朝陽縣北地水庫除險加固工程必要性分析

宋 強

(朝陽縣水利勘測設(shè)計隊，遼寧 朝陽122000)

1 水庫概況

北地水庫位于朝陽縣古山子鄉(xiāng)北地村，屬大凌河流域三級支流，流域重心位于E120°17' ，N41°43'。壩址以上流域全長4.0 km，水庫集雨面積11.32 km2，河道平均比降65.4‰，是一座以防洪為主，兼顧灌溉、養(yǎng)殖的綜合利用性水庫［1］。

北地水庫工程于1973年建成，水庫當(dāng)時的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)是20 a一遇，校核標(biāo)準(zhǔn)是200 a一遇，工程規(guī)模屬于小(1)型。

水庫樞紐工程由攔河壩、輸水洞、溢洪道組成。攔河壩類型為黏土心墻壩，壩高28.0 m，壩頂高程569.0 m，大壩全長190.0 m，壩頂寬4.0 m，迎水坡比1∶2.5，背水坡在高程561 m處設(shè)2 m寬馬道一座，其坡比自下而上是1∶2.5，1∶2.5。上游為干砌塊石護坡，下游為碎石護坡［2－3］。

距左岸75 m處有輸水洞，其為鋼筋混凝土涵管，洞徑0.4 m，洞長80 m，進口高程548.0 m，出口高程547.5 m，流量0.9 m3/s。進口閘門為柵格式轉(zhuǎn)動閘門，啟閉型式為鋼絲繩人工啟動。

溢洪道由進口明渠段、溢流堰(駝峰堰)、挑流鼻坎、陡槽段、尾水渠組成，全長148 m，堰頂高程564 m，凈寬24.0 m，進口段長45.0 m，堰體段長6.0 m，陡槽段長60 m，挑坎長8.0 m，尾水渠長29.0 m，溢洪道底用混凝土護底。

2 除險加固的必要性

北地水庫于1973年建成，水庫建成后經(jīng)過2 a汛期考驗，發(fā)現(xiàn)大壩存在比較嚴(yán)重病險情，如:大壩下游出現(xiàn)五處漏水，大壩頂沉陷超過予留量多達1.4 m，另外，大壩頂出現(xiàn)近18 m長的縱向裂縫，壩左右兩端出現(xiàn)橫向裂縫。

1975年對以上出現(xiàn)問題進行了補救，即對壩右端采取階梯開挖法破壩排險，重新砌筑排水體，降低浸潤線的高度，對大壩縱向裂縫及兩條橫向裂縫進行了處理。1976年對大壩背水坡478 m以下進行了補坡和整型，加大了壩斷面，增強了大壩的穩(wěn)定性［4］。

1989年根據(jù)壩右端排水體下仍有滲流，水庫大壩標(biāo)準(zhǔn)低，溢洪道滿足不了宣泄洪水的要求等情況，又進行了一次除險加固，即溢洪道降低1 m后建駝峰堰，堰頂高564.0 m，堰寬24 m，下游仍為挑流消能，并在壩頂上游側(cè)修建了防浪墻，將水庫的標(biāo)準(zhǔn)提高到50 a一遇設(shè)計，500 a一遇校核。

現(xiàn)在大壩還存在壩體滲漏，雖然經(jīng)過多年運行沒有出現(xiàn)管涌等現(xiàn)象，但為了大壩的安全考慮，必須做防滲措施。前壩坡不穩(wěn)定、護坡破碎，后壩坡沒有護坡措施，縱橫排水也已經(jīng)破壞等問題，更重要的是該水庫承擔(dān)著下游3個村1 萬人的生命和財產(chǎn)的防洪安全及200 hm2的灌溉任務(wù)。當(dāng)?shù)厝罕娖惹幸髮υ撍畮爝M行除險加固［5］。

3 工程任務(wù)和規(guī)模

北地水庫主要功能是防洪、灌溉、供水、養(yǎng)殖等，根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》(SL252—2000)規(guī)定，水庫工程規(guī)模屬于小(1)型水庫，1988年水庫除險加固設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)是50 a一遇，校核標(biāo)準(zhǔn)是500 a一遇。本次設(shè)計考慮到養(yǎng)殖和灌溉需求，仍按50 a一遇設(shè)計，500 a一遇校核。

3.1 水庫死水位的復(fù)核

由于水庫運行了30 a，原定死水位已淤積，水庫輸水洞進口是豎井式，進口設(shè)啟閉閘門，本次以輸水洞進口底高程為死水位高程。

3.2 調(diào)洪計算

根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》(SL252—2000)規(guī)定，水庫工程規(guī)模屬于小(1)型水庫，所以北地水庫現(xiàn)狀工程規(guī)模為:工程等級為Ⅳ等，主要建筑物級別為4 級，水庫的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為50 a一遇，校核標(biāo)準(zhǔn)為500 a一遇。起調(diào)水位564.0 m，輸水洞不參加調(diào)洪，用簡易調(diào)洪法調(diào)洪，確定溢洪道底寬和最高洪水位。

3.2.1 庫容曲線水位～庫容、面積曲線見表1。

表1 庫容曲線表

水位—面積、庫容曲線圖見圖1。

圖1 水位～面積、庫容曲線圖

庫容曲線由2007年1∶1000 實測提供。

3.2.2 調(diào)洪計算

溢洪道由進口明渠段、溢流堰(駝峰堰)、陡槽段、尾水渠組成，全長148 m，堰頂高程564 m。

調(diào)洪計算見表2、3。

表2 北地水庫調(diào)洪計算表

表3 北地水庫調(diào)洪計算表

據(jù)以上計算可知:P = 2% 時設(shè)計洪水位566.85 m，相應(yīng)庫容117.57 萬m3，溢洪道的下泄流量165.62 萬m3。P =0.2%時校核洪水位568.9 m，相應(yīng)庫容140.62 萬m3，溢洪道的下泄流量371.64 萬m3。

4 工程存在的主要問題及解決方案

工程存在的主要問題及解決方案主要有3個方面:

4.1 大壩壩體存在的問題及解決方案

水庫為黏土心墻壩，已經(jīng)運行30 多年，前壩坡塊石被掀起，局部壩體已裸露在外，壩體有被淘涮的危險，大壩壩體背水坡滲漏，后壩坡碎石護坡厚度已經(jīng)不滿足要求，縱橫排水局部也已經(jīng)破壞。

大壩穩(wěn)定及滲露問題在水庫安全鑒定中已做，本次不再校核壩體穩(wěn)定和滲露問題。

大壩前壩坡坡比培厚到1∶2.6，后壩坡坡比不變，為1∶2.5、1∶2.5，前坡為30 cm干砌石護坡，30 cm厚反濾層，壩頂為20 cm混凝土路面，以2%的坡度坡向下游。

針對大壩滲漏問題，采用土壩劈裂灌漿方法，沿壩軸線方向布孔，終孔間距3 m，分兩序進行，單孔深33 m，灌漿漿液為水泥黏土漿，土料性質(zhì)控制在黏粒含量25% ～35%，粉粒含量30% ～50%沙粒含量20% ～30%，水泥標(biāo)號為425#，水泥黏土配合比控制在水泥占干土重的 10% ～30%，控制壓力為20 N/cm2。

4.2 溢洪道存在的問題及解決方案

大壩溢洪道靠山側(cè)有碎石滑落到溢洪道，影響正常行洪，目前山體上還有威石，隨時有滑落的危險。

溢洪道全長148 m，堰頂高程564 m，凈寬24.0 m，堰體段長6.0 m，溢洪道底用混凝土護底，現(xiàn)在溢洪道里有山體滑落的碎石，必須將其清除，同時應(yīng)對山體進行削坡處理，避免巖石再次滑落到溢洪道。

4.3 輸水洞存在的問題及解決方案

輸水洞進水閘閥不能正常工作，影響泄洪和灌溉。出口消力池也已經(jīng)破損，需重建。

輸水洞原有消力池為漿砌磚結(jié)構(gòu)，砂漿抹面，現(xiàn)已經(jīng)被損壞，不能正常使用，本次設(shè)計將原由破損消力池拆除重建，根據(jù)原有消力池規(guī)模，消力池長5 m，寬3 m，高1.5 m，末端接護坦。

5 結(jié) 論

北地水庫是一座小(1)型水庫，主要建筑物等級為4 級。根據(jù)國家《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》(SL252—2000)3.2.1 的規(guī)定，水庫的防洪設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)按30 ～50 a，校核標(biāo)準(zhǔn)按300 ～1 000 a，北地水庫現(xiàn)狀設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為50 a，校核標(biāo)準(zhǔn)為500 a，本次復(fù)核計算也按50 a設(shè)計，500 a校核。

［1］何陣營. 病險水庫除險加固項目管理特性探討［J］. 水利建設(shè)與管理，2007(10):32 －33.

［2］覃德政. 小型水庫除險加固的必要性和可行性研究［J］.企業(yè)科技與發(fā)展，2011(18):29 －30.

［3］周濟華. 水務(wù)工程建管結(jié)合管理方式探討［J］. 黑龍江水利科技，2012(12):157 －158.

［4］嚴(yán)祖文，魏迎奇，張國棟. 病險水庫除險加固現(xiàn)狀分析及對策［J］. 水利水電技術(shù)，2010，41(10):76 －79.

［5］王琦，馬國花. 小型水庫除險加固問題探討［J］. 中國西部科技，2009(08):29 －30.