阜蒙縣二郎廟水庫除險加固工程設計探析

孫志明

(遼寧省水利水電勘測設計研究院有限責任公司，沈陽 110006)

小型水庫是水利工程的重要組成部分，具有防洪、供水、養殖等綜合效益。遼寧省大部分小型水庫始建于上世紀70-80年代，隨著時間的推移，水庫出現一些問題，影響水庫的各種效益甚至影響水庫的安全運行，給人民的生命財產安全帶來隱患。因此及時的對小型水庫進行除險加固十分必要。

1 工程概況

二郎廟水庫坐落在繞陽河流域東沙河水系八道河支流的二郎廟河上。建于1973年10月，由沙拉人民公社興建，2007年首次進行了除險加固設計。二郎廟水庫總庫容36.40×104m3，其中死庫容為3.3×104m3，興利庫容14.6×104m3，防洪庫容15.60×104m3。是一座以防洪為主，兼有灌溉、養殖等綜合利用小(2)型水利樞紐工程，工程等級為V等，主要建筑物級別為5級，水庫的設計標準為20a一遇，校核標準為200a一遇。水庫樞紐工程由攔河壩、溢洪道、輸水洞等組成。

2 水庫病險原因分析

2.1施工質量不高

阜蒙縣二郎廟水庫始建于1973年，建設時間較早，受限于當時經濟和社會條件，缺乏合理的施工方法，對水庫整體工程質量產生較大的影響[1]。經過過年的運行水庫的質量嚴重下降。

2.2 管理體制不完善

二郎廟水庫前期管理制度不完善，體制不夠健全，管理用房、溢洪道進口混凝土等部位已破損嚴重，由于資金有限，缺乏專業技術管理人員，存在管理人員專業素養不夠等問題,嚴重影響水庫的安全運行。

2.3 維修養護不及時

水庫的后期維修養護十分重要，在水庫運行中，一旦發現各種破壞的問題應及時的進行維修養護。由于資金問題，導致各種維修不及時的情況出現[2]。隨著時間的推移，受各種水力、氣候、人為等因素影響，水庫大壩及其它附屬建筑物都存在不同程度損壞，為水庫的安全運行帶來極大安全隱患。

3 二郎廟水庫除險加固工程設計

3.1 土壩存在的問題

1)二郎廟水庫壩頂寬度3.3m(包括防浪墻厚度)，小于《小型水利水電工程碾壓式土石壩設計規范》(SL189-2013)，規定的寬度4.0-6.0m。但大壩下游平臺被大范圍雜土填平，雜填土平臺較壩頂低約1.0m左右，并平臺近壩腳設有環庫路?，F狀防浪墻結構破損嚴重，影響防浪墻功能。

2)迎水坡干砌石經雨水沖刷及溫度變化等自然因素影響，上游護坡塊石平整度差、風化嚴重、雜草叢生，影響坡面防護效果；背水坡目前雜草叢生平整度較差。

3.2 土壩除險加固設計

1)維修大壩破損防浪墻，增設壩頂路面。防浪墻局部砂漿脫落，采用M10砂漿重新進行修補。本次設計將平臺近壩腳的環庫路作為壩頂路面，該道路路面高程較壩頂低約1.0m左右，行車道寬度3.5m，路面采用水泥混凝土結構，其中C30混凝土面層厚0.2m，穩固砂礫料基層厚0.2m。土基必須先整平后碾壓(如遇反漿路段需將反漿層開挖)，然后填筑砂礫石墊層?；鶎雍蛪|層壓實度≥95%。

2)重建上游護坡上游護坡壩頂至死水位之間的塊石及墊層全部拆除，重新鋪筑，坡比為1∶3.3。砂墊層厚0.1m，干砌石厚度0.3m，平均粒徑≥0.15m。

3)下游雜填土按照兩級邊坡進行修整，修整后坡比為1∶2.0，兩級邊坡中間修整為馬道。坡頂修建縱向排水溝，兩級邊坡坡面修建斜坡排水溝，斜坡排水溝間距30m。下部邊坡坡腳采用干砌石護腳。大壩加固設計典型斷面圖見1。

圖1 大壩加固設計典型斷面圖

3.3 溢洪道存在的問題

溢洪道位于大壩左壩端，為岸邊開敞式溢洪道。溢洪道由進口段、堰體段、泄槽段及陡坡段四部分組成。

1)溢洪道進水口滑坡坍塌，底板塌陷，左側邊墻裂縫傾斜，危及大壩左壩段的安全。邊墻存在多處裂縫，泄槽底板骨料裸露，剝蝕嚴重。

2)溢洪道泄槽段左側山體巖石風化破碎，部分滑坡，滑塌坡體可能影響溢洪道安全行洪。溢洪道末端無消能設施，沖刷壩下游雜填土坡腳。

3)溢洪道泄槽段部分位置邊墻高度不足。溢洪道水面計算如下：

根據《溢洪道設計規范》(SL253-2018)溢洪道控制段及陡槽部分邊墻高度，按200a一遇校核洪水摻氣水面線高程加安全超高(安全超高取0.5m)計。泄槽水面線根據能量方程，用分段求和法按《溢洪道設計規范》(SL253-2018)附A.3公式計算：

式中：Δl1-2為分段長度，m；h1、h2為分段始、末斷面水深，m；v1、v2為分段始、末斷面平均流速，m/s；α1、α2為流速分布不均勻系數，取1.05；θ為泄槽底坡角度；i為泄槽底坡，i=tgθ；J為分段內平均摩阻坡降；n為泄槽槽身糙率系數，取0.014；v為分段平均流速，m/s；R為分段平均水力半徑，m。

200a一遇校核洪水，泄量為106.30m3/s，對應的臨界水深1.75m，對應的臨界底坡為0.31%，實測溢洪道泄槽段最小縱坡為0.53%，按照《溢洪道設計規范》(SL253-2018)泄槽上游接寬頂堰時起始計算斷面定在泄槽首部(樁號0+028)。邊墻頂高程按200年一遇校核洪水摻氣水面線高程加安全超高，安全超高取0.5m。

泄槽段水流摻氣水深按下式計算：

式中：h、hb為泄槽計算斷面的水深及摻氣后水深，m；v為不摻氣情況下泄槽計算斷面的流速，m/s；ξ為修正系數，可取1.0-1.4 m/s，這里ξ=1.20。

泄槽水面線計算結果見表1：

表1 溢洪道水面曲線成果表

從表1計算結果可以看出大部分部位邊墻高度不滿足設計高度，存在安全隱患。

3.4 溢洪道除險加固設計

1)重建溢洪道進口樁號0+000-0+021，上游進口設齒墻，齒墻深1.5m，寬0.5m，底板采用0.3m厚的漿砌石，并澆筑混凝土面層0.2m，并對此樁號范圍內的左側邊墻進行拆除重建。面層混凝土破損位置進行鑿毛后，再次澆筑厚度0.1m混凝土面層。

2)對左側山體巖石風化破碎部位加強防護，采用C30混凝土進行防護，厚20cm。底腳設置防沖梁0.5m×1.5m(寬×深)。大壩下游平臺坡腳修建貼坡護腳，采用MU40干砌石護坡，M10漿砌石護腳。

3)溢洪道泄槽段邊墻高度不滿足要求的樁號位置，在原邊墻的基礎上進行局部加高，詳見表2。

表2 溢洪道泄槽段邊墻高度復核表

3.5 管理設施現場檢查存在的問題

(1)無水位、雨量觀測設施；跨溢洪道交通橋表面破碎，脫落，局部存在裂縫；無管理房。

3.6 管理設施除險加固設計

在壩址處增設一套水位觀測設施；針對交通橋表面破損情況，清除交通橋面鋪裝層(厚度8cm)，重新澆筑C30混凝土面層0.1m；拆除重建橋兩側欄桿拆除，采用40cm厚C30混凝土，高度50cm。大壩下游背水坡平臺左端新建防汛物資倉庫1間，面積30m2。

4 結 語

水庫工程在我國農業、工業、防洪、發電等方面發揮了重要作用，隨著時間的變化，加上早期技術條件受限、資金不到位、管理不善等因素的影響，致使許多小型水庫存在病險問題。盡管這些小型水庫病險問題不盡相同，但又有許多相似之處。水庫的除險加固工程是一項復雜的系統性工程，從水庫所面臨的實際情況出發，吸取國內同類型病險水庫處理經驗，優化加固方案。綜合考慮，對不同的病險位置采用有針對性的加固方案，節省投資的同時，又能準確去除水庫病害，使水庫繼續發揮效益。本文分析了水庫病險原因，詳細列舉了溢洪道邊墻高度的復核及加固過程。嚴格的依據國家現行規范、規程[3]，設計過程中參考水庫的安全鑒定報告、原設計文件等資料，對水庫其它不同的病險位置，在經濟比較后采用了針對性的加固方案處理，滿足了水庫除險加固、安全運行要求，水庫加固后目前運行狀態良好，對類似工程具有一定的借鑒意義。