北楊村水庫存在問題及加固措施

李超綱

(孟州市水資源監(jiān)測保護(hù)中心,河南 焦作 454750)

1 水庫存在問題

北楊村水庫工程位于黃河流域楊村溝，壩址位于焦作市孟州市槐樹鄉(xiāng)北楊村，距孟州市區(qū)約20 km。上游有小(2)型水庫王莊水庫，控制流域面積2.38 km2,壩址以上干流長度2 km，干流比降1/500，王莊～北楊村水庫區(qū)間流域面積為4.80 km2，干流長度2.20 km，干流比降1/500，流域?qū)偾鹆甑貐^(qū)，總庫容66.27萬m3，水庫屬小(2)型水庫，水庫功能以防洪為主，同時(shí)具有漁業(yè)養(yǎng)殖、農(nóng)田灌溉等綜合利用。北楊村水庫于2000年開工修建，2001年5月建成蓄水。水庫設(shè)計(jì)灌溉面積100 hm2，主要靠提水灌溉。水庫建成投入運(yùn)行以來，防洪效益顯著，對改善當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，補(bǔ)充地下水，解決當(dāng)?shù)厝诵箫嬘盟щy等方面發(fā)揮了巨大作用。水庫下游為洛陽市吉利區(qū)，地理位置重要。

水庫工程建成后已運(yùn)用自己多年，存在的主要問題：大壩填筑施工質(zhì)量水平較差；上游壩坡無護(hù)砌，凹陷變形，排水設(shè)施建設(shè)不完善；溢洪道交通橋橋臺(tái)漿砌石部分出現(xiàn)脫落，溢洪道底板已損毀，兩側(cè)漿砌石擋墻部分損毀，出口消能設(shè)施已損毀；水庫無觀測、管理服務(wù)設(shè)施等。

由《水庫大壩安全評價(jià)導(dǎo)則》和《水庫大壩安全鑒定辦法》的規(guī)定，孟州市水利局委托洛陽水利勘測設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司編制了《河南省孟州市北楊村水庫大壩安全鑒定報(bào)告》。2012年6月，焦作市水利局組織有關(guān)專家召開大壩安全鑒定報(bào)告會(huì)，審議通過了《北楊村水庫大壩安全鑒定報(bào)告》。2012年9月，河南省水利廳組織有關(guān)專家對北楊村水庫三類壩的鑒定結(jié)果進(jìn)行了核查，確定了急需除險(xiǎn)加固的三類壩鑒定意見。

針對水庫存在的主要問題，根據(jù)有關(guān)規(guī)程、規(guī)定及地質(zhì)資料，孟州市水利局委托洛陽水利勘測設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司進(jìn)行除險(xiǎn)加固工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)。

2 庫區(qū)水文

孟州市北楊村水庫位于屬低山丘陵區(qū)，兩岸坡基本對稱，山體坡度多在30°～70°之間，相對高差約30～100 m之間。庫區(qū)地形起伏不平，溝嶺相間分布，溝谷橫斷面呈“U”字形，河谷底寬60～100 m左右，樹木覆蓋率較低，植被較發(fā)育，大部分處被第四系土層覆蓋，水土流失較嚴(yán)重。多年平均降水量600 mm，年內(nèi)分配不均，多集中在七、八、九三個(gè)月，約占全年降水量的60 %以上。水庫所在流域多年平均年徑流深R=100 mm，多年平均年徑流量為48萬m3。

3 庫區(qū)工程地質(zhì)

水庫岸坡主要由第四系中更新統(tǒng)低液限黏土和第三系的石英砂巖、泥巖組成。山體寬厚，透水性較小，建庫至今未發(fā)生規(guī)模較大的坍塌和庫水滲漏現(xiàn)象。工程區(qū)地震動(dòng)峰值加速度值為0.10 g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期值為0.40 s，地震基本烈度為Ⅶ度。大壩施工時(shí)，地基清理相對簡單，壩基處理不徹底。據(jù)調(diào)查，高水位時(shí)壩基右側(cè)存在浸濕現(xiàn)象。大壩工程壩基上部結(jié)構(gòu)為第四系全新統(tǒng)含礫低液限黏土，壩基下部分布為第四系中更新統(tǒng)低液限黏土，大壩左、右壩肩分布為第四系中更新統(tǒng)低液限黏土，土質(zhì)較均一，局部夾含少量鈣質(zhì)結(jié)核。溢洪道底板、邊坡和交通橋基土分布巖性均為第四系中更新統(tǒng)低液限黏土，黏粒含量高，天然含水量小，塑形堅(jiān)硬，可壓縮性中等，機(jī)械強(qiáng)度高，工程地質(zhì)條件好。然而，被水浸泡后土壤強(qiáng)度降低，岸坡穩(wěn)定性差，抗沖刷能力差。

4 采取除險(xiǎn)加固措施

4.1 工程等別及建筑物級別

北楊村水庫總庫容為66.27萬m3，按《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》，北楊村水庫屬于小(2)型水庫，工程等別為Ⅴ等，永久性主要建筑物為5級，因此設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)采用20年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)采用200年一遇。溢洪道消能防沖洪水標(biāo)準(zhǔn)采用10年一遇進(jìn)行設(shè)計(jì)。

4.2 設(shè)計(jì)洪水

周邊地區(qū)和流域內(nèi)均沒有記載的洪水流量實(shí)測資料，且水庫控制集水面積小于200 km2。小流域推理公式法洪水計(jì)算。同時(shí)，洪水計(jì)算采用河南省水利設(shè)計(jì)院1984年編制的中小流域設(shè)計(jì)暴雨洪水圖集和省水文局2005年編制的暴雨參數(shù)圖集，利用與《84圖集》相匹配的洪水查算圖進(jìn)行計(jì)算，經(jīng)合理分析后選定洪水計(jì)算結(jié)果。經(jīng)分析比較，按全流域計(jì)算北楊村水庫的洪水比考慮上游水庫的調(diào)洪排洪更安全，因此采用全流域計(jì)算洪水結(jié)果。北楊村水庫10年一遇設(shè)計(jì)洪水流量為57.40 m3/s，洪水總量56萬m3；20年一遇設(shè)計(jì)洪水流量為80.60 m3/s，洪水總量70.36萬m3；200年一遇設(shè)計(jì)洪水流量為162.70 m3/s，洪水總量139.30萬m3。

根據(jù)入庫出庫水量平衡方程，采用簡化三角形法進(jìn)行調(diào)洪演算，除險(xiǎn)加固后規(guī)模指標(biāo)：北楊村水庫總庫容66.27萬 m3，興利水位154.42 m，興利庫容19.02萬m3；死水位151.73 m，死庫容12.68萬m3。設(shè)計(jì)洪水位157.17 m，校核洪水位159.04 m。

4.3 工程設(shè)計(jì)

4.3.1 大壩工程

4.3.1.1 大壩壩頂改造

對現(xiàn)狀壩頂進(jìn)行加高、整修，壩頂高程為159.85 m，壩頂寬度5.00 m，設(shè)4.22 m寬20 cm厚C20混凝土路面，壩頂?shù)缆飞嫌蝹?cè)設(shè)1.10 m高0.30 m厚C20混凝土防浪墻，下游側(cè)設(shè)預(yù)制C20混凝土路緣石，路緣石規(guī)格100 cm×13 cm×40 cm。壩頂路面向下游傾斜坡度為1.50%，有利于壩頂排水。下游壩坡排水溝頂部與壩頂路面路緣石對應(yīng)位置設(shè)排水口，尺寸20 cm×10 cm。

4.3.1.2 迎水坡護(hù)坡

迎水坡護(hù)坡采用C20現(xiàn)澆混凝土板護(hù)砌，板分塊尺寸2 m(橫向)×3 m(縱向)，板塊間縫寬8 cm，縫下鋪土工布，縫間回填無砂混凝土?；炷笼X墻標(biāo)號為C20，齒墻深1.00 m，下部深入壩坡內(nèi)0.60 m，齒墻底高程150.73 m，齒墻每6 m設(shè)一道伸縮縫，縫內(nèi)設(shè)閉孔低發(fā)泡沫板。

4.3.1.3 背水坡整修加固及新建貼坡排水

首先對下游壩坡滑坡區(qū)表層腐殖土、雜草以開挖方式清除，然后用黏性土按設(shè)計(jì)坡比分層控制回填壓實(shí)，壓實(shí)度≥0.96；對高出設(shè)計(jì)坡面的壩坡進(jìn)行削坡，最后再采用草皮種植進(jìn)行綠化。該大壩在樁號0+045 m、0+085 m處各設(shè)兩道橫向排水溝，排水溝斷面尺寸30 cm×30 cm；在高程151.60 m平臺(tái)處設(shè)置一道縱向排水溝，兩岸各設(shè)一道岸坡排水溝，排水溝斷面尺寸40 cm×40 cm。背水坡高程151.60 m以下設(shè)貼坡排水，底部坡腳處設(shè)排水溝。貼坡排水結(jié)構(gòu)由外到內(nèi)的結(jié)構(gòu)依次為15 cm厚200 cm×100 cm C20混凝土現(xiàn)澆板，20 cm厚5～60 mm粗礫、10 cm厚2～5 mm細(xì)礫、10 cm厚0.50～2 mm粗砂。

4.3.2 溢洪道工程

溢洪道位于水庫大壩右岸，為開敞式矩形斷面，進(jìn)口高程為154.42 m，底寬為7.00 m。溢洪道為砌體結(jié)構(gòu)，淤積嚴(yán)重，出口設(shè)三級消能設(shè)施，襯砌塊石脫落嚴(yán)重。設(shè)計(jì)溢洪道總長度為95 m，由引渠段、控制段、1∶7泄槽段、消力池段、海漫段等部分組成，設(shè)計(jì)最大流量115.28 m3/s。

引渠段長5 m，底板設(shè)計(jì)高程154.42 m，寬7 m，厚0.40 m，采用C20混凝土澆筑；兩側(cè)采用仰斜式擋墻護(hù)砌，迎水面邊坡1∶0.30，背水面邊坡1∶0.25，墻頂寬0.80 m，墻高4.38～5.30 m，采用C20混凝土澆筑。

控制段長10 m，底板設(shè)計(jì)高程154.42 m，寬7.00 m，厚0.40 m，采用C20混凝土澆筑；兩側(cè)采用仰斜式擋墻護(hù)砌，迎水面邊坡1∶0.30，背水面邊坡1∶0.25，墻頂寬1 m，墻高5.30 m，采用C20混凝土澆筑。

控制段后接1∶7泄槽段，泄槽段水平投影長50 m，起始底板高程154.42 m，末端底板高程147.27 m。泄槽段底寬7 m，厚0.30 m，采用C25鋼筋混凝土澆筑，下部鋪0.10 m厚C15混凝土墊層；兩側(cè)采用仰斜式擋墻護(hù)砌，迎水面邊坡1∶0.30，背水面邊坡1∶0.25，墻頂寬0.80 m，墻高5.30～4.30 m，采用C20混凝土澆筑，擋墻距底板1.50 m高度設(shè)一排直徑50 mm的PVC排水管，間距2 m，排水管進(jìn)口設(shè)土工布包礫石作為反濾體。

泄槽段后接消力池，消力池底板高程147.27 m，池長15 m，池寬7 m，池深1.20 m。側(cè)墻采用仰斜式擋墻護(hù)砌，迎水面邊坡1∶0.30，背水面邊坡1∶0.25，墻頂寬1 m，墻高4.30 m，采用C20混凝土澆筑，擋墻距底板1.50 m高度設(shè)一排直徑50 mm的PVC排水管，間距2 m；消力池底板采用C25鋼筋混凝土，厚0.50 m，下部自上而下設(shè)10 cm厚C15混凝土墊層、土工布(300 g/m2)和10 cm粗砂墊層；消力池底板布置PVC排水管，呈梅花形布置，間距2 m，直徑50 mm。

消力池出口連接漿砌石海漫段，海漫段長10 m，底板厚0.50 m，縱坡1∶20；側(cè)墻采用仰斜式擋墻護(hù)砌，迎水面邊坡1∶0.30，背水面邊坡1∶0.25，墻頂寬0.80 m，墻高由3.80 m漸變到1 m。漿砌石海漫段后設(shè)5 m長的鉛絲籠塊石防沖槽，寬9 m，厚0.50 m。

4.3.3 新建跨溢洪道交通橋

新建交通橋位于溢洪道控制段，橋面凈寬4.50 m，橋長10 m，設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)為公路Ⅱ級折減。橋面板采用C40鋼筋混凝土空心板，橋面采用C40防水混凝土。交通橋的下部結(jié)構(gòu)由重力型橋墩設(shè)計(jì)。

4.3.4 大壩觀測設(shè)施與管理設(shè)施

增設(shè)大壩校核樁1個(gè)，工作樁1個(gè)，變形觀測樁2個(gè)。新建管理用房面積50 m2。

5 結(jié)語

該水庫除險(xiǎn)加固工程于2014年4月開工，2015年5月完工，2017年11月通過竣工驗(yàn)收后，移交槐樹鄉(xiāng)人民政府管理。目前工程運(yùn)行平穩(wěn)正常，防洪、灌溉及養(yǎng)殖經(jīng)濟(jì)效益顯著提高。