南沙河水庫除險加固方案設(shè)計簡述

路正鋒

（太原市水利勘測設(shè)計院，山西 太原 030002）

1 水庫概況

南沙河水庫地處迎澤區(qū)東部，太原盆地東山汾河一級支流南沙河山谷口處的水峪村東，壩址控制流域面積25.55 km2，1959年興建，1960年竣工投入使用，原設(shè)計庫容137萬m3，屬典型的“三邊”工程，主要功能是蓄水灌溉。該水庫是一座以防洪為主的緩洪、滯洪的?。ㄒ唬┬退麡屑~工程，保護下游太原市83個社區(qū)29個村約49.16萬人、眾多學(xué)校工礦企業(yè)和石太鐵路、環(huán)城高速路等的安全。水庫主要由大壩、泄洪洞、溢洪道等建筑物組成。

2 存在問題

根據(jù)水庫運行情況、大壩隱患勘測結(jié)果及大壩安全鑒定結(jié)論，南沙河水庫存在的主要問題為：一是大壩防洪標準不足，壩體存在安全隱患。南沙河水庫現(xiàn)狀抗洪能力不滿足《水利水電工程等級劃分及洪水標準》規(guī)定的?。ㄒ唬┬退畮焱潦瘔魏樗畼藴室?，實際抗洪能力僅達到5年一遇洪水標準。二是溢洪道年久失修，不能滿足汛期泄洪要求，嚴重威脅大壩安全。三是壩基、壩肩存在滲漏，影響大壩安全。四是大壩壩體上下游均未防護，下游壩坡無排水系統(tǒng)，對大壩穩(wěn)定不利。五是大壩無安全監(jiān)測設(shè)施。

3 除險加固必要性和迫切性分析

除險加固是滿足水庫大壩正常安全運行的需要。大壩防洪標準不足、壩體存在安全隱患、溢洪道、泄洪洞年久失修、壩基壩肩存在滲漏等問題直接影響水庫運行安全。

除險加固是滿足下游防洪的需要。南沙河水庫所處的地理位置非常重要，下游是迎澤區(qū)，是省城太原的主城區(qū)、商貿(mào)中心，水庫一旦潰壩將威脅庫區(qū)下游29個村，49.16萬人，眾多學(xué)校工礦企業(yè)和石太鐵路、環(huán)城高速路等的安全。

4 除險加固方案設(shè)計

4.1 大壩加固方案

水庫大壩為均質(zhì)土壩，現(xiàn)已成為連接兩岸的主要交通道路，大壩上下游壩坡均未防護，雜草叢生，且大壩下游壩坡大量傾倒垃圾致使壩頂寬度由6 m增加到18 m，無壩坡排水系統(tǒng)，下游壩坡非常陡。大壩經(jīng)安全鑒定，上下游壩坡在各種工況下是穩(wěn)定的，但下游壩坡目前垃圾堆積、變形嚴重，產(chǎn)生大面積滑坡危險性高。針對大壩存在的問題，大壩加固改造方案為：上下游壩坡進行防護，新增排水設(shè)施，重修壩頂路面。

上游壩坡防護：防護前首先清除壩坡表面垃圾、雜草及腐殖土，壩坡高程910 m以下防護型式仍采用干砌石，厚0.4 m，下設(shè)150 mm厚砂礫石墊層、土工布。壩坡910 m以上采用干砌石防護，厚0.4 m，下設(shè)150 mm厚碎石墊層，護砌至壩頂。

下游壩坡防護：下游壩坡防護范圍為整個壩下游坡，壩面長160 m。首先將壩坡表面垃圾、雜草灌木、樹木及腐殖土清除干凈，然后按坡度1∶2.5進行削坡及培厚，在削坡時對壩體上的孔穴全斷面挖除并回填黏土夯實，壓實度不小于0.98。其后對壩坡采用草皮護坡，由壩頂護砌至貼坡排水頂部。

排水設(shè)施：下游增設(shè)壩面排水，下游壩腳河床部位增設(shè)壩體排水。在大壩壩頂下游側(cè)及左右兩岸順壩體與岸坡結(jié)合處設(shè)岸坡排水溝，在壩體排水下游設(shè)一縱向排水溝，與岸坡排水溝相連，排出兩岸山坡和壩坡積水。下游壩體排水采用貼坡排水。貼坡排水頂部高于壩體浸潤線出溢點1.0 m，貼坡干砌石厚0.5 m，下部分別設(shè)0.2 m厚的砂礫石反濾層和0.2 m厚的粗砂墊層。排水底部設(shè)排水溝，排出壩腳滲水。

根據(jù)地勘資料，大壩修筑時未做地基處理，壩基覆蓋層主要為卵石混合土、級配不良礫夾級配不良砂，層厚0～3.5 m，結(jié)構(gòu)松散，分選性較差，不均勻系數(shù)為10.9～137.7，其滲透系數(shù)為11～22 m/d，為強透水層，存在壩基覆蓋層滲漏問題。左右壩肩巖體中節(jié)理裂隙較發(fā)育，且有不同程度的張開，具中等透水性，級配不良礫和砂巖巖層為庫水滲漏層位，左右壩肩存在繞壩滲漏問題。從目前情況來看，在水庫大壩下游養(yǎng)魚池有泉水出逸現(xiàn)象，水位隨庫水位變化較小，較為穩(wěn)定，出溢點沒有出現(xiàn)過異常情況，滲漏未對大壩穩(wěn)定構(gòu)成大的威脅。考慮到長期的滲漏有可能對大壩安全產(chǎn)生一定程度的不利因素，對壩體下游滲水處設(shè)反濾體?？紤]到南沙河水庫為緩洪庫，不進行壩基防滲處理，結(jié)合壩體排水增設(shè)壩基反濾層，將貼坡排水反濾層深入壩基砂礫層底部。

壩頂路面：壩頂為瀝青混凝土路面，厚50 mm，下設(shè)300 mm厚石灰粉煤灰碎礫石上基層，其下為200 mm厚的水泥穩(wěn)定粒料墊層。路面設(shè)2%外傾坡，上下游側(cè)設(shè)欄桿。

4.2 溢洪道改造方案

溢洪道進口由于大量傾倒垃圾，致使目前抬高2 m。溢洪道出口4孔橋式涵洞已有1孔全部堵塞。溢洪道橋墩為漿砌石，橋拱由磚石壘砌而成，年久失修，破壞嚴重，不滿足泄洪及防洪搶險要求。溢洪道泄槽為梯形土渠，出口段廠房、倉庫遍布，無消能設(shè)施，并且堆積較多生活垃圾。根據(jù)大壩安全鑒定結(jié)論，溢洪道未襯砌，抗沖能力低，出口無消能設(shè)施，應(yīng)進行改造。由于溢洪道泄槽段涉及到大面積的倉庫、廠房需要拆遷，且位于太原市區(qū)，所需資金及實施難度太大，短期內(nèi)實施全部溢洪道的疏通不現(xiàn)實。故受資金及拆遷等各種因素的制約，且時間緊、任務(wù)急，本除險加固方案未對整個溢洪道進行改建，僅對溢洪道控制段進行改造，拆除原溢洪道控制段，在原位新建。

根據(jù)實際情況及安全鑒定結(jié)論，溢洪道改造內(nèi)容主要包括新建10.5 m長進水渠、控制段溢流堰原位改建、泄槽段防護73 m。

為保證控制段溢流堰進水順暢，新建進水渠段長10.5 m，進口采用喇叭口型式，渠首底寬7.8 m，末端底寬12.0 m，底坡為2‰的逆底，渠首底高程910 m，末端底高程909.979 m。邊墻采用M7.5漿砌石直立式擋墻，擋墻頂高程由915.2 m降至911.179 m。底板采用M7.5漿砌石防護，厚0.5 m。

溢流堰為寬頂堰，2孔，每孔凈寬3.7 m，前緣凈寬7.8 m，堰頂高程910 m，總長20.0 m。堰體材料為C25鋼筋混凝土，墊層采用100厚C15素混凝土。為連接兩岸交通，溢流堰采用橋涵式溢流堰，頂、底板及側(cè)壁厚均為0.4 m，交通橋底高程同大壩壩頂高程為915.2 m，設(shè)計汽車荷載等級采用公路-Ⅱ級。

泄槽防護段總長73.0 m。前10.0 m為過渡段，邊墻采用M7.5漿砌石直立式擋墻，底板采用M7.5漿砌石防護，厚0.5 m。其后為漸變段，長10.0 m，與泄槽已砌護段順接。漸變段后為73 m砌護段，采用M7.5漿砌石防護，厚 0.5 m，邊坡 1∶1。

4.3 大壩安全監(jiān)測方案

南沙河水庫從建成至今已運行50多年，但大壩一直沒有安全監(jiān)測設(shè)施，其現(xiàn)狀既無法滿足大壩自身安全監(jiān)測的實際需要，也不滿足《土石壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》的要求。為確保水庫大壩的安全運行，建立一套比較完善的大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)是十分必要的。本次除險加固設(shè)計增設(shè)必要的大壩安全監(jiān)測設(shè)施，安全監(jiān)測的內(nèi)容主要包含壩體垂直與水平位移觀測、滲流監(jiān)測等。

垂直與水平位移觀測：為觀測土壩沉陷與變形，共布置3條縱斷面12個觀測樁，并相應(yīng)布設(shè)工作基點12個。

壩體滲流觀測：布設(shè)3條橫斷面，觀測孔12個。

5 結(jié)語

南沙河水庫除險加固方案主要對上下游壩坡、溢洪道等進行了設(shè)計，解決了大壩防洪標準不足，壩坡、壩基滲透穩(wěn)定等問題，但由于拆遷、清障、資金等原因，除險加固后仍存在以下問題：一是泄洪洞下游仍有障礙物，不能正常泄洪。二是溢洪道泄槽段及下游均為臨時建筑，溢洪道無法正常泄洪。三是南沙河水庫下游河道過洪斷面不足，無法安全渲泄水庫下泄洪水。四是大壩在第一次蓄水運用，當水深蓄至7 m時（蓄洪量約為55萬m3），土壩發(fā)生嚴重管涌和局部脫坡等險情。本次設(shè)計增設(shè)了大壩下游壩坡排水設(shè)施，壩基砂卵石層增設(shè)了反濾層，滲透穩(wěn)定可以滿足要求，但由于計算依據(jù)數(shù)據(jù)為本次地勘資料，而大壩壩體質(zhì)量存在一定差異性，故在實際運行中必須加強觀察監(jiān)測。建議建設(shè)單位積極與相關(guān)部門協(xié)調(diào)資金及拆遷事宜，盡快對溢洪道下游進行清障，完善溢洪道泄槽、消能防沖設(shè)施；盡快對泄洪洞下游進行清障，確保洪水安全下泄；拓寬南沙河水庫下游河道，加強汛期安全監(jiān)測，確保水庫安全運行。