水庫應(yīng)急專項(xiàng)除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)

楊　帆運(yùn)城市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，山西運(yùn)城　044000

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水庫應(yīng)急專項(xiàng)除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)

楊帆
運(yùn)城市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，山西運(yùn)城044000

摘要本文分析了山西某水庫存在的主要問題，提出對(duì)大壩、放水涵洞、泄洪洞等建筑物采取對(duì)應(yīng)的除險(xiǎn)加固措施，從而消除水庫的安全隱患，保證水庫的安全運(yùn)行。

關(guān)鍵詞除險(xiǎn)加固；大壩；放水涵洞；泄洪洞

1　工程概況

某水庫位于某縣南樊鎮(zhèn)某村南溝內(nèi)，屬黃河流域汾河水系澮河支流，水庫控制流域面積2.1km2。水庫原防洪標(biāo)準(zhǔn)為二十年一遇洪水設(shè)計(jì)，三百年一遇洪水校核，總庫容30.5萬m3，防洪庫容8萬m3，興利庫容22 萬m3，死庫容0.5萬m3，是一座以防洪、灌溉為主的?。?）型水庫。目前，水庫淤積庫容為2.0萬m3。水庫樞紐工程由大壩、放水涵管和泄洪洞3部分組成。大壩為均質(zhì)碾壓土壩，上下游壩坡均為草皮護(hù)坡，壩頂高程為668.00m，壩高18m，壩頂長(zhǎng)70m，壩頂寬4m，上游壩坡1∶2.5，下游壩坡1∶2。放水涵管位于大壩0+035.5處，為Φ700mm鋼筋砼圓管，管長(zhǎng)68m，進(jìn)口為圓形鋼管豎井，設(shè)球閥控制，涵洞進(jìn)口底高程652.5m。泄洪洞位于大壩左岸，斷面為城門洞型、砌磚結(jié)構(gòu)。洞長(zhǎng)100m，底寬2.0m，高2.2m，直墻高1.2m，進(jìn)口底高程665.0m。

根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及防洪標(biāo)準(zhǔn)》（SL252-2000）規(guī)定∶工程等別為V等，主要建筑物及次要建筑物級(jí)別為5級(jí)，水庫設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為二十年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為兩百年一遇。

2　存在問題

2.1存在的問題

2013年3月，對(duì)水庫進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)勘察，目前，水庫主要存在以下問題：1）大壩壩坡較陡，上游無護(hù)坡，下游無排水設(shè)施；2）放水涵管出口周邊有滲漏，下游明渠損壞，啟閉設(shè)施及啟閉機(jī)房損毀；3）壩泄洪洞拱頂無襯砌，側(cè)墻及底板砌磚損壞嚴(yán)重。

泄洪洞位于大壩左岸，長(zhǎng)100m，斷面尺寸2.0m×2.2m，斷面為城門洞型， 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘察，泄洪洞位于第四系上更新統(tǒng)低液限粘土中，洞形較好，原為磚襯砌，現(xiàn)大部分已損壞，洞底、洞壁均為上更新統(tǒng)低液限粘土，局部有少量坍塌，但方量不大，建議對(duì)洞身進(jìn)行整修，并對(duì)洞身及洞底做襯砌及防水處理，使之能正常泄洪。

2.2工程建設(shè)的必要性

由于該水庫建于20世紀(jì)70年代，運(yùn)行多年后存在諸多隱患，另外，放水涵管進(jìn)口啟閉設(shè)施缺失，泄洪洞拱頂無襯砌、砌磚直墻也破損嚴(yán)重，均已無法正常使用。而水庫主要承擔(dān)著下游4個(gè)村莊、0.48萬人，5332.8萬km2耕地及某縣-侯馬公路等的防洪安全和下游3333.3km2農(nóng)田的灌溉任務(wù)。對(duì)某水庫大壩進(jìn)行應(yīng)急加固不但可以充分發(fā)揮已成小水庫的綜合效益，而且可以進(jìn)一步增強(qiáng)區(qū)域抵御自然災(zāi)害的能力，具有較高的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

本次除險(xiǎn)加固工程的主要內(nèi)容有：大壩上游壩坡整修及干砌石護(hù)坡；大壩下游壩坡培厚及草皮護(hù)坡，并增設(shè)排水設(shè)施；對(duì)放水涵管進(jìn)口增設(shè)啟閉設(shè)施，出口進(jìn)行延長(zhǎng)改造；對(duì)泄洪洞進(jìn)行改造；增設(shè)大壩觀測(cè)設(shè)施等工程建設(shè)。

3　工程地質(zhì)情況

該水庫所在的位置，東部、南部為中條山侵蝕構(gòu)造地形和構(gòu)造剝蝕地形，切割深度250m～600m，溝谷斷面呈“V”字形，地勢(shì)最高處為歷山舜王坪，海拔標(biāo)高為2 322m；西部、北部為黃土堆積地形和堆積地形，沖溝發(fā)育。

根據(jù)區(qū)內(nèi)地下水賦存條件與所處地貌類型，將測(cè)區(qū)內(nèi)地下水分為，基巖裂隙水，黃土臺(tái)塬裂隙孔隙水、河谷平原孔隙水3種類型。

壩體土巖性為低液限粘土，含少量鈣質(zhì)結(jié)核，中壓縮性。壩肩主要為第四系上更新統(tǒng)沖積物，巖性為低液限粘土，褐黃色，淺紅色，可塑～硬塑狀態(tài)，局部含較多鈣質(zhì)結(jié)核。壩基主要由第四系上更新統(tǒng)沖積物為主，巖性為低液限粘土組成，局部含少量鈣質(zhì)結(jié)核。

4　除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)過程

4.1大壩加固設(shè)計(jì)

某水庫大壩為均質(zhì)土壩，壩頂高程668.0m，壩底高程650.0m，壩高18m，壩頂總長(zhǎng)70m，壩頂寬4m，大壩上游坡比為1∶2.5，下游坡比為1∶2。大壩上游無護(hù)坡，下游無排水設(shè)施。

大壩除險(xiǎn)加固前，首先對(duì)大壩表面包括壩頂、壩坡和壩腳范圍內(nèi)的雜草、灌木、亂石、垃圾等全部清除，然后清除大壩表層腐殖土。上游壩坡雜物清除以后整修至設(shè)計(jì)斷面，壩坡坡比為1∶3.0。壩坡整平后自上而下設(shè)30cm厚干砌石護(hù)坡、20cm厚砂礫料和20cm厚粗砂，護(hù)坡坡腳伸入淤積層以下1.0m。

目前水庫壩頂為土路面，雨天泥濘影響管理人員巡查，本次改造為泥結(jié)碎石路面，路面寬度為5.0m，厚0.25m。由調(diào)洪及壩頂高程復(fù)核結(jié)果可知，設(shè)計(jì)洪水所需壩頂高程為667.62m，校核洪水所需壩頂高程為667.85m，水庫現(xiàn)狀壩頂高程為668.00m，壩高滿足要求。

現(xiàn)狀下游壩坡坡比為1∶2，本次對(duì)下游壩坡進(jìn)行培厚放緩處理，分2段，668.0m～659.0m坡度為1∶2.5，在659.0m處設(shè)馬道，馬道寬為2m，659.0m以下坡度為1∶2.5，下游壩坡采用草皮護(hù)坡。為了防止暴雨沖刷壩肩和下游壩坡，將水排至壩腳以外，在下游壩坡與岸坡結(jié)合處及樁號(hào)0+040下游壩坡位置布設(shè)橫向排水溝三條，在下游馬道659.0m處和下游坡腳均設(shè)一縱向排水溝，并與壩坡橫向排水溝相連?？v、橫向排水溝斷面尺寸為0.3m×0.3m，采用現(xiàn)澆C15砼砌筑，側(cè)墻及底板厚度為0.15m。下游坡腳縱向排水溝為梯形，底寬0.5m，高0.5m，邊坡1∶1，采用M7.5水泥砂漿砌石砌筑，厚0.3m。

為了避免大壩兩側(cè)山體的雨水直沖壩頂，在壩頂兩端設(shè)截流槽，截流槽斷面為矩形，斷面尺寸為0.5×0.5m，側(cè)墻及底板厚度為0.15m，上部設(shè)鑄鐵篦，將雨水排至下游壩坡與岸坡結(jié)合處的排水溝。

壩下游坡腳原無排水設(shè)施，本次增設(shè)貼坡排水，貼坡排水地面以上高5.0m，從外到內(nèi)依次為30cm厚干砌塊石、20cm厚碎石墊層、20cm厚砂礫料墊層、20cm厚粗砂墊層。壩體培厚后，新老壩體密實(shí)度不同，為使原壩體滲水順利排出，在壩體培厚段基礎(chǔ)面設(shè)褥墊排水。

4.2放水涵管改造設(shè)計(jì)

放水涵管位于大壩0+035.5處，為Φ700mm鋼筋砼圓管，進(jìn)口為圓形鋼管豎井，設(shè)球閥控制，進(jìn)口底高程652.5m。目前，放水涵管出口周邊有滲漏，下游明渠損壞，啟閉設(shè)施及啟閉機(jī)房損毀。本次改造在涵管進(jìn)口增設(shè)啟閉設(shè)施、對(duì)出口進(jìn)行延長(zhǎng)、對(duì)出口明渠拆除重建。

放水涵管進(jìn)口增設(shè)錐形閥，直徑為0.35m，并增設(shè)手搖卷揚(yáng)式啟閉機(jī)1t及50m長(zhǎng)鋼絲繩。另外在壩頂需增加20m2啟閉機(jī)房。放水涵管長(zhǎng)68m，下涵管出口因下游壩坡放緩需延長(zhǎng)15m，改造后涵管長(zhǎng)83m。為將涵管接觸滲漏水導(dǎo)出壩外，在涵管出口設(shè)反濾層。出口明渠改造長(zhǎng)度為50m，斷面為矩形，寬0.9m，高0.7m，采用水泥砂漿砌石砌筑，側(cè)墻高0.7m，頂寬0.3m，底寬0.6m，底板厚0.3m。

4.3泄洪洞改造設(shè)計(jì)

泄洪洞位于大壩左岸，拱頂無襯砌，側(cè)墻及底板砌磚損壞嚴(yán)重。本次改造將洞身底板及直墻砌磚拆除，采用現(xiàn)澆C25鋼筋砼襯砌，襯砌厚度為35cm，砼澆筑后，必須用在土洞與砌體之間灌粘土漿，不留空隙。另外將砌磚洞臉拆除，采用M7.5水泥砂漿砌石砌筑，厚0.5m，并在洞臉與崖體接觸處設(shè)一道排水溝；將砌磚進(jìn)出口側(cè)墻及底板砌磚拆除，采用M7.5水泥砂漿砌石砌筑，側(cè)墻高2.2m，頂寬0.5m，底寬1.3m，底板厚0.5m。

泄洪洞采用鋼筋砼襯砌，側(cè)墻及底板10m一段，先將鋼筋綁扎好再支好內(nèi)外模板，砼澆筑后用振搗器振搗密實(shí)；拱圈2m一段，在每一段拱圈中間橫斷面處預(yù)埋3處灌漿孔，等全部襯砌完畢后將襯砌面與原土洞間用豆石回填，再通過拱圈預(yù)留灌漿孔進(jìn)行粘土灌漿。砼澆筑可以分段交錯(cuò)進(jìn)行。

5　結(jié)語

除險(xiǎn)加固改造后，水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)得以提高，壩體結(jié)構(gòu)達(dá)到穩(wěn)定，保證了下游村莊及耕地防洪安全，同時(shí)保證了灌溉效益。該工程對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的負(fù)效益較小，而對(duì)維護(hù)區(qū)域內(nèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展極為有利。除險(xiǎn)加固后，水庫有效促進(jìn)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、和環(huán)境效益都是十分有利的。

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中圖分類號(hào)TV6

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)1674-6708（2016）165-0180-02

作者簡(jiǎn)介：楊帆，運(yùn)城市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院。