金沙水庫改建方案比選

程瑞瑞

（臨汾市水利勘測設(shè)計院，山西 臨汾 041000）

1 工程概況

金沙水庫位于侯馬市金山村南2km的紫金山大水溝內(nèi)，屬汾河流域澮河支流，是一座以防洪為主、兼顧灌溉的小（二）型水庫，控制流域面積3.04km2，總庫容12.67萬m3，設(shè)計灌溉面積66.7hm2。水庫由漿砌石重力壩、開敞式溢洪道、無壓泄洪洞、放水臥管4部分組成。

水庫大壩為砌石重力壩，壩頂高程679.21m，壩高19.8m，壩頂長39.7m，寬2.77m，上游壩坡1∶0.25，下游壩坡分三級：高程679.21～678.41m之間壩坡為1∶0，在高程678.41m處設(shè)1.37m寬的馬道；高程678.41～675.41m之間為直墻；高程675.41m以下壩坡為1∶0.5。泄洪洞位于壩底中部，由進水閘、洞身兩部分組成，進口高程662.59m，設(shè)木制平板閘門控制，泄洪洞為無壓洞，斷面為圓拱直墻式，洞寬1.2m、高1.7m。溢洪道位于大壩右側(cè)，為開敞式溢洪道，漿砌石結(jié)構(gòu)。放水臥管位于庫區(qū)右側(cè)，管身為漿砌石矩形斷面，寬0.65m、高0.68m。

2 除險加固改造設(shè)計

2011年8月，臨汾市水利局對金沙水庫進行了大壩安全鑒定，發(fā)現(xiàn)金沙水庫存在以下問題：一是水庫抗洪能力不能滿足20年一遇洪水設(shè)計，100年一遇洪水校核的標準。造成這一問題的原因主要是水庫經(jīng)過幾十年的運行，淤積面高程達667.91m，淤積庫容達3.54萬m3，平均年淤積0.093萬m3。二是大壩迎水面砌石勾縫脫落，局部損壞，大壩背水面下部及壩肩滲水嚴重。三是泄洪洞前積物將進口淤堵，閘門無法打開，不能正常運行，水閘長年失修，放水設(shè)施損壞嚴重，影響正常泄洪。四是上壩道路為崎嶇山路，交通不便。五是水庫無供電線路及管理、觀測等設(shè)施。六是水庫無管理房。

通過組織勘察、測量、設(shè)計提出一個初步設(shè)計方案：對大壩上游壩坡及左右壩肩進行防滲處理，長65m；改建泄洪洞、溢洪道、取水臥管；新建上壩道路和管理房50m2。其后專家對初步設(shè)計進行審查，發(fā)現(xiàn)設(shè)計存在一些問題，因此對設(shè)計方案進行了修改，重新制定第二個設(shè)計方案，其工程內(nèi)容包括大壩及溢流設(shè)施改造，輸水臥管修復，新建上壩道路和管理站。

3 方案比選

初步設(shè)計方案是根據(jù)金沙水庫現(xiàn)存的工程設(shè)施及存在問題，逐一對砌石重力壩、開敞式溢洪道、泄洪洞、放水臥管等進行改造設(shè)計。一是針對大壩現(xiàn)狀壩體、左右壩肩存在滲漏，不能滿足壩體防滲要求的問題，在壩體上游面設(shè)置鋼筋混凝土防滲面板，壩基開挖至新鮮基巖并澆注鋼筋混凝土防滲面板。去除左右壩肩地基表層的覆蓋層、坡積物、強風化巖石，在其上設(shè)鋼筋混凝土防滲面板。二是針對泄洪洞進水閘長年失修，放水設(shè)施損壞嚴重，不能正常泄洪和輸水灌溉的問題，重新計算得泄洪洞設(shè)計泄洪流量為23.54m3/s，校核泄洪流量為24.75m3/s，之后對泄洪洞進口水閘進行改造，將原來的木制平板閘門改為平板鋼閘門，然后通過鋼筋混凝土無壓洞與現(xiàn)狀泄洪洞連接，增設(shè)啟閉設(shè)備及啟閉機房和新建鋼筋混凝土工作橋。三是將現(xiàn)狀溢洪道全部拆除重建，溢洪道進口底高程下切1m，以現(xiàn)狀溢洪道為中心線，向右側(cè)拓寬至8m。設(shè)計洪水位時最大泄量3.07m3/s，校核流量42.15m3/s，改造后校核泄量66.9m3/s。四是改建取水臥管，并新建上壩道路。

第二個方案是根據(jù)漿砌石重力壩的特點，對金沙水庫現(xiàn)存的工程做了部分取舍，并重新進行了工程布置。其與初步設(shè)計的主要區(qū)別是：

一是對大壩結(jié)合溢流設(shè)施進行設(shè)計，把大壩分為溢流壩和非溢流壩兩部分，放棄原溢洪道方案，將原有的溢洪道進行封堵處理并與大壩非溢流結(jié)合，將其變?yōu)榉且缌鲏味蔚囊徊糠帧８鶕?jù)下游河道地形、地質(zhì)條件，把溢流壩布置在大壩中部的主河槽段，壩頂為原壩頂高程679.21m，長15m，設(shè)計洪水位時最大泄量27.87m3/s，校核洪水位時最大泄量60.20m3/s，溢流壩上游面與非溢流壩段協(xié)調(diào)一致，下游與非溢流壩之間通過導墻隔開；非溢流壩段壩頂高程加高至681.71m，左右壩段長分別為12.5m和12.2m，上游壩坡不變，下游壩坡培厚，坡比由1∶0.5變?yōu)?∶0.7；結(jié)合壩體防滲，在壩體上游面設(shè)置混凝土防滲面板，防滲面板厚650mm，并對設(shè)計斷面進行穩(wěn)定計算。溢流壩段的溢流設(shè)施為開敞式溢流堰，分為2孔，每孔凈寬6m，中墩寬1m，邊墩寬1m，墩頭上、下游側(cè)為半圓型，墩頂高程681.41m。墩頂設(shè)鋼筋混凝土現(xiàn)澆梁板結(jié)構(gòu)交通橋與兩側(cè)壩頂連接。

二是把原有取水臥管維修改造與泄洪洞結(jié)合在一起，將泄洪洞改為輸水洞，其中現(xiàn)狀泄洪洞位于大壩中部左側(cè)，由于進口控制設(shè)施已損壞，設(shè)計將現(xiàn)狀進口控制設(shè)施拆除，并采用C25S4D100混凝土封堵，由于泄洪洞兼有灌溉輸水功能，對現(xiàn)狀洞內(nèi)襯壁厚15mm、直徑1000mm的鋼管；把位于大壩右側(cè)灌溉取水建筑物取水臥管與泄洪洞銜接，維修輸水臥管，臥管矩形斷面長52m，寬0.6m，深0.4m，為混凝土結(jié)構(gòu)，管頂高程676.71m，底高程663.23m。上部為臺階狀，分16級，階高根據(jù)坡度從上到下確定為0.576m，0.798m，1.019m，0.956m，階長1.0m。正常蓄水位以下每級設(shè)一個取水孔，共16個，設(shè)直徑0.3m的鋼制塞。頂厚200mm，管底厚300mm。

從上述兩方案可以看出：第一個設(shè)計方案沒有對原有工程及設(shè)計方案的總體布置進行合理性分析，單純對原有工程進行了修補，沒有針對水庫型式和特點進行設(shè)計。第二個方案在充分考慮金沙水庫工程特點和實際情況下，對原有工程進行了合理化改造。與方案一相比，方案二無論從設(shè)計的總體思路還是嚴謹性和科學性來說都有很大提高。

4 思考及建議

通過對金沙水庫改造過程中前后兩個方案進行比選，建議在改造病險情小水庫時，應避免以下問題：

第一，設(shè)計人員對小水庫改造重視程度不夠。金沙水庫改造初步設(shè)計方案明顯受到了原有工程的影響，設(shè)計思路含糊不清，設(shè)計思路過于簡單和趨同，沒有進行方案比較，并且忽視了針對現(xiàn)狀水工建筑物特點和型式進行設(shè)計的原則。

第二，設(shè)計人員存在重視解決技術(shù)問題、輕視工程總體設(shè)計的現(xiàn)象。金沙水庫改造初步設(shè)計時，沒有對現(xiàn)狀工程存在的問題進行科學研究和探討就對水庫出現(xiàn)的技術(shù)問題進行改造，缺乏對工程總體設(shè)計的科學性思考和把握，沒有結(jié)合工程特點制定一個合理的改造方案。

第三，對小型水庫存在的具體問題認識不清，采取的工程措施不當。如在使金沙水庫達到相應設(shè)計標準的同時，對如何提高其調(diào)蓄洪功能，增加工程效益重視不夠，采取的具體工程措施不盡合理。

為此，在今后的病險情小水庫改造設(shè)計中，設(shè)計人員應加強對病險情小水庫改造設(shè)計的重視程度和合理化分析，真正做到嚴謹、科學、合理。