府谷縣李家溝水庫(kù)除險(xiǎn)加固方案探析

王 洋

（府谷縣皇甫川流域治理指揮部辦公室 陜西 府谷 719499）

1 概況

位于府谷縣皇甫川左岸支溝的李家溝水庫(kù)，距府谷縣城40km，壩址位于府谷縣麻鎮(zhèn)坪倫敦村。水庫(kù)總庫(kù)容為81萬(wàn)m3，是一座以攔沙、防洪為主，兼有灌溉、養(yǎng)殖等綜合利用的?。ǘ┬退畮?kù)。水庫(kù)樞紐建筑物包括均質(zhì)土壩、溢洪道、輸水洞。大壩為水墜均質(zhì)土壩，壩高22 m,壩頂高程915m,壩頂長(zhǎng)135m，壩頂寬5m，壩基寬89m，壩基高程893.0m，迎水坡坡比1∶2，背水坡坡比1∶2。放水建筑物由臥管、輸水涵管組成，位于大壩左岸，均為砌石結(jié)構(gòu)。臥管共設(shè)11級(jí)臺(tái)階，平孔進(jìn)水，每級(jí)高差0.5m。輸水涵管為內(nèi)徑60cm的鋼筋砼管，最大泄量為0.5m3。溢洪道設(shè)在大壩右岸，形式為窄深式，堰頂高程910.7m，底寬5m，深6m，長(zhǎng)79m。

李家溝水庫(kù)于1977年3月動(dòng)工興建，1979年5月建成，水庫(kù)運(yùn)行30多年來(lái)，發(fā)揮了較好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益：一是保護(hù)了下游三個(gè)自然村人民生命財(cái)產(chǎn)安全；二是攔截38萬(wàn)m3入黃泥沙；三是改善生態(tài)環(huán)境，保持水土流失；四是為下游660畝農(nóng)田提供灌溉水源。

2 水庫(kù)存在的主要問(wèn)題

雖然李家溝水庫(kù)為當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)灌溉、供水及下游防洪保安發(fā)揮了顯著作用，但因工程施工質(zhì)量留下先天隱患，隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，淤積量的增加，庫(kù)水位相應(yīng)抬高，水庫(kù)出現(xiàn)了不少隱患，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）水庫(kù)質(zhì)量先天不足，屬典型的“三邊”工程

由府谷縣水電局派員技術(shù)指導(dǎo)，府谷縣麻鎮(zhèn)公社與坪倫敦村組織群眾投勞投工實(shí)施的李家溝水庫(kù)，屬典型的“三邊工程”。受當(dāng)時(shí)歷史條件和技術(shù)水平限制，水庫(kù)沒(méi)有建設(shè)圖紙。在施工中，建設(shè)質(zhì)量控制不嚴(yán)，使得水庫(kù)質(zhì)量留下先天隱患。加之30多年的運(yùn)行，昔日小問(wèn)題如今已成大問(wèn)題，嚴(yán)重影響水庫(kù)安全運(yùn)行。

（2）水庫(kù)淤積嚴(yán)重

李家溝水庫(kù)地處陜北黃土高原北端，毛烏素沙漠東南緣，地貌單元屬黃土梁峁區(qū)，溝壑縱橫，梁峁起伏，植被差，水土流失嚴(yán)重。水庫(kù)建成運(yùn)用以來(lái)，已累計(jì)淤積泥沙38萬(wàn)m3，多年平均淤積量1.36萬(wàn)m3。隨著水庫(kù)泥沙淤積的增多，庫(kù)水位在不斷上升，淤積高程達(dá)909.0m，近年來(lái)水庫(kù)只攔不排，庫(kù)水位上升基本上在1.5 m范圍內(nèi)變化。1997年庫(kù)水位曾超過(guò)溢洪道底部高程1m。水庫(kù)在現(xiàn)狀淤積情況下，防洪能力僅能防御30年一遇設(shè)計(jì)洪水，不能滿足防御300年一遇校核洪水的要求，防洪能力不足是水庫(kù)存在的嚴(yán)重險(xiǎn)情。

（3）大壩迎、背水坡沖刷嚴(yán)重

在建設(shè)時(shí)，李家溝水庫(kù)大壩迎水坡無(wú)防護(hù)設(shè)施，只有少量的自生植被，受庫(kù)水風(fēng)浪淘刷嚴(yán)重，迎水坡已經(jīng)有一些沖溝，并形成1.5m陡坎。背水坡無(wú)排水設(shè)施，有沖溝，壩腳未建反濾排水設(shè)施，滲水、流泥嚴(yán)重。大壩存在滲透破壞的隱患，下游壩坡不穩(wěn)定。

（4）泄水建筑物老化嚴(yán)重

由于水毀淤積嚴(yán)重，泄水洞洞子斷裂，難以排洪、泄水。溢洪道未砌護(hù)，斷面小，土質(zhì)差，且左側(cè)墻體為壩體，不能正常行洪。

（5）大壩無(wú)安全監(jiān)測(cè)等設(shè)施，無(wú)管理設(shè)施，缺乏必要的通訊、交通設(shè)備

李家溝水庫(kù)建成投運(yùn)以來(lái)，一直處于開(kāi)放式管理。因無(wú)專人管理，大壩無(wú)安全監(jiān)測(cè)和管理配套設(shè)施，所以歷年降雨量、庫(kù)水位、蓄水量無(wú)記載資料。運(yùn)行管理難以操作，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)大壩的科學(xué)管理。

2007年4 月，榆林市水利局組織有關(guān)專家，按照水利部《水庫(kù)大壩安全鑒定辦法》之規(guī)定，對(duì)李家溝水庫(kù)大壩進(jìn)行了安全鑒定工作，評(píng)定李家溝水庫(kù)大壩為三類病險(xiǎn)壩，并建議管理單位“應(yīng)盡快對(duì)該水庫(kù)進(jìn)行除險(xiǎn)加固，確保大壩安全及正常運(yùn)行”。

3 除險(xiǎn)加固方案

3.1 除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)原則

李家溝水庫(kù)為已成工程，其主要建筑物已成固定模式和格局，且多年水庫(kù)在灌溉、供水、防洪等方面對(duì)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活的改善起了重要作用。故本次除險(xiǎn)加固工程的實(shí)施應(yīng)充分考慮到該工程的歷史和現(xiàn)狀，盡可能不影響水庫(kù)的正常運(yùn)行。

3.2 除險(xiǎn)加固工程任務(wù)及規(guī)模

按李家溝水庫(kù)大壩安全鑒定報(bào)告并結(jié)合本階段水文、工程地質(zhì)有關(guān)成果，本次除險(xiǎn)加固工程的具體任務(wù)為：加高整修大壩、增設(shè)壩面防護(hù)排水設(shè)施；新建放水設(shè)施，封堵原泄水洞；溢洪道襯砌、加固；改造加固上壩防汛道路。按國(guó)家《防洪標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，李家溝水庫(kù)防洪標(biāo)準(zhǔn)取20年一遇設(shè)計(jì)，200年一遇校核。

3.3 正常蓄水位確定和調(diào)洪計(jì)算

李家溝水庫(kù)多年平均淤積量1.36萬(wàn)m3，據(jù)此推算水庫(kù)后續(xù)運(yùn)行20年其淤積量為27.2萬(wàn)m3，則水庫(kù)運(yùn)行20年后的總淤積庫(kù)容為65.2m3，對(duì)應(yīng)淤積面高程為913m，由此確定本次除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)正常蓄水位為913m。校核洪水位和設(shè)計(jì)洪水位通過(guò)調(diào)洪計(jì)算確定。起調(diào)水位為913.0m，溢洪道寬度為5m。調(diào)洪演算成果為：校核洪水位917.41m，庫(kù)容127.38萬(wàn)m3，溢洪道泄量65.7m3/s；設(shè)計(jì)洪水位915.31m，庫(kù)容94.65萬(wàn)m3，溢洪道泄量25.24m3/s。

3.4 大壩加固處理

李家溝水庫(kù)大壩為均質(zhì)土壩，改造后大壩壩頂高程918.70m，壩頂寬度4.0m，最大壩高24.5m，壩頂總長(zhǎng)161m，最大壩底寬93.4m，上游壩坡分為1級(jí)，坡比為1∶2.5，下游壩坡分為3級(jí)，坡比分別均為1∶2.0，在高程910m和902m各設(shè)寬2.0m的馬道，排水棱體頂高程897.8m，頂寬2.0m，內(nèi)側(cè)坡比為1∶1.5。

大壩所需土料主要來(lái)源于左壩肩上部斜坡地帶，儲(chǔ)量豐富，土料場(chǎng)運(yùn)距短，開(kāi)采運(yùn)輸方便，各項(xiàng)技術(shù)質(zhì)量指標(biāo)均符合《水利水電工程天然建筑材料勘察規(guī)程》對(duì)土壩碾壓土料的技術(shù)要求，滲透系數(shù)要求小于1×10-4cm/s，壩體填筑土的最大干密度為1.64g/cm3，壩體的壓實(shí)度為96%。

（1）大壩壩頂?shù)缆吩O(shè)計(jì)。根據(jù)大壩壩頂高程計(jì)算結(jié)果，壩頂加高至918.70m高程。壩頂寬度4.0m，改造壩頂?shù)缆?，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為四級(jí)道路，路面采用20cm厚的泥結(jié)石路面，下部鋪設(shè)20cm厚的碎石墊層路基，上、下游側(cè)設(shè)M7.5漿砌石路沿。

（2）迎水坡改造處理。為保護(hù)上游壩坡安全，本次加固設(shè)計(jì)對(duì)迎水坡結(jié)合大壩加高培厚進(jìn)行整修改造處理。填筑時(shí)清除表層0.5m左右的松動(dòng)浮土，對(duì)上游壩坡采用0.3m厚漿砌石內(nèi)嵌干砌石護(hù)坡，砌石底高程至現(xiàn)淤積面以下1.0m，即高程905.5m，下部鋪設(shè)0.2m厚的砂礫料墊層。

（3）背水坡加固處理及增設(shè)坡面排水系統(tǒng)。依據(jù)規(guī)范，對(duì)背水坡采用植物護(hù)坡，下游壩坡及兩側(cè)岸坡設(shè)置縱向排水溝，馬道平臺(tái)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。壩坡、岸坡、馬道排水溝均采用漿砌石結(jié)構(gòu)。壩頂、下游壩坡，以及下游馬道設(shè)置0.3m×0.3m漿砌石梯形排水溝，左右兩岸坡設(shè)置0.5m×0.5m漿砌石梯形排水溝。下游壩坡腳設(shè)置排水棱體，排水棱體頂高897.8m，頂寬2.0m，內(nèi)側(cè)坡比為1∶1.5，外側(cè)坡比為 1∶2.0。

3.5 新建放水設(shè)施設(shè)計(jì)

新建放水建筑物位于李家溝水庫(kù)大壩左岸。放水建筑物臥管位于大壩上游岸坡約40m處，岸坡處地面高程為908.00m，臥管縱坡比為1∶2，臥管放水口采用階梯式布置，共設(shè)18級(jí)，每級(jí)高差0.5m，采用C20鋼筋砼結(jié)構(gòu)。各級(jí)放水孔進(jìn)口高程分別為908.90m～917.40m。其中正常蓄水位910.70m以下布設(shè)9級(jí)，校核水位至正常蓄水位之間設(shè)4級(jí)。各級(jí)放水孔孔口尺寸均為φ0.3m的圓孔。臥管采用預(yù)制圓臺(tái)體封蓋。為便于臥管放水孔操作運(yùn)行，臥管頂部至右岸壩肩回填一條寬1.5m的運(yùn)行管理便道。

本次除險(xiǎn)加固擬定正常蓄水位為910.70m，臥管底部地面高程為908.40m，故擬定涵管進(jìn)口高程為906.90m，涵管壩后出口處高程為903.00m。臥管底部接φ1m預(yù)制鋼筋混凝土涵管，涵管按明流設(shè)計(jì)。涵管上游起點(diǎn)高程為906.90m，下游壩后出口高程為903.00mm，涵管全長(zhǎng)90m，設(shè)計(jì)坡比為0.044。涵管沿軸線基礎(chǔ)均為土基，為防止基礎(chǔ)發(fā)生不均勻變形，設(shè)置兩層基礎(chǔ)，即底部設(shè)厚0.3m的漿砌石，上部現(xiàn)澆鞍式混凝土管座，管座沿線設(shè)有適應(yīng)地基沉降的永久縫，縫間距為12m。為防止臥管發(fā)生集中滲流，臥管在壩軸線上游部分設(shè)置四道截水環(huán)，截水環(huán)間距10m。

涵管末端接混凝土消力池，消力池寬3m，長(zhǎng)3m，壁厚0.5m，高2.5m。消力池后接輸水明渠，輸水明渠斷面為矩形斷面，尺寸為0.8m×0.8m，渠底漿砌石厚度為0.3m。渠道下游段設(shè)退水渠，渠道與用水溝渠銜接。

3.6 溢洪道加固設(shè)計(jì)

李家溝溢洪道由引渠段、控制段、泄槽段及尾渠段等部分組成，總長(zhǎng)度136m。本次加固設(shè)計(jì)引渠為矩形斷面，長(zhǎng)10m，底寬由8m漸變?yōu)?m，底坡設(shè)計(jì)比降為i=0；進(jìn)水渠底板高程為911.20m，墻頂高程與壩頂高程齊平；底板漿砌石厚度為0.3m，側(cè)墻頂寬0.3m，坡比為1∶0.3。

新建混凝土結(jié)構(gòu)寬頂堰，堰頂高程為913.00m，墻頂高程為918.70m，寬頂堰寬5m，順?biāo)飨蜷L(zhǎng)8m，堰前設(shè)90°控制半徑為1m的圓弧轉(zhuǎn)角，底板澆筑1.8m厚的C20鋼筋砼；墻頂設(shè)計(jì)交通橋與壩頂連通。

加固改造溢洪道泄槽采用矩形斷面，總長(zhǎng)83.00m；采用漿砌石內(nèi)襯鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，內(nèi)襯混凝土厚度為0.15m，外包漿砌石頂部寬度為30cm，坡比為1∶0.3；其下鋪設(shè)20cm厚砂礫石墊層。

消力池采用底流消能方式，采用矩形平底消力池結(jié)構(gòu)型式，長(zhǎng)20m，底寬為5m，深1m，池底高程899.30m，邊墻頂高程902.80m。底板襯砌厚度0.5m，采用C20鋼筋砼襯砌，其下鋪設(shè)0.3m厚漿砌石，漿砌石下部鋪設(shè)0.2m厚的砂礫石墊層。為了消除余能及保護(hù)下游渠道，對(duì)消力池下游段采用鉛絲石籠護(hù)底，鉛絲籠厚度為1m，寬度為6m。

3.7 大壩安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)

為了及時(shí)準(zhǔn)確的掌握大壩水庫(kù)上下游水位情況，本次除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)中，設(shè)置2組水尺。同時(shí)為了及時(shí)監(jiān)測(cè)壩體及壩基的滲流量情況，在大壩下游側(cè)設(shè)置量水堰。

4 結(jié)語(yǔ)

李家溝水庫(kù)原設(shè)計(jì)總庫(kù)容80萬(wàn)m3，現(xiàn)已淤積38萬(wàn)m3?？紤]原放水渠老化、淤積、未襯砌，不具備安全行洪要求，本次除險(xiǎn)加固工程的主要內(nèi)容為：大壩加固培厚，使其滿足滲流及抗滑安全性；改建溢洪道，保證水庫(kù)泄洪安全；新建放水設(shè)施；增設(shè)大壩安全監(jiān)測(cè)及水庫(kù)管理設(shè)施，改造防汛搶險(xiǎn)道路。陜西水利