫為Ⅴ等工程，主要建筑物等級為5級。

水庫自運(yùn)行以來，在防洪方面發(fā)揮了重要作用，明顯減少了下游城區(qū)洪澇災(zāi)害。但由于長期缺乏專人管理，同時因貧困山區(qū)縣鄉(xiāng)財政極度緊張，缺乏資金維修養(yǎng)護(hù)，使工程自然老化失修，隱患問題沒有得到徹底解決，病險情況日益加重，大壩護(hù)坡砌石嚴(yán)重脫落，左壩肩、壩腳滲漏，溢洪道左側(cè)滑坡脫落，砂石堆積溢洪道，臥管多處漏水，導(dǎo)致水庫一直帶病運(yùn)行，時刻威脅著下游人民群眾的生命財產(chǎn)安全。

2 病險問題

水庫建成以來，早期在防洪、灌區(qū)農(nóng)業(yè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮了重要作用，但由于工程建設(shè)時期準(zhǔn)備不足，倉促建設(shè)，加之受歷史條件和生產(chǎn)力水平影響，施工手段落后，沒有完善的質(zhì)量保證體系，工程施工質(zhì)量很差。大壩壩肩及壩腳滲漏；壩體施工質(zhì)量控制不嚴(yán)；放水設(shè)施損壞嚴(yán)重，溢洪道不具備安全泄洪條件，這些問題致使工程多年來帶病運(yùn)行。

（1）大壩壩頂寬度較小，不符合規(guī)范要求。壩體迎水坡砌石護(hù)坡局部脫落；左岸壩肩、壩腳滲漏嚴(yán)重，背水坡坡比較陡，壩坡無排水設(shè)施，壩體植被化嚴(yán)重。

（2）溢洪道建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低，施工質(zhì)量差，進(jìn)口邊墻漿砌石有裂縫，表層脫落、破損嚴(yán)重。溢洪道砌石底板凹凸不平，局部損壞；末端無消能措施；左岸高邊坡，經(jīng)?；?，且溢洪道內(nèi)植被化嚴(yán)重，嚴(yán)重影響泄洪安全。

（3）無上壩道路，只能從下游307省道沿河道小路進(jìn)入庫區(qū)及大壩，不能滿足防汛搶險需要。

（4）放水設(shè)施有損毀、滲漏，且操作極為不便。

（5）大壩無變形、滲流、浸潤線等觀測設(shè)施，無水文監(jiān)測，無法準(zhǔn)確掌握雨情、水情、汛情。

（6）水庫無管理設(shè)施。

3 除險加固方案

3.1 工程任務(wù)

針對水庫存在的主要安全隱患及存在問題，除險加固工程的主要內(nèi)容如下：

（1）對草廟溝水庫壩體上游進(jìn)行整修，清除污物，下游壩坡培厚加固處理，左壩肩防滲處理。

（2）對放水臥管和涵洞修復(fù)加固。

（3）溢洪道修復(fù)加固，在末端增加消能設(shè)施，溢洪道進(jìn)口左岸邊坡削坡。

（4）增設(shè)安全監(jiān)測設(shè)施、管理站房。

(5)新修上壩道路，以便防汛搶險和日常管理。

3.2 大壩加固處理

3.2.1 大壩壩頂?shù)缆?/p>

原設(shè)計壩頂寬度為3.2m，不滿足防汛車輛行車需要。通過對下游壩坡培厚，使壩頂寬度達(dá)到4.3m（含防浪墻寬度0.8m），即壩面行車寬度為3.5m。壩頂?shù)缆钒此募壍缆窐?biāo)準(zhǔn)設(shè)計，30cm厚泥結(jié)石路面，下部設(shè)30cm厚砂礫石墊層。在壩頂下游側(cè)布置1m高混凝土防護(hù)欄桿。

3.2.2 迎水坡改造處理

原大壩上游護(hù)坡為干砌石，由于施工質(zhì)量差，經(jīng)過多年迎水沖刷，目前部分砌石脫落，植被化嚴(yán)重。對迎水坡僅進(jìn)行整修改造處理。清除壩面植被、雜物，按照原設(shè)計壩坡比降698.18m至679.29m高 程 坡 降 為 1∶1.95，698.18m至702.0m高程坡降為1∶1.83，對砌石脫落、不平整等部位采用干砌石整修處理。

3.2.3 背水坡培厚加固處理及增設(shè)排水系統(tǒng)

原大壩下游壩坡比較陡、有局部沉陷和沖坑、無排水溝、植被化嚴(yán)重。下游壩體進(jìn)行培厚加固處理，壩坡表層設(shè)計采用4m×4m混凝土花格30cm厚干砌石護(hù)坡，加固后由一級馬道690.35m高程向上培厚至壩頂702.30m，坡比為1∶1.5，一級馬道寬4.5m，一級馬道690.35m向下至682.16m高程，坡比為1.1.75。同時由壩頂702.30m至682.16m高程，布置一道1.2m寬M7.5漿砌石踏步。在壩體下游682.16m高程至壩基678.96m，設(shè)置排水棱體，其結(jié)構(gòu)形式由壩基先鋪筑20cm厚粗砂墊層，再鋪筑20cm砂礫石墊層，后砌筑干砌塊石至682.16m高程，背坡砌石坡比為1∶1.5。排水棱體末端接下游壩坡橫向排水渠，排水渠靠近大壩側(cè)采用干砌石，遠(yuǎn)離壩側(cè)及渠底采用M7.5漿砌石，底寬0.4m，高0.5m。兩側(cè)岸坡設(shè)置縱向排水溝，將水直接導(dǎo)入下游河床。岸坡排水溝采用M7.5漿砌石，排水溝為梯形斷面形式，底寬 0.4m，深0.4m，頂寬0.8m。

3.2.4 左壩肩防滲處理

灌漿處理，帷幕下限應(yīng)深入弱風(fēng)化巖體2.0m～3.0m。

左壩肩與壩坡結(jié)合部設(shè)樁號0+000，沿壩軸線向左壩坡延伸3.50m，樁號0-003.5；向右側(cè)樁號0+024.5范圍內(nèi)，灌漿軸線總長28m，均為單排灌漿孔，孔距均為2.0m，布設(shè)灌漿孔15個。布設(shè)灌漿質(zhì)量檢查孔2個。

灌漿所用材料為水泥和粘土兩種，所配制的漿液有：水泥漿和粘土漿。

3.3 放水建筑物修復(fù)加固

草廟溝水庫放水設(shè)施主要為放水臥管和涵洞。目前放水臥管滲漏嚴(yán)重，臥管放水方式，操作極為不便。輸水涵洞進(jìn)水口因擋墻損壞，壩面零石塌落，造成放水設(shè)備損壞或無法正常工作。

鑒于目前放水臥管和涵洞的布置形式，并結(jié)合周邊的地質(zhì)、地形條件，本次加固為不使工程規(guī)模和投資過大，擬定兩個方案進(jìn)行比較選擇。

方案一（推薦方案）：

（1）對原放水涵洞進(jìn)水口采用M7.5漿砌石進(jìn)行加固整修，并在下游壩坡涵洞出口，按原涵洞尺寸延長涵洞至側(cè)坡排水溝，共計長7.00m。

（2）順上游壩坡方向新修放水臥管，采用五級放水結(jié)構(gòu)，每級高1.50m，每跨3.20m，臥管總長19.32m。每級臥管通過壩面踏步相連，踏步寬0.30m。臥管頂板坡比1∶2.0，底板坡比1∶2.5，底板底部先鋪設(shè)0.30m厚碎石墊層，表面澆筑0.20m厚C20鋼筋混凝土。進(jìn)水口高程690.55m。放水口一至四級閘門采用0.50m×0.50m平面鑄鐵弧形螺桿閘門、五級閘門采用0.5m×1.00m平面鑄鐵弧形螺桿閘門控制，采用手動頂搖式啟閉機(jī)。

方案二（比較方案）：

（1）對原放水涵洞進(jìn)水口采用M7.5漿砌石進(jìn)行加固整修，并在下游壩坡涵洞出口，按原涵洞尺寸延長涵洞至側(cè)坡排水溝，共計長7m。

（2）拆除放水臥管進(jìn)水口，重新采用C20鋼筋混凝土澆筑并預(yù)留直徑0.62m，高0.15m的“企口”型進(jìn)水口，根據(jù)預(yù)留進(jìn)水口尺寸預(yù)制直徑0.60m的C20鋼筋混凝土進(jìn)水孔蓋，在孔蓋頂設(shè)置兩根鋼筋吊環(huán)，方便移動進(jìn)水孔蓋。

兩種方案分別從主要工程量、運(yùn)行的可靠性、施工難易、日常維護(hù)及造價等多方面進(jìn)行比較。方案一運(yùn)行安全可靠，操作方便，日常維護(hù)較容易，每級結(jié)構(gòu)都相似，施工難度不大；而方案二雖然工程量及造價都較少，結(jié)構(gòu)較簡單，較容易施工，但運(yùn)行安全可靠性較差，只有在枯水期養(yǎng)護(hù)，日常維護(hù)比較困難。綜合考慮，方案一優(yōu)于方案二，故推薦方案一。

3.4 溢洪道加固

溢洪道位于大壩左岸，斷面為開敞式寬頂堰，全長132.5m。設(shè)計流量33.72m3/s。堰前進(jìn)水段長9.4m，進(jìn)口段底高程699.87m；進(jìn)口段最小寬度10m，泄槽段長83.3m，陡坡段長39.8m，出口底寬2.9m，上口寬3.8m。溢洪道為漿砌石全斷面襯砌。

加固溢洪道由控制段、泄槽段、一級陡坡、挑坎、消力池段五部分組成，總長172.8m。

（1）控制段

控制段為寬頂堰，長5m，梯形斷面，堰頂高程699.87m，進(jìn)口底寬12.5m，頂寬13.5m，底板厚0.8m，底板采用C20鋼筋混凝土襯砌，邊墻頂寬0.6m，底寬1.1m，邊墻0.2m厚采用C20鋼筋混凝土襯砌，其它部分采用M7.5漿砌石砌筑。

（2）泄槽段

泄槽段長80.00m,樁號0+005.00～0+085.00，梯形斷面，底板寬度12.5m～5.2m，首端底部高程699.87m，末端底部高程696.33m，底板采用0.3m厚C20鋼筋混凝土襯砌，邊墻頂寬0.4m，底寬0.6m，高2.0m，采用M7.5漿砌石襯砌，M10水泥砂漿抹面。

（3）一級陡坡

一級陡坡段長53.10m，樁號0+085.00～0+138.10，渠底高程 696.33m～689.47m，縱向坡比i=0.129，梯形斷面，底板寬 5.2m，厚 1m，上部采用 0.3m厚 C20鋼筋混凝土面，下部設(shè)0.7m厚M7.5漿砌石結(jié)構(gòu)。邊墻頂寬0.4m，底寬0.6m，高2m～2.3m，采用M7.5漿砌石襯砌，M10水泥砂漿抹面。

（4）挑坎

溢洪道末端消能方式采用挑流消能，樁號為0+138.10～0+144.82。挑坎設(shè)計挑射角度θ=20°,反弧半徑R=8m，反弧最低點(diǎn)的高程為689.40m，鼻坎高程689.88m，挑坎寬5.2m，采用C20鋼筋混凝土澆筑。兩側(cè)擋墻采用M7.5漿砌石砌護(hù)，頂高688.47m。

（5）消力池段

樁號0+144.82～0+172.80為消力池段，長27.98m，池底高程680.0m，底寬15.4m，底板厚1m，采用0.3m厚C20鋼筋混凝土面，下部設(shè)0.7m厚M7.5漿砌石結(jié)構(gòu)。側(cè)墻頂寬0.5m，底寬1.55m，墻高3.5m，采用M7.5漿砌石砌筑。

為防止水流對消力池末端河床掏刷和沖擊，在消力池末端增設(shè)鉛絲籠塊石海漫，厚1.0m，長2.5m。在消力池末端海漫連接退水渠，退水渠與消力池軸線夾角為121°16′17″。

3.5 新修上壩道路

在庫區(qū)右側(cè)自商洛公路至大壩壩頂新修一條長220m上壩道路，上壩道路等級為四級道路，標(biāo)準(zhǔn)路面設(shè)計寬度4m，路肩寬度2×0.75m，路基寬度5.5m，路基設(shè)計壓實(shí)系數(shù)為0.93，路面為泥結(jié)碎石路面，厚15cm，基礎(chǔ)為天然渣石填筑路基。

在道路里側(cè)修建漿砌石排水溝，斷面型式為矩形，底寬40cm，深40cm。

3.6 重建大壩安全監(jiān)測

草廟溝水庫自1960年投入運(yùn)行以來，未設(shè)水位、沉陷，位移等觀測設(shè)施，無資料記載。為確保大壩安全運(yùn)行，建立一套比較完善的大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)是十分必要的。本次草廟溝水庫除險加固工程重建觀測內(nèi)容：變形監(jiān)測，在壩頂軸線布置沉降位移觀測樁；浸潤線及滲流監(jiān)測，在壩體橫斷面布設(shè)浸潤線觀測點(diǎn)。

4 結(jié)語

針對草廟溝水庫存在的安全隱患，提出了較為科學(xué)的除險加固方案，經(jīng)過除險加固的實(shí)施，保證了水庫的安全運(yùn)行，使草廟溝水庫發(fā)揮了應(yīng)有的城市防洪、灌溉、養(yǎng)殖等綜合效益。陜西水利