侯莊水庫現(xiàn)狀及除險加固工程措施

萬紅

(河南省信陽市淮濱縣水利局，河南 信陽 464400 )

1 工程現(xiàn)狀

淮濱縣侯莊水庫位于信陽市淮濱縣三空橋鄉(xiāng)侯莊村，處在淮河水系大洪河支流二道港的支流上，控制流域面積20 km2，最大壩高8.50 m，總庫容348.10萬m3。是一座以防洪、灌溉為主，結(jié)合水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合利用的小(1)型水庫。水庫主要建筑物由大壩、溢洪道、輸水洞等組成，大壩為黏土均質(zhì)壩，長740 m。水庫于1972年2月動工興建，1973年4月基本建成。侯莊水庫下游保護(hù)區(qū)內(nèi)有1.20萬人和麻里等5個行政村，地理位置重要。投入使用至今，為當(dāng)?shù)氐姆篮?、抗旱、養(yǎng)殖等發(fā)揮了很大作用。由于水庫建設(shè)正值“文革”時期，屬典型的“三邊”工程。水庫興建時，建筑材料缺乏，加之群眾性施工，施工質(zhì)量差，加之管理等原因，又經(jīng)過30多年的運行，存在諸多問題，主要有：大壩填筑質(zhì)量差，大壩上游坡高程36.00 m以下為干砌石護(hù)坡，無墊層，護(hù)坡塊石零亂、塊徑小，風(fēng)化塌陷嚴(yán)重，高程36.00 m以上未護(hù)砌，壩頂路面凸凹不平，下游坡為草皮護(hù)坡，無縱橫向排水溝，壩腳未設(shè)置排水反濾設(shè)施；壩頂和上、下游側(cè)樹木繁多，雜草叢生，存在白蟻危害；溢洪道進(jìn)口引渠淤堵，阻水，溢流堰頂高程不能滿足水庫興利要求；消力池不能滿足消能防沖要求，下游無海漫,尾水渠斷面狹窄，洪水不能安全下泄；輸水洞進(jìn)出口磚砌體風(fēng)化，砂漿抹面碳化剝落，無閘室，閘門鐵件銹死，啟閉機(jī)已拆除，洞身塌陷，出口無消能設(shè)施。監(jiān)測設(shè)施缺乏，管理設(shè)施失修。

針對上述存在的主要問題，依據(jù)SL258—2000《水庫大壩安全評價導(dǎo)則》的要求，2007年4月，淮濱縣水利局組織有關(guān)設(shè)計單位編制完成了《淮濱縣侯莊水庫大壩安全評價報告》，該報告從水庫的防洪標(biāo)準(zhǔn)、工程質(zhì)量、結(jié)構(gòu)安全、輸泄水建筑物安全、滲流安全、金屬結(jié)構(gòu)安全、大壩運行管理等主要方面，對水庫的安全性進(jìn)行了全面復(fù)核和綜合評價。安全鑒定結(jié)論為：“大壩病險嚴(yán)重，屬三類壩”。2010年，河南省水利廳組織專家組進(jìn)行了現(xiàn)場核查，同意三類壩鑒定結(jié)論，急需進(jìn)行除險加固。

2 工程地質(zhì)

根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》，侯莊水庫工程地震峰值加速度為0.05 g，本場地的地震烈度相當(dāng)于Ⅵ度。庫區(qū)位置在區(qū)域構(gòu)造單元劃分上屬三級構(gòu)造單元之西峽-南灣地向斜褶皺束(Ⅱ14)，以水庫大壩為中心100 km范圍內(nèi)的大斷裂南有桐柏～商城深斷裂，北有信陽～梅山深斷裂，兩條斷裂呈北西西向平行展布，是二級構(gòu)造單元界線。在庫區(qū)調(diào)查范圍內(nèi)未發(fā)現(xiàn)通往庫外大的斷裂構(gòu)造帶及新構(gòu)造運動的跡象。區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性較好。大壩壩基為低液限黏土層，該層土沉積密實，厚度大，強(qiáng)度高，呈硬塑狀，滲透系數(shù)<10-6cm/s，為不滲透地層，故壩基不存在滲透問題。由于大壩填筑質(zhì)量差，施工時清基不徹底，壩基與壩體接合處存在滲漏問題。溢洪道地層巖性為第四系更新統(tǒng)洪積低液限黏土，黃色～棕黃色，稍濕，土的狀態(tài)硬塑～堅硬狀態(tài)，工程地質(zhì)條件較好。

3 除險加固措施

3.1 工程等別及建筑物級別

侯莊水庫總庫容348.10萬m3，按照《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，屬于小(1)型水庫，工程等別為Ⅳ等，所屬主要建筑物為4級，臨時建筑物為5級。主要建筑物包括大壩、溢洪道、輸水洞等。水庫除險加固工程防洪標(biāo)準(zhǔn)采用20 a一遇洪水設(shè)計，100 a一遇洪水校核，泄水建筑物消能標(biāo)準(zhǔn)為20 a一遇洪水設(shè)計。

3.2 設(shè)計洪水

侯莊水庫自建庫以來沒有水文觀測資料，附近也沒有可借鑒的降雨資料，分別采用《河南省中小流域設(shè)計暴雨洪水圖集》(1984年版，簡稱《84圖集》)和河南省水文水資源局2005年12月編制的《河南省暴雨參數(shù)圖集》(簡稱《05圖集》)進(jìn)行設(shè)計暴雨、洪水參數(shù)計算，“84圖集”洪水計算結(jié)果較大，為安全考慮，采用“84圖集”洪水計算成果，20 a一遇設(shè)計洪峰流量130.80 m3/s，24 h洪量374萬m3；100 a一遇校核洪峰流量213.00 m3/s，24 h洪量580萬m3。

此次除險加固保持水庫功能不變，經(jīng)調(diào)洪演算，除險加固后，死水位32.00 m，死庫容25.00萬m3；汛限水位34.40 m，相應(yīng)庫容92.00萬m3；興利水位34.40 m，興利庫容67萬m3；設(shè)計洪水位35.66 m，相應(yīng)庫容252.70萬m3；校核洪水位36.07 m，總庫容348.10萬m3。

3.3 工程設(shè)計

3.3.1 大壩加固設(shè)計

3.3.1.1 壩頂工程

針對大壩壩頂不滿足防洪要求及壩頂路面存在的問題，本次加固擬對0+000～0+520段重新鋪設(shè)瀝青混凝土厚6 cm，路面寬10.00 m，上游增設(shè)C20混凝土防浪墻，頂部高程為37.80 m，厚0.30 m，埋深1 m；下游增設(shè)C20混凝土路緣石，斷面尺寸為0.15 m×0.50 m(寬×高)，路緣石高出路面0.15 m，正對橫向排水溝處設(shè)排水缺口。

由于大壩樁號0+520～0+653段壩頂高程為37.00～36.10 m，比最高靜水位36.07 m高，本次加固保留現(xiàn)狀路面，增設(shè)上游防浪墻和下游路緣石，防浪墻頂部高程為37.50 m。

大壩樁號0+653～0+740段壩頂路面低于最高靜水位，且存在與溢洪道新建交通橋連接問題，擬拆除現(xiàn)狀壩頂路面，并將大壩加高培厚，使大壩與溢洪道新建交通橋平順連接。加固后壩頂高程為36.10～37.00 m(交通橋橋面高程)，寬5.00 m，采用C20混凝土硬化，增設(shè)上游防浪墻和下游路緣石，防浪墻頂部高程為37.50 m。

3.3.1.2 上游壩坡工程

針對大壩上游壩坡存在的問題，此次加固擬對大壩上游壩坡進(jìn)行整修和護(hù)砌。上游壩坡整修后坡比為1∶2，并在高程34.50 m處增設(shè)1.00 m寬平臺一道。壩坡整修時壩體回填土料應(yīng)滿足規(guī)范要求，回填土壓實度≥0.96；回填前應(yīng)進(jìn)行清基，平均清基厚度0.30 m。

0+000～0+400段上游混凝土護(hù)坡厚度較薄，不能滿足規(guī)范要求，且經(jīng)多年浪水沖擊、淘蝕，大部分混凝土塊已嚴(yán)重塌陷毀壞，無法繼續(xù)抗御風(fēng)浪襲擊，危及壩體安全，擬對其重新護(hù)砌；護(hù)砌高程從死水位32.00 m高程到壩頂間，護(hù)坡類型采用C20混凝土護(hù)坡，厚0.13 m，下部為0.15 m厚的砂石墊層，單塊板尺寸3.00 m×2.50 m，板間縫寬10 cm，錯縫布置，縫中設(shè)無砂混凝土排水帶，排水帶下鋪1.10 m寬無紡針織布。上游34.50 m高程的平臺內(nèi)側(cè)及死水位護(hù)坡底部均設(shè)C20混凝土基墩。由于0+400～0+740段處在臺地段，上游壩坡均處在水位變化范圍以上，擬對其采用草皮護(hù)坡。

3.3.1.3 下游壩坡及壩腳工程

根據(jù)大壩下游壩坡存在的問題，對下游壩坡進(jìn)行整修，0+000～0+520段整修坡比為1:2.5，0+520～0+740段整修坡比為1:2，均采用草皮護(hù)坡。為了解決壩坡雨水沖刷和壩體排水問題，此次加固在0+000～0+520段下游壩腳設(shè)置一道縱向排水溝，下游壩坡每隔50 m設(shè)置橫向排水溝一道，0+060～0+335段壩腳新建貼坡排水?？v向排水溝斷面尺寸為0.50 m×0.60 m(寬×高)，壁厚和底厚均為0.20 m，總長500 m；橫向排水溝斷面尺寸為0.30 m×0.30 m(寬×高)，壁厚和底厚均為0.15 m，共計11條，總長179 m；貼坡排水頂部高程為32.00 m，由內(nèi)而外結(jié)構(gòu)分別為0.20 m厚粗砂墊層、0.20 m厚卵石墊層和0.40 m厚干砌塊石護(hù)坡。

3.3.1.4 清障工程

為保障大壩安全，將清理上下游壩頂及下游壩坡的樹木，共需砍伐約1 300棵樹木，樹木砍伐后，還需對樹根進(jìn)行開挖、清理，以清除壩體內(nèi)殘留的樹木根須，并進(jìn)行回填土。

3.3.1.5 白蟻防治

白蟻防治應(yīng)貫徹“預(yù)防為主、防治結(jié)合、綜合治理”的方針。采用挖巢滅殺、藥物灌漿和地表施藥的治理措施。另外，對大壩兩端100 m范圍內(nèi)，采用挖巢和藥物防治相結(jié)合的方法，消滅原生白蟻，消除蟻源區(qū)白蟻生存繁衍，避免白蟻再次向大壩入侵。

3.3.2 溢洪道加固工程

針對溢洪道為土質(zhì)，開挖后未護(hù)砌，溢洪道兩側(cè)邊坡拉切坍塌嚴(yán)重，下游無消能設(shè)施，沖刷淘蝕嚴(yán)重，溢洪道工程質(zhì)量差；尾水渠未開挖成形，斷面狹窄，影響洪水安全下泄；堰頂無交通橋，致使泄洪時兩岸交通中斷等問題。此次加固將溢洪道堰頂高程恢復(fù)到34.40 m，寬39.00 m，過水?dāng)嗝鏋榫匦危^流凈寬37.20 m，溢洪道工程采用20年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)調(diào)洪成果，相應(yīng)庫水位35.66 m，20年一遇洪水溢洪道下泄流量84.00 m3/s。加固后溢洪道由進(jìn)口段、堰頂控制段、消能設(shè)施段及尾水渠段組成。

進(jìn)口段0+000～0+061為引渠，底部高程33.40 m，寬40 m，兩岸邊坡為1∶2；0+061～0+066段為1∶5的倒坡，底部采用0.40 m厚C20混凝土護(hù)砌，下鋪0.10 m厚C15混凝土墊層，底寬40.00 m漸變?yōu)?9.00 m，兩岸邊坡由1∶2漸變?yōu)橹眽?，墻頂?4.80 m漸變?yōu)?7.00 m，采用M7.5漿砌石扭曲面護(hù)砌。

堰頂控制段為開敞式寬頂堰，堰頂高程34.40 m，堰頂凈寬37.20 m，順?biāo)鏖L5.00 m，底板采用0.40 m厚C20混凝土護(hù)底，下鋪0.10 m厚C15混凝土墊層，底板與上、下游接縫處設(shè)橡膠止水，兩岸為C20混凝土交通橋橋臺，臨水側(cè)為直墻，填土側(cè)邊坡為1∶0.30。堰頂交通橋總長40.00 m，共4跨，兩邊跨每跨凈寬9.20 m，中間2跨每跨凈寬9.40 m；上部結(jié)構(gòu)采用C30鋼筋混凝土空心板，兩側(cè)設(shè)C30鋼筋混凝土護(hù)輪帶和C25鋼筋混凝土欄桿，橋面凈寬3.89 m，高程為37.00 m，橋面向兩側(cè)設(shè)1%地找坡，并設(shè)有排水孔。

消能設(shè)施段：陡坡段水平投影長8.00 m，坡比1∶4，底寬39.00 m，底板采用0.40 m厚C25鋼筋混凝土護(hù)底，下鋪0.10 m厚C15混凝土墊層；兩岸為C20混凝土重力式擋土墻，距消力池底板1.00 m處設(shè)φ75PVC排水管一排，間距1.50 m，墻頂高程由37.00 m漸變?yōu)?5.30 m。消力池護(hù)坦長8.00 m，池深0.60 m，消力池底板高程為32.40 m，采用C25鋼筋混凝土護(hù)砌，并設(shè)φ75PVC排水管，間距1.00m，梅花形布置，下設(shè)0.50m厚三層反濾層；兩岸為C20混凝土重力式擋土墻，距消力池底板1.50 m處設(shè)φ75mmUPVC排水管一排，間距1.50 m。池后海漫段(0+087～0+107)底寬由39.00 m漸變?yōu)?3.00 m，其中0+087～0+097段底寬由39.00 m漸變?yōu)?6.00 m，采用M7.5漿砌石護(hù)底，厚0.40 m，兩岸為M7.5漿砌石扭面，由直墻漸變?yōu)?∶2邊坡；0+097～0+107段底寬由36.00 m漸變?yōu)?3.00 m，底部及邊坡均采用干砌石護(hù)砌，厚0.40 m。

開挖疏浚尾水渠(0+107～0+167)，底寬由33.00 m漸變?yōu)?5.00 m，兩岸坡比為1∶2，后接下游河道。

3.3.3 輸水洞工程

輸水洞位于大壩樁號0+275處，進(jìn)口底部高程32.00 m，設(shè)計引水流量1.00 m3/s。針對輸水洞存在的問題，采取拆除重建措施。新輸水洞由進(jìn)口段、閘室段、洞身段和出口段四部分組成。進(jìn)口段長5.00 m，采用C20混凝土八字墻，底板C20混凝土厚0.40 m，前后設(shè)齒，深0.40 m；閘室進(jìn)口尺寸1.20 m×1.20 m，閘室內(nèi)設(shè)平板工作鑄鐵閘門、檢修閘門各一扇，安裝80kN手、電兩用螺桿式啟閉機(jī)2臺，閘底板高程為32.00 m，與上下游接縫處采用“651”橡膠止水帶防滲，C25鋼筋混凝土底板厚為0.60 m，頂板厚0.50 m，閘室長為6.00 m，操作平臺高程37.00 m；洞身為C25鋼筋混凝土箱涵，斷面尺寸為1.20 m×1.20 m，壁厚0.40 m，共2節(jié)，每節(jié)長9.00 m，接頭處設(shè)有C25鋼筋混凝土截水環(huán)。

洞身出口接下游消能設(shè)施，分別為：陡坡段、消力池段、海漫段。陡坡段水平投影長9.00 m，澆筑C25混凝土護(hù)底，厚0.40 m，下鋪0.10 m厚C15混凝土墊層，坡比1∶3；邊墻為M7.5漿砌石擋土墻，臨水側(cè)為直墻，填土側(cè)邊坡比為1∶0.50；每隔10.00 m一分縫，縫中采用閉孔泡沫塑料板填縫；消力池底板厚0.40 m，下設(shè)0.50 m厚砂石反濾層，底板上設(shè)置φ75UPVC排水管，間距1.50 m，呈梅花形布置。邊墻為M7.5漿砌石擋土墻，臨水側(cè)為直墻，填土側(cè)邊坡比為1:0.50，邊墻上設(shè)置φ75mmUPVC排水孔1排，距底0.50 m；海漫段長10.00 m，M7.5漿砌石護(hù)底厚0.40 m，兩岸為M7.5漿砌石扭面，由直墻扭變到1∶1.50的邊坡，底部寬3.50 m，兩岸高程30.50 m，下游接現(xiàn)有灌溉渠道。

3.3.4 觀測與管理設(shè)施工程

觀測設(shè)施：此次設(shè)計計劃在大壩樁號0+080、0+230、0+380斷面增設(shè)共計7點浸潤線觀測管。管理房維修：維修管理房100 m2。水文測報設(shè)施：增設(shè)水位觀測水尺1處，在樁號0+180處上游壩坡增設(shè)水尺一組，水尺旁設(shè)C20混凝土觀測踏步。防汛照明燈：在壩頂0+000～0+520段內(nèi)側(cè)每隔100 m設(shè)置一組防汛照明燈，現(xiàn)澆C20混凝土燈座，預(yù)埋電桿基礎(chǔ)墊板，共計6組。

4 結(jié)語

侯莊水庫除險加固工程于2011年10月開工，2012年5月竣工。目前工程運行正常，不僅防洪、灌溉和養(yǎng)殖效益顯著，也明顯改善了周邊的水生態(tài)和水環(huán)境，社會效益、生態(tài)效益顯著。