水庫應急專項除險加固工程設計

楊　帆運城市水利勘測設計研究院，山西運城　044000

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水庫應急專項除險加固工程設計

楊帆
運城市水利勘測設計研究院，山西運城044000

摘要本文分析了山西某水庫存在的主要問題，提出對大壩、放水涵洞、泄洪洞等建筑物采取對應的除險加固措施，從而消除水庫的安全隱患，保證水庫的安全運行。

關鍵詞除險加固；大壩；放水涵洞；泄洪洞

1　工程概況

某水庫位于某縣南樊鎮某村南溝內，屬黃河流域汾河水系澮河支流，水庫控制流域面積2.1km2。水庫原防洪標準為二十年一遇洪水設計，三百年一遇洪水校核，總庫容30.5萬m3，防洪庫容8萬m3，興利庫容22 萬m3，死庫容0.5萬m3，是一座以防洪、灌溉為主的小（2）型水庫。目前，水庫淤積庫容為2.0萬m3。水庫樞紐工程由大壩、放水涵管和泄洪洞3部分組成。大壩為均質碾壓土壩，上下游壩坡均為草皮護坡，壩頂高程為668.00m，壩高18m，壩頂長70m，壩頂寬4m，上游壩坡1∶2.5，下游壩坡1∶2。放水涵管位于大壩0+035.5處，為Φ700mm鋼筋砼圓管，管長68m，進口為圓形鋼管豎井，設球閥控制，涵洞進口底高程652.5m。泄洪洞位于大壩左岸，斷面為城門洞型、砌磚結構。洞長100m，底寬2.0m，高2.2m，直墻高1.2m，進口底高程665.0m。

根據《水利水電工程等級劃分及防洪標準》（SL252-2000）規定∶工程等別為V等，主要建筑物及次要建筑物級別為5級，水庫設計洪水標準為二十年一遇，校核洪水標準為兩百年一遇。

2　存在問題

2.1存在的問題

2013年3月，對水庫進行了現場勘察，目前，水庫主要存在以下問題：1）大壩壩坡較陡，上游無護坡，下游無排水設施；2）放水涵管出口周邊有滲漏，下游明渠損壞，啟閉設施及啟閉機房損毀；3）壩泄洪洞拱頂無襯砌，側墻及底板砌磚損壞嚴重。

泄洪洞位于大壩左岸，長100m，斷面尺寸2.0m×2.2m，斷面為城門洞型， 根據現場勘察，泄洪洞位于第四系上更新統低液限粘土中，洞形較好，原為磚襯砌，現大部分已損壞，洞底、洞壁均為上更新統低液限粘土，局部有少量坍塌，但方量不大，建議對洞身進行整修，并對洞身及洞底做襯砌及防水處理，使之能正常泄洪。

2.2工程建設的必要性

由于該水庫建于20世紀70年代，運行多年后存在諸多隱患，另外，放水涵管進口啟閉設施缺失，泄洪洞拱頂無襯砌、砌磚直墻也破損嚴重，均已無法正常使用。而水庫主要承擔著下游4個村莊、0.48萬人，5332.8萬km2耕地及某縣-侯馬公路等的防洪安全和下游3333.3km2農田的灌溉任務。對某水庫大壩進行應急加固不但可以充分發揮已成小水庫的綜合效益，而且可以進一步增強區域抵御自然災害的能力，具有較高的經濟和社會效益。

本次除險加固工程的主要內容有：大壩上游壩坡整修及干砌石護坡；大壩下游壩坡培厚及草皮護坡，并增設排水設施；對放水涵管進口增設啟閉設施，出口進行延長改造；對泄洪洞進行改造；增設大壩觀測設施等工程建設。

3　工程地質情況

該水庫所在的位置，東部、南部為中條山侵蝕構造地形和構造剝蝕地形，切割深度250m～600m，溝谷斷面呈“V”字形，地勢最高處為歷山舜王坪，海拔標高為2 322m；西部、北部為黃土堆積地形和堆積地形，沖溝發育。

根據區內地下水賦存條件與所處地貌類型，將測區內地下水分為，基巖裂隙水，黃土臺塬裂隙孔隙水、河谷平原孔隙水3種類型。

壩體土巖性為低液限粘土，含少量鈣質結核，中壓縮性。壩肩主要為第四系上更新統沖積物，巖性為低液限粘土，褐黃色，淺紅色，可塑～硬塑狀態，局部含較多鈣質結核。壩基主要由第四系上更新統沖積物為主，巖性為低液限粘土組成，局部含少量鈣質結核。

4　除險加固設計過程

4.1大壩加固設計

某水庫大壩為均質土壩，壩頂高程668.0m，壩底高程650.0m，壩高18m，壩頂總長70m，壩頂寬4m，大壩上游坡比為1∶2.5，下游坡比為1∶2。大壩上游無護坡，下游無排水設施。

大壩除險加固前，首先對大壩表面包括壩頂、壩坡和壩腳范圍內的雜草、灌木、亂石、垃圾等全部清除，然后清除大壩表層腐殖土。上游壩坡雜物清除以后整修至設計斷面，壩坡坡比為1∶3.0。壩坡整平后自上而下設30cm厚干砌石護坡、20cm厚砂礫料和20cm厚粗砂，護坡坡腳伸入淤積層以下1.0m。

目前水庫壩頂為土路面，雨天泥濘影響管理人員巡查，本次改造為泥結碎石路面，路面寬度為5.0m，厚0.25m。由調洪及壩頂高程復核結果可知，設計洪水所需壩頂高程為667.62m，校核洪水所需壩頂高程為667.85m，水庫現狀壩頂高程為668.00m，壩高滿足要求。

現狀下游壩坡坡比為1∶2，本次對下游壩坡進行培厚放緩處理，分2段，668.0m～659.0m坡度為1∶2.5，在659.0m處設馬道，馬道寬為2m，659.0m以下坡度為1∶2.5，下游壩坡采用草皮護坡。為了防止暴雨沖刷壩肩和下游壩坡，將水排至壩腳以外，在下游壩坡與岸坡結合處及樁號0+040下游壩坡位置布設橫向排水溝三條，在下游馬道659.0m處和下游坡腳均設一縱向排水溝，并與壩坡橫向排水溝相連。縱、橫向排水溝斷面尺寸為0.3m×0.3m，采用現澆C15砼砌筑，側墻及底板厚度為0.15m。下游坡腳縱向排水溝為梯形，底寬0.5m，高0.5m，邊坡1∶1，采用M7.5水泥砂漿砌石砌筑，厚0.3m。

為了避免大壩兩側山體的雨水直沖壩頂，在壩頂兩端設截流槽，截流槽斷面為矩形，斷面尺寸為0.5×0.5m，側墻及底板厚度為0.15m，上部設鑄鐵篦，將雨水排至下游壩坡與岸坡結合處的排水溝。

壩下游坡腳原無排水設施，本次增設貼坡排水，貼坡排水地面以上高5.0m，從外到內依次為30cm厚干砌塊石、20cm厚碎石墊層、20cm厚砂礫料墊層、20cm厚粗砂墊層。壩體培厚后，新老壩體密實度不同，為使原壩體滲水順利排出，在壩體培厚段基礎面設褥墊排水。

4.2放水涵管改造設計

放水涵管位于大壩0+035.5處，為Φ700mm鋼筋砼圓管，進口為圓形鋼管豎井，設球閥控制，進口底高程652.5m。目前，放水涵管出口周邊有滲漏，下游明渠損壞，啟閉設施及啟閉機房損毀。本次改造在涵管進口增設啟閉設施、對出口進行延長、對出口明渠拆除重建。

放水涵管進口增設錐形閥，直徑為0.35m，并增設手搖卷揚式啟閉機1t及50m長鋼絲繩。另外在壩頂需增加20m2啟閉機房。放水涵管長68m，下涵管出口因下游壩坡放緩需延長15m，改造后涵管長83m。為將涵管接觸滲漏水導出壩外，在涵管出口設反濾層。出口明渠改造長度為50m，斷面為矩形，寬0.9m，高0.7m，采用水泥砂漿砌石砌筑，側墻高0.7m，頂寬0.3m，底寬0.6m，底板厚0.3m。

4.3泄洪洞改造設計

泄洪洞位于大壩左岸，拱頂無襯砌，側墻及底板砌磚損壞嚴重。本次改造將洞身底板及直墻砌磚拆除，采用現澆C25鋼筋砼襯砌，襯砌厚度為35cm，砼澆筑后，必須用在土洞與砌體之間灌粘土漿，不留空隙。另外將砌磚洞臉拆除，采用M7.5水泥砂漿砌石砌筑，厚0.5m，并在洞臉與崖體接觸處設一道排水溝；將砌磚進出口側墻及底板砌磚拆除，采用M7.5水泥砂漿砌石砌筑，側墻高2.2m，頂寬0.5m，底寬1.3m，底板厚0.5m。

泄洪洞采用鋼筋砼襯砌，側墻及底板10m一段，先將鋼筋綁扎好再支好內外模板，砼澆筑后用振搗器振搗密實；拱圈2m一段，在每一段拱圈中間橫斷面處預埋3處灌漿孔，等全部襯砌完畢后將襯砌面與原土洞間用豆石回填，再通過拱圈預留灌漿孔進行粘土灌漿。砼澆筑可以分段交錯進行。

5　結語

除險加固改造后，水庫防洪標準得以提高，壩體結構達到穩定，保證了下游村莊及耕地防洪安全，同時保證了灌溉效益。該工程對環境產生的負效益較小，而對維護區域內社會經濟持續快速發展極為有利。除險加固后，水庫有效促進當地農業和農村經濟的發展，對經濟、社會、和環境效益都是十分有利的。

參考文獻

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［7］顧慰慈.水利水電工程管理［M］.北京：北京動力經濟學院.

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文獻標識碼A

文章編號1674-6708（2016）165-0180-02

作者簡介：楊帆，運城市水利勘測設計研究院。