筆架山水庫除險加固工程規模復核及維修方案探析

李景權，慕景洋

(1、筆架山監獄 黑龍江 雙鴨山155913；2、大慶油田水務公司，黑龍江 大慶 163454)

筆架山水庫除險加固工程規模復核及維修方案探析

李景權1，慕景洋2

(1、筆架山監獄 黑龍江 雙鴨山155913；2、大慶油田水務公司，黑龍江 大慶 163454)

筆架山水庫始建于解放前偽滿時期，解放后經多次建設，只完成泄洪閘及付壩續建工程，其它如土壩上游鋪蓋、下游蓋重及減壓排滲溝、上下游護坡等工程至今尚未按設計全部完工，且存在嚴重的病險。為此，筆架山監獄于2013年編制筆架山水庫大壩安全評價報告；并經黑龍江省雙鴨山市水務局對水庫大壩安全評價報告進行鑒定審定，2017年水利部大壩安全管理中心認定筆架山水庫為三類壩，首先對水庫的工程規模進行了復核，然后根據核查單位的具體意見，對水庫相應的工程進行維修加固。

筆架山水庫；除險加固；核查意見；工程規模；維修方案

1 工程概況

筆架山水庫位于雙鴨山市集賢縣安邦河一級支流哈達密河的下游，距集賢縣約10km，壩址以上控制流域面積為180km2。水庫現隸屬于黑龍江省筆架山農場有限責任公司管理，是一座以灌溉為主，結合防洪、除澇、養殖等綜合利用中型水庫。根據“大中型水庫大壩基本資料登記表”，水庫防洪標準為100a一遇洪水設計，1000a一遇洪水校核，死庫容為0.018×108m3，相應死水位為119.50m；興利庫容為0.26×108m3，相應興利水位為128.20m；設計庫容為0.27×108m3，相應設計水位為128.50m；校核庫容為0.38×108m3，相應校核水位為129.20m。水庫設計灌溉面積為0.17萬hm2，養殖水面0.91萬hm2，同時對下游的1.14萬hm2耕地、16個村屯、2.33萬人口、集佳鐵路、哈同高速、富華公路起到一定的保護作用。

筆架山水庫始建于解放前偽滿時期，當時進行了壩體清基、開挖、部分壩體填筑及在左壩肩開挖完成輸水遂洞。解放后經1958年、1963年、1965年、1986年、1989年及1990年的建設，由于資金等原因只完成泄洪閘及付壩續建工程，其它如土壩上游鋪蓋續建維修、下游蓋重及減壓排滲溝、上下游護坡、輸水洞襯砌續建、取水塔及啟閉機室維修、平板鋼閘門及疊梁維修等工程至今尚未按設計全部完工，且存在嚴重的病險。

為此，筆架山監獄于2013年委托設計單位編制筆架山水庫大壩安全評價報告；經黑龍江省雙鴨山市水務局對筆架山水庫大壩安全評價報告進行鑒定審定，并出具大壩安全鑒定報告書并報送黑龍江省水利廳；2017年，水利部大壩安全管理中心以《關于寄送筆架山水庫三類壩鑒定成果核查意見的函》(壩函〔2017〕92號)，認定筆架山水庫為三類壩。

2 核查單位意見

根據專家組書面與現場核查結果認為：該水庫存在的主要病險為：大壩壩頂高程不滿足防洪安全要求；大壩上游馬道以下護坡破損嚴重，下游壩面局部塌陷，左壩肩山體出現大面積的脫坡現象；大壩壩基防滲未按設計完成黏土鋪蓋，壩后無排水設施，在設計工況下大壩壩基滲透比降大于允許比降；泄洪閘閘室堰頂高程、閘墩頂高程均低于原設計高程，邊墻混凝土凍融破壞嚴重，多處裂縫，右邊墻明顯外傾變形，底板分縫處有多處滲水點。泄洪閘與兩側土壩連接段存在接觸滲流破壞的安全隱患；現狀輸水洞取水塔工作平臺低于興利水位，取水塔漿砌石結構混凝土脫落形成空洞，進水口底部淤積嚴重，檢修房墻體開裂。輸水洞洞身大部分未襯砌，經常脫落石塊，無襯砌段滲水；泄洪閘和輸水洞閘門銹蝕嚴重，止水橡皮損壞漏水，啟閉設施陳舊，啟閉運行困難；大壩左壩肩山體出現大面積的脫坡現象，坡積物威脅輸水洞取水口安全；無大壩安全監測設施，未建防汛道路，無防汛搶險物資和儲備倉庫，管理設施落后。大壩存在上述嚴重安全隱患，不能按設計正常運行。同意“三類壩”鑒定結論意見。

3 工程規模復核

3.1 死水位復核

死水位主要考慮淤沙庫容，本次計算壩址以上多年平均年來沙量0.86×104t，水庫已運行20余年，根據本次實測庫區地形圖量算死水位119.50m時，死庫容為202×104m3, 根據水文分析成果，多年平均年輸沙量為0.86×104t，泥沙容重取1.3t/m3，按水庫再運行50a來沙量全部淤積考慮，估算的泥沙淤積庫容為32.9×104m3，現狀死水位能滿足未來水庫運用要求，因此本次仍推薦死水位119.50m。

3.2 正常蓄水位復核

1)汛期限制水位復核。

水庫原設計汛期限制水位為126.50m，現狀實際運行中主汛期為125.00m，后汛期為127.60m，本次除險加固后，汛期限制水位主汛期采用126.50m，后汛期由現狀的127.60m提高到正常蓄水位128.20m。

2)興利規模復核結論。

經本次復核，筆架山水庫正常蓄水位為128.20m，相應庫容2799×104m3，死水位為119.50m，死庫容202×104m3，按上述規模可灌溉水田面積0.17萬hm2，旱田300萬hm2，現狀汛期限制水位不能滿足水庫下游灌區設計灌溉用水要求，但設計汛期限制水位可以滿足水庫下游灌區設計灌溉用水要求。在系列延長后增加了枯水年，在來水量減少的情況下，通過優化調整調度線，仍能滿足設計興利用水要求，說明設計汛限水位126.50m對于保證設計用水要求是合理可行的。

3.3 防洪規模復核

經復核，筆架山水庫防洪規模為：設計洪水位128.20m，相應庫容為2779×104m3，最大入庫流量509m3/s相應泄量為342m3/s，削減洪峰流量32.8%；校核洪水位為129.08m，總庫容為3308×104m3，最大入庫流量929m3/s，相應泄量為498m3/s，削減洪峰流量46.4%。與原設計相比，設計洪水位降低了0.30m，校核洪水位低了0.12m，本次設計洪水位偏低的主要是由于本次泄水建筑物泄流能力高造成的，原設計泄洪建筑物為底寬12m，堰頂高程122.0m的溢洪道，本次設計為底寬14m，堰頂高程121.00m的溢洪道。

4 工程布置及主要建筑物

4.1 工程等別和標準

筆架山水庫以農業灌溉、防洪為主，兼顧養魚、旅游的綜合利用水庫，水庫總庫容3308×108m3，依據《防洪標準》(GB50201-2014)和《水利水電工程等級劃分及洪水標準》(SL252-2000)規定，工程規模屬中型工程，工程等別為Ⅲ等，攔河壩、溢洪道、輸水洞等主要建筑物為3級，按100a一遇洪水設計，1000a一遇洪水校核；溢洪道消能放沖按30a一遇洪水設計，100a一遇洪水校核；臨時導流建筑物等級為4級，按10a一遇洪水設計。

4.2 水庫總體布置

水庫樞紐工程由攔河壩、泄洪閘、輸水洞等建筑物組成。

筆架山水庫除險加固后工程總體布置為攔河壩為壩頂高程130.50m，防浪墻頂高程131.70m，壩頂寬6.0m，壩頂長850m，最大壩高18m。溢洪道布置在大壩樁號0+790，為開敞式有閘控制，堰頂高程為121.00m，閘室總凈寬14m，分兩孔布置。輸水洞位于土壩左側壩肩山體。

4.3 維修加固設計

1)土壩：

筆架山水庫土石壩加固后的壩頂寬度為6.0m，壩頂高程為130.50m。壩頂設鋼筋混凝土防浪墻，墻頂高程為131.70m，防浪墻底部與與黏土心墻及防滲墻頂相接，防浪墻底高程為128.50m。壩頂設混凝土路面厚20cm，混凝土標號為C25F250，下設碎石墊層20cm。上游壩坡在122.50m設一級馬道，馬道寬為2.0m，馬道以上壩坡坡比為1∶2.5，采用混凝土板護坡，混凝土板厚20cm，混凝土標號為C25F250，下設砂礫石墊層20cm，下接混凝土固腳，混凝土護坡板在正常蓄水位以下設排水孔，孔徑為50mm，呈梅花形布置。馬道以下壩坡坡比為1∶3.5，部分壩段利用現有堆石護坡，部分壩段填筑堆石護坡。下游壩坡在122.50m設一級馬道，馬道寬2.0m，壩坡坡比均為1∶2.25，采用嵌草磚護坡，嵌草磚為六邊形結構，邊長為30cm，厚度為15cm，下設砂礫石墊層10cm，嵌草磚露空處鋪設腐殖土。在壩腳處設貼坡排水，排水體采用干砌石結構，干砌石厚30cm，下設碎石及砂礫石墊層各20cm厚，排水體頂高程為120.50m，壩腳處設水平段，長2.0m。

攔河壩壩頂長度為850m，最大壩高18m。

2)溢洪道：

拆除重建溢洪道布置在土壩樁號0+790，其軸線與壩軸線垂直。溢洪道由進口段、閘室段、陡坡段、底流消能段及海漫段組成，總長度111m。進口段總長度15m，凈寬由21.30m漸變至16.0m，底高程121.00m，鋼筋混凝土U型槽結構。閘室段長度14m，單孔，凈寬7m，堰頂高程121.00m，邊墩頂高程130.50m，墩頂厚1.5m，底寬2.5m。寬頂堰，底板厚度為2.5m。設平板工作鋼閘門和平板檢修鋼閘門，工作門由卷揚式啟閉機啟閉，檢修門由電動葫蘆啟閉。控制段下游側設6m寬的交通橋，上游側設檢修門工作橋。陡坡段總長度18m，縱坡1∶4，底高程由121.00m，降至116.50m，泄槽寬度16m，鋼筋混凝土U型槽結構。底流消能段長度24m ，池底高程116.50m ，池深1.7m，鋼筋混凝土U型槽結構。海漫段長40m，干砌石護砌30cm，下設碎石墊層、砂礫石墊層各20cm，防沖槽深1.5m。

3)輸水洞：

輸水洞由進口段、取水塔、洞身段、出口消力池及海漫段組成。

輸水洞進水口底坎高程維持原進水口底板高程不變115.26m；進水口擋土墻采用鋼筋混凝土U型槽結構，墻厚0.5-1.2m，底板厚1.2m；在進水口設有一道攔污柵和三道工作閘門，攔污柵單孔寬2.0m，垂直高14.0m，為保證水庫內不同水位情況下的取水要求、同時保證隧洞內為無壓洞工況，根據庫區內水位變幅設置三層取水；閘門孔口寬2.0m，高3.0m，閘墩厚1.2m，底孔閘底板高程115.26m，中孔底板高程120.26m，頂孔底板高程125.26m，閘室段長10.0m，寬4.4 m；為了安裝檢修時搬運方便，將清污平臺﹑檢修平臺均布置在同一高程130.50m。按攔污柵、閘門安裝﹑檢修時的懸吊高度及啟閉機室板梁的高度，確定攔污柵、閘門啟閉機室地面高程為135.50m，層高為5.0m，啟閉機室面積為50m2，墻體為50cm厚的磚混凝土框架結構。到啟閉機室的樓梯設在室外下游右側高程130.50m平臺上。

進水口后接輸水隧洞，隧洞進出口原有襯砌部位鑿除20cm厚混凝土面層，隧洞斷面采用鋼板襯砌，鋼板襯砌段需進行接觸灌漿，接觸灌漿壓力0.2 MPa(根據現場試驗確定)；在灌漿過程中，應注意監測鋼襯變形，防止鼓包變形，在正常灌漿壓力作用下最大直徑變形不得超過1.0mm；第一次試水過后應對鋼襯空腔進行復查，如發現有≥1.0m2的空腔應開孔補漿，每一空腔范圍開二孔，一孔灌漿，一孔排氣；內襯鋼板采用12mm厚Q235-C級鋼板補強；對Ⅱ類圍巖段采用噴混凝土10cm厚掛φ6×φ6@150鋼筋網補強。

隧洞出口與消力池銜接，消力池采用底流消能，型式為下挖式消力池，池深1.0m，池長度15m(陡坡段4.0m)，消力池采用鋼筋混凝土U型槽結構，墻厚0.5-0.8m，底板厚0.8m；消力池水平段上部設置交通橋，交通橋設計荷載等級為公路-Ⅱ，橋面寬度為5.5m，橋梁跨度6.0m，采用裝配式預制空心板結構布置。

5 結 論

除險加固工程完成后，可對下游1.14萬hm2耕地具有一定保護作用，其中水田面積0.46萬hm2，旱田0.69萬hm2。并對16個村屯、集佳鐵路、哈同高速、富華公路、2.33萬人民群眾生命財產具有防洪保護作用。可灌溉水田0.17萬hm2，旱田面積0.07萬hm2，比現狀將增加糧食產量114萬kg，并可發展水庫養殖，總產量13.65萬kg，比現狀增加水產6.53萬kg。

[1]淮安市水利勘測設計研究院有限公司，黑龍江省雙鴨山監獄筆架山水庫除險加固工程初步設計報告書[R].淮安：淮安市水利勘測設計研究院有限公司 2017.

1007-7596(2017)08-0112-03

2017-07-16

李景權(1965-)，男，黑龍江集賢人，助理工程師，從事水利工程運行管理工作；慕景洋(1990-)，男，黑龍江大慶人，助理工程師。

TV697.3

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