雙乳山水庫除險加固工程概述

李順平

（忻州市忻府區(qū)云中河水利服務中心 山西忻州034000）

1 工程概況

雙乳山水庫位于云中河支流南云中河上游的雙乳山腳下，是海河流域子牙河水系滹沱河一級支流南云中河上的一座控制性工程。壩址以上控制流域面積330 km2，其中石山區(qū)面積252 km2，土石山區(qū)面積78 km2。雙乳山水庫原設計總庫容1 285萬m3，最大壩高11.0 m。洪水設防標準為百年一遇洪水設計，保壩設計標準未說明（經(jīng)復核其洪峰流量相對應為千年一遇洪水標準），興利運用標準為年調(diào)節(jié)運行，控制灌溉面積5 800 hm2。

水庫運行十五年后，于1976年又在雙乳山水庫上游8.4 km處修建了“米家寨水庫”。米家寨水庫設計總庫容為1 119萬m3，最大壩高23.0 m。洪水設防標準為100年一遇洪水設計，1000年一遇洪水校核標準。壩址以上控制流域面積305 km2，此后又于1979年在雙乳山水庫上游7.6 km處（南北云中河分水口處）修建了固定分洪工程，用以控制云中河干流洪水的渲泄，南北云中河分洪比例為4∶6。至此，雙乳山水庫控制流域面積縮減為25 km2，但仍承擔米家寨水庫下泄洪水40%的分洪任務及兩庫之間25 km2的洪水調(diào)蓄任務。為一座以灌溉為主，分洪、養(yǎng)殖為輔的半旁引水庫，其運行方式與米家寨水庫的運行方式密切關聯(lián)。米家寨水庫的主要任務為緩洪蓄清，雙乳山水庫的主要任務為分洪蓄清，灌溉興利。

2 工程現(xiàn)狀

雙乳山水庫現(xiàn)狀由主壩、副壩、七個小山包、溢洪道、輸水洞組成。

大壩座落在臺坡山與鳳凰山237 m長的河谷之間，在大壩左側(cè)由四個相連的小山包（即臺坡山、饅頭山、紅山、暖泉山）和1 782 m長的東副壩相連，形成庫區(qū)左側(cè)擋水壩；在大壩右側(cè)由鳳凰山、119 m長的1#副壩、破頭山、50 m長的2#副壩、黑龍彎山和2 043 m長的西副壩相連，形成庫區(qū)右側(cè)擋水壩。雙乳山水庫原設計為年調(diào)節(jié)水庫，防洪標準為100年一遇洪水設計，總庫容1 285萬m3，設計主壩壩高11.0 m，壩頂寬7.0～12.0 m，壩頂長317.5 m，大壩迎水面坡比1∶3，背水面坡比1∶2.5，下游壩坡腳設1.5 m高干砌石排水棱體。大壩坐落在原河床上，壩基未作防滲處理，壩基滲漏非常嚴重，庫水位達到8.5 m時，壩后滲水達0.113 m3/s。經(jīng)過四十余年運行，現(xiàn)狀壩頂平均累計下沉62 cm，現(xiàn)狀壩高程為10.38 m。

1#副壩座落在大壩右側(cè)的鳳凰山與破頭山之間，設計壩高7 m，壩頂寬4 m，現(xiàn)狀壩頂寬8.5 m，壩頂長119 m，迎水面邊坡為1∶3，背水面邊坡為1∶2.5，設計壩高為11 m。庫水位達到8.50 m時，壩后滲流成為一片沼澤，現(xiàn)狀壩體平均累計下沉46 cm，現(xiàn)狀壩高為10.54 m，壩坡迎水面干砌石護坡破爛不堪。

2#副壩座落在大壩右側(cè)的破頭山與黑龍彎山之間，設計壩高3.0 m，壩頂寬1.5 m，壩頂長50 m，迎、背水面邊坡為1∶1，設計壩高11 m。壩體單薄，邊坡較陡，當水庫水位達到8.0 m時，壩后滲水成為一片沼澤?，F(xiàn)狀壩體平均累計下沉50 cm，現(xiàn)狀壩高為10.50 m。

東副壩布設在庫區(qū)左側(cè)，從暖泉山相接向庫區(qū)上游延伸1 782 m，與南云中河河堤相連。東副壩設計頂寬2m，上、下游邊坡分別為1∶1.3和1∶1.0，壩高5～2 m，設計壩高11 m，為人工夯實的土壩?，F(xiàn)狀壩體單薄，邊坡較陡，防洪能力差，當庫水位達到8.5 m時，壩后成為一片沼澤，滲水流量達到0.03 m3/s?，F(xiàn)狀壩高為9.7～10.47 m。

西副壩布設在庫區(qū)右側(cè)，從黑龍彎山始，向庫區(qū)上游延伸2 043 m，與南云中河河堤相連。西副壩設計頂寬2 m，上、下游邊坡分別為1∶1.31和1∶1.0，壩高5～2 m，設計壩高11 m，為人工夯實土壩?，F(xiàn)狀壩體單薄，邊坡較陡，波浪沖刷嚴重，防洪能力差，當庫水位達到8.5 m時，壩后成為一片沼澤，滲水流量達到0.045 m3/s。經(jīng)過四十余年的運行，現(xiàn)狀壩頂高程為9.7～10.55 m。1997年，僅將西副壩最嚴重的地面接觸滲流滑坡隱患部位（樁號從0+025～0+605 m段），580 m長的險工地段進行了局部粉噴樁防滲加固處理，其效果良好，其余的1 438 m副壩仍存在滲透變形問題，尤其是在高水位蓄水期間，時刻威脅著水庫的安全，對管理工作帶來了極大的不便。

溢洪道布設在大壩（主壩）右壩肩，為開敞式溢洪道，溢洪道斷面為復式斷面，總長103.7 m，進口寬43.8 m，其中深槽凈寬7.8 m，閘墩厚0.7 m，高2.0 m；淺槽凈寬4 m×8 m，閘墩厚0.6 m。由閘室段、水平泄槽、陡坡、消力池組成，為漿砌石結(jié)構(gòu)，設計最大泄量210 m3/s。在深槽內(nèi)設三扇平板木閘門，用螺桿啟閉機啟閉。由于該建筑物運行四十余年，在水流沖刷、凍融的作用下，特別是消力池灰縫脫落，砌體錯位，比較破爛，設備老化，不能正常運行。

原灌溉放水洞工程布設在1#副壩右壩肩，建于基巖之上，閘室總長4.0 m，寬2.8 m，為兩孔1.0 m寬、2.0 m高的放水洞，用兩扇平板木閘門及兩臺螺桿式啟閉機控制。閘墩厚0.8 m，為漿砌石結(jié)構(gòu)，洞頂為拱形砌石，閘室下游無消能工程，老化失修，沖刷嚴重。致使工程損壞嚴重，現(xiàn)狀已不能正常運行。

原放水洞遭到破壞后，于1994年10月在修復溢洪道工程的同時，又在溢洪道進水閘基下新鑿灌溉洞工程，其結(jié)構(gòu)為0.8 m×0.8 m的鋼筋砼暗洞，設計流量1.0 m3/s，由鑄鐵閘門控制，現(xiàn)狀運行良好。

3 存在問題

雙乳山水庫投入運行四十余年來，在保護下游忻州城區(qū)以及鐵路、公路和通訊等基礎設施的防洪安全，保障下游4個鄉(xiāng)鎮(zhèn)5 800 hm2農(nóng)田的灌溉方面起著不可替代的作用。隨著經(jīng)濟的發(fā)展和忻州城市的擴張，對橫穿規(guī)劃市區(qū)的南云中河的防洪任務提出了更高的要求，加之經(jīng)濟的發(fā)展和社會的進步，對水資源的需求日益緊迫。但水庫存在諸多不穩(wěn)定隱患，現(xiàn)狀水庫樞紐工程存在的主要問題：

1）水庫主、副壩防洪能力低于100年一遇洪水標準。

2）主、副壩上游護坡塌陷、破損嚴重。副壩壩頂寬度及抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均不滿足規(guī)范要求。

3）壩體填筑質(zhì)量差，大壩壩基、副壩壩體、壩基及東西副壩漏水嚴重，存在嚴重的滲透破壞現(xiàn)象，滲流形態(tài)不安全。

4）溢洪道進口閘室為漿砌石結(jié)構(gòu)，砂漿脫落，下游消力池兩側(cè)墻傾斜，出口消力坎掏刷破壞嚴重；進口閘門、啟閉設施老化。

5）大壩左壩肩巖體較破碎，裂隙發(fā)育，滲漏嚴重。

6）防汛上壩公路不暢，無必要的大壩安全監(jiān)測與管理設施。

2007年3月，受忻府區(qū)水利局及云中河灌區(qū)管理處委托，忻州市水利勘測設計院進行了“雙乳山水庫大壩安全鑒定論證”，同年8月完成《雙乳山水庫大壩安全鑒定論證報告》，并上報省水利廳，通過部、省專家組鑒定，鑒定結(jié)論為：

1）水庫綜合類別為三類病險庫。

2）水庫現(xiàn)狀規(guī)模，不達100年一遇洪水設計，1000年一遇洪水校核標準，綜合考慮水庫防洪安全性復核為C級。

3）副壩下游壩坡的抗滑穩(wěn)定均不滿足規(guī)范要求；溢洪道結(jié)構(gòu)不安全，布置不合理。綜合評價結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性為C級。

4）大壩壩體填土不均勻，干密度偏低，滲透系數(shù)偏大；大壩壩基、1#、2#副壩體、壩基及東、西副壩漏水嚴重，存在嚴重的滲透破壞現(xiàn)象；1#、2#副壩壩后曾出現(xiàn)過管涌現(xiàn)象，滲流形態(tài)不安全。滲流形態(tài)安全性為C級。

5）副壩下游壩坡在遭遇地震時，抗滑穩(wěn)定不滿足規(guī)范要求；溢洪道結(jié)構(gòu)不安全，布置不合理，不滿足抗震要求?？拐鸢踩敌詾镃級。

鑒于水庫目前存在的問題，為確保雙乳山水庫這一調(diào)蓄工程的安全性，充分發(fā)揮其水利樞紐工程的綜合效益，必須對其進行除險加固處理，徹底消除大壩不穩(wěn)定隱患。

4 工程布置

整個除險加固工程由主、副壩防滲加固、溢洪道、左庫岸防滲以及上壩公路和其他工程組成。

4.1 主壩

大壩壩頂寬5～7 m，路面為20 cm厚的C25現(xiàn)澆砼鋪筑，并向下游成1%的坡比。在壩頂上游側(cè)增設1.0 m高C20鋼筋砼防浪墻，高6 m的路燈；下游側(cè)設20 cm×50 cm預制C20砼路延。上游壩坡坡比設計為1∶3，護坡設厚15 cm預制C20砼嵌固塊護坡，護坡下設一層200 g/m2-0.2 mm-200 g/m2兩布一膜防滲土工布，土工布同壩基防滲墻相連，形成一道防滲屏障。下游壩坡坡比設計為1∶2.7，采用草皮護坡和預制C20凹型砼塊排水溝。

壩基采用砼高噴防滲墻防滲，設計墻體厚度30 cm，防滲長度為230 m，平均深度為11 m，總防滲面積2 530 m2。

4.2 1#、2#副壩

1#副壩上游壩坡護坡全部拆除，通過清理，然后重新碾壓回填土。同時將壩頂和后壩坡樹木全部拔除，并進行整理維修，壩后增設1.5 m高的干砌石排水棱體。1#副壩設計壩頂長119 m，設計最大壩高7.0 m，壩頂寬維持現(xiàn)狀為8.5 m，迎水面邊坡為1∶2.5，背水面邊坡為1∶2.0，路面為25 cm厚的C20預制砼六棱塊鋪筑，增設1.2m高C20鋼筋砼防浪墻，高6 m的路燈，下游側(cè)設20 cm×50 cm預制C20砼路延。上游護坡為厚15 cm預制C20砼嵌固塊護坡，其下鋪設一層400 g/m2無紡布。下游壩坡采用草皮護坡，并設橫向預制C20凹型砼塊排水溝。壩基防滲采用砼高噴防滲墻防滲，設計防滲墻打穿壩基亞砂土層和中細砂層到基巖面止，防滲墻厚度30 cm，防滲長度為97 m，平均深度為7.42 m，防滲面積為719.74 m2。

2#副壩全部拆除重建。設計壩高11 m，壩頂長54 m，壩頂寬4.0 m，路面為20 cm厚的C25現(xiàn)澆砼鋪筑，上游側(cè)設1.0 m高C20鋼筋砼防浪墻，下游側(cè)設20 cm×50 cm預制C20砼路延。上游壩坡坡比設計為1∶2，護坡為厚15 cm預制C20砼嵌固塊護坡。下游壩坡坡比設計為1∶1.75，采用草皮護坡，并設橫向預制C20凹型砼塊排水溝，壩基采用結(jié)合槽防滲。

4.3 東、西副壩

對東副壩340 m進行防滲加固處理，同時考慮防洪搶險的需要對壩體進行培厚處理，壩高維持現(xiàn)狀高程10.5 m，壩頂寬4.0 m，在壩頂兩側(cè)筑漿砌石擋墻，中間填土壓實，上面鋪設25 cm泥結(jié)碎石路面。上游壩坡在原壩坡基礎上加以修整之后，增設厚15 cm預制C20砼嵌固塊護坡，護坡下從外到內(nèi)依次鋪設3 cm厚1∶10砂漿找平層和200 g/m2-0.2 mm-200 g/m2防滲土工布一層。下游壩坡在原壩坡基礎上加以修整之后，增設草皮護坡。

沿東副壩迎水面壩腳對壩基設砼高噴防滲墻防滲。防滲墻的設計深度通常由地質(zhì)條件和設計條件允許滲流深度兩個因素控制。根據(jù)本次地質(zhì)勘探資料東副壩13 m左右以下為較密實的不透水亞黏土層，防滲墻的墻底深入該土層1.0 m即可，結(jié)合水庫實際情況本次設計東副壩設計防滲長度為340 m（樁號為0+000～0+340 m），設計墻厚30 cm，墻深14 m，以截斷壩基強透水層，深入弱透水層亞黏土層1.0 m，防滲面積為4 760 m2。防滲墻澆筑完成后需打樁頭50 cm。

西副壩壩高仍維持現(xiàn)狀10.5 m（平均值），結(jié)合路面處理適當加寬壩頂，壩頂寬4.0 m，路面為25 cm泥結(jié)碎石路面，上游增設1.0 m高漿砌石防浪墻。上游壩坡在原壩坡基礎上加以修整之后，增設厚15 cm預制C20砼嵌固塊護坡，護坡下從外到內(nèi)依次鋪設3 cm厚1∶10砂漿找平層和土工布200 g/m2-0.2 mm-200 g/m2土工布一層，土工布同壩腳水泥土連續(xù)防滲墻連為一體，形成一道防滲屏障。下游壩坡經(jīng)過削坡處理后方可進行壩體培厚，再設草皮護坡。同時，沿西副壩迎水面壩腳設水泥土連續(xù)防滲墻對壩基防滲處理，設計墻厚30 cm，墻深10 m，以截斷壩基強透水層，深入弱透水層亞黏土層1.0 m。防滲面積為8 000 m2。為便于同防滲墻和頂部墻帽更好地連接在一起，澆筑完成后需打樁頭50 cm。

4.4 溢洪道和灌溉輸水洞

設計將現(xiàn)狀溢洪道及灌溉輸水洞進口全部拆除重建，新建溢洪道布設在溢洪道原址范圍內(nèi)。新的溢洪道全長141 m，由進口段、閘室段、陡坡段、消力池和海漫及防沖槽段五部分組成，設計最大泄量為249.62 m3/m。

進口段：閘前進口段長22.5 m，由左、右導水墻和閘前鋪蓋組成。左右導水墻為M7.5漿砌石重力式擋土墻結(jié)構(gòu)，最大高度為4.8 m，閘前鋪蓋長22.5 m，底板為厚30 cm現(xiàn)澆C20砼。

閘室段：閘室段全長10.1 m，寬21.2 m，分為4孔凈寬3.2 m泄洪閘，和一孔凈寬0.8 m灌溉洞，泄洪閘進口底板厚80 cm，上、下游設齒墻，上游齒墻深2.4 m。閘墩厚1.2 m，高6.0～8.35 m，設3.9 m寬20.2 m長的啟閉機控制室，墩頂為5 m寬17.8 m長的交通橋。泄洪閘工作門為3.2 m×3.5 m平板鑄鐵閘門，采用QPQ-2-100卷揚式啟閉機啟閉。灌溉洞進口位于閘室左側(cè)，進口底板長3.5 m，工作門和檢修門均選用0.8 m×0.8 m的平板鑄鐵閘門，用QL—30SD手電兩用螺桿啟閉機控制，出口接原輸水涵洞。

陡坡段：閘室段后接陡坡段，陡坡段水平投影長50 m，縱坡為1∶5.0，陡槽為喇叭形，擴散角10°，進口寬16.4 m，末端26 m，側(cè)墻采用漿砌石重力式結(jié)構(gòu)，墻高6～2 m，底板為厚50 cm的C20砼。其下設10 cm厚C10混凝土墊層和30 m厚反濾層，分三層鋪設，并設縱橫向排水。每隔10 m設一齒檻，并在巖基和土基交界處設一齒檻。

消力池：陡坡后接消力池消能，經(jīng)水力計算消力池寬26 m，長24 m，池深2.0 m。邊墻為5.8 m高漿砌石結(jié)構(gòu)，底板為C20砼結(jié)構(gòu)，厚0.7 m，底板設Φ10 cm排水孔，按梅花型布置，孔距2 m，消力池底板下設設10 cm厚C15砼墊層和30 m厚反濾層。

海漫及防沖槽段：消力池后設長20 m寬26 m厚60 cm的鉛絲籠海漫，兩側(cè)為高3.8 m的漿砌石導流墻。最后為32 m寬，14 m長拋石防沖槽。

4.5 左庫岸帷幕灌漿

設計對左岸埡口處135 m強滲漏段進行帷幕灌漿處理，設計帷幕深度35 m，厚度為1.0 m，分兩排梅花布孔，排距1.0 m，終孔距1.5 m，防滲面積為4 725 m2。

4.6 防汛搶險公路

結(jié)合雙乳山水庫旅游開發(fā)將其150 m上壩公路和左岸環(huán)庫公路454 m以及右岸通向1#、2#副壩、西副壩及管理站的道路463 m全部進行硬化處理。設計路面高程以現(xiàn)狀路面為基礎，路面寬4.0m，路面為20cm厚現(xiàn)澆C25砼。

4.7 機電及金屬結(jié)構(gòu)

雙乳山水庫除險加固工程機電及金屬結(jié)構(gòu)主要集中在溢洪道和灌溉輸水洞，其中溢洪道設泄洪閘4孔，每孔只設工作閘門，灌溉輸水洞1孔，設工作門及檢修閘門，所有閘門均采用平板鑄鐵閘門，其中泄洪閘閘門選用3.2 m×3.5 m雙吊點平板鑄鐵閘門，灌溉輸水洞進口選用0.8 m×0.8 m單吊點平板鑄鐵閘門。

泄洪閘閘門選用QPQ—2×100卷揚啟閉機起吊，電機功率7.5 kW。灌溉輸水洞閘門選用QL—30SD手電兩用螺桿啟閉機起吊，電機功率1.1 kW。

5 結(jié)語

雙乳山水庫除險加固工程完工后，能夠提高水庫防洪標準，徹底消除大壩不穩(wěn)定隱患，保證工程安全運行，同時可保護下游及忻州城區(qū)的安全，充分發(fā)揮其水利樞紐工程的綜合效益，大大改善區(qū)域工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，增加當?shù)剞r(nóng)民收入，為區(qū)域經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展提供有力的推動作用。