蛤蟆神水库除险加固工程设计综述

杨海艳

（山西省汾河二库管理局，山西 太原 030012）

1 工程概况

蛤蟆神水库地处吕梁市岚县王狮乡蛤蟆神村，位于汾河一级支流岚河的支流普明河上。水库控制流域面积59km2，坝址以上河道长10.3km，流域平均宽度5.27km，纵坡33.5‰。

水库由大坝、溢洪道和泄水灌溉洞组成。大坝为均质土坝，最大坝高26.5m，坝顶长335m，坝顶宽4m，坝顶高程1361.98m，未设防浪墙。大坝上游坝坡从下往上依次为1∶3，1∶2.5，变坡处设有1.5m宽的马道。下游坝坡从下往上依次为1∶2.5，1∶2，变坡处设一1.5m宽的马道。上游坝坡为干砌石护坡，下游坝坡为草皮护坡。大坝下游坝脚设排水棱体。溢洪道为开敞式土基溢洪道，末端为土基挑流，全长174m，堰顶高程1357.41m，由进口溢流段、泄槽段、出口挑流段三部分组成，设计最大泄量320m3/s。泄水灌溉洞位于大坝左岸，为坝下埋涵。全长129.6m，由进口段、进水塔段、无压箱涵段、出口消力池段组成。泄水灌溉洞基础座落在风化基岩上，设计泄量5.0m3/s。

2 存在问题

目前，蛤蟆神水库枢纽建筑物存在不同程度的安全隐患，主要表现在几方面：一是水库防洪能力低、经复核，水库现状防洪标准为20年一遇洪水设计，50年一遇洪水校核，未达设计标准。二是坝基、坝坡渗透破坏严重，虽未经历高水位考验，大坝桩号0+080—0+110下游坝坡坝脚高8m处先后于1974年、1976年、1985年、1989年4次塌坑沉陷，经历次处理，但至今该处坝体、坝基仍存在管涌破坏问题。三是大坝坝基砂卵石层和右岸黄土台地下覆古河道渗漏严重。四是下游坝坡不稳定。经复核计算，大坝最大断面在设计、校核水位下，坝基渗透比降大于坝基允许水力比降，处于渗透破坏状态；大坝下游坝坡在设计、校核水位下，坝坡抗滑稳定最小安全系数小于坝坡抗滑稳定最小允许安全系数，下游坝坡处于不稳定状态。四是大坝下游排水棱体施工质量较差，反滤料未过筛，级配不当，未按设计要求铺筑。五是大坝无安全监测设施。六是泄水灌溉洞进水塔交通桥年久失修，排架及桥板多处错位，栏杆大多损毁，桥面钢筋多处外露。七是泄水灌溉洞进口闸阀启闭设备原设计为手电两用，因未安装电动系统仅能手动，且检修闸阀失灵，工作闸阀漏水严重。八是溢洪道进口段翼墙端部挡土墙沿伸缩缝向溢洪道内倾，一旦失稳，溢洪道泄洪将危及坝坡安全。九是原设计中的溢洪道挑流鼻坎及溢洪道出口排洪沟大坝侧防护工程，施工时未实施。溢洪道下覆黄土层具中等湿陷性，施工中未作处理。上坝公路跨溢洪道简易桥不满足防洪抢险要求。十是大坝管理站房屋为大坝建设期的简易临建房屋，目前多已坍塌。

经鉴定，蛤蟆神水库为3类病险水库。为确保水库安全运行，充分有效利用当地水资源，必须对其除险加固。

3 除险加固方案

方案一：提高水库防洪标准方案。采用坝顶设置防浪墙并加宽溢洪道方案，以提高水库的防洪能力，不再加高坝体。

方案二：大坝坝体和坝基防渗处理方案。水库大坝加固采用坝体单排高压定喷防渗墙+坝基卵砾石覆盖层双排梅花型高压定喷防渗墙方案。

方案三：溢洪道加固方案。由于蛤蟆神水库现状防洪标准不满足规范要求，溢洪道需加宽至30m，且勘察中发现，溢洪道下覆地层为第四系上更新统坡洪积低液限粉土，具中等湿陷性。消除地基湿陷性，结合溢洪道加固及加宽至30m，确定将溢洪道全部拆除重建，对溢流堰段基础采用8m深灰土挤密桩处理，泄槽段基础方式为5m深翻夯，出口挑流段采用钢筋混凝土桩基础。

4 除险加固设计

4.1 大坝加固设计

大坝坝体及坝基采用双排高压定喷灌浆方式防渗，其中下游排轴线与大坝轴线重合，主要防渗范围为坝基砂粒石覆盖层，并伸入坝体3m，伸入下侧风化岩层1m，桩号范围为大坝0+025—0+316；上游排防渗范围为大坝坝体、坝基砂粒石层及右坝肩黄土台地，桩号范围为大坝0+000—0+447，最大深度44.77m。高压定喷孔距2.0m，排距1.0m，梅花型布置。大坝坝顶加宽培厚后，坝顶宽5m，下游坝坡坡度自上至下分别为 1∶2.5，1∶2.75，变坡处设一马道，宽 1.5m，高程1346.48m。桩号0+080—0+110下游坝坡距坝脚高8m处塌坑，开挖后原坝体土分层夯填处理。大坝原排水棱体下游侧局部拆除，在原排水棱体下游侧新筑排水棱体，排水棱体顶宽2.0m，上游侧沿原排水棱体下游坝坡砌筑，下游坝坡1∶2，基础伸入坝基2.0m，顶高程1339.64m，高5.36m。排水棱体总长128m。排水棱体与坝体及原排水棱体之间设2层反滤层和1层过渡层，厚1.1m，棱体与坝基卵砾石层之间设1层反滤层和1层过渡层，厚0.7m。

大坝上游坝坡为干砌片石护坡，厚0.3m，护坡下部为0.4m厚砂砾料垫层，现破损严重，按原厚度从现状淤积高程至坝顶全部拆除重新铺筑。下游坝坡设水平排水沟2条，垂直排水沟2条，全部拆除，按原断面尺寸采用M7.5浆砌石重新砌筑。大坝原下游岸坡排水沟在大坝下游坝坡加宽培厚后被掩埋，新筑岸坡排水沟采用M7.5砂浆砌片石砌筑，梯形断面，底宽0.5m，深 0.5m，边坡 1∶1。

为提高水库的防洪标准，根据调洪演算结果，坝顶上游侧增设M7.5浆砌石防浪墙，墙高1.2m，宽0.5m。防浪墙基础采用扩大基础，基底宽2.4m，伸入坝体2.2m。防浪墙每隔10m设一道伸缩缝，缝宽2cm，缝内填充沥青麻丝。坝顶铺设20cm厚泥结石路面，路面宽5m，路面横坡2%，坡向下游侧。下游侧增设M7.5浆砌石排水沟，壁厚0.2m，过水断面0.3m×0.3m，与下游坝坡排水沟衔接，完善排水系统。

4.2 溢洪道工程设计

进口溢流段长45m，由填土段、进口段、溢流堰组成。溢洪道进口段轴线与坝轴线垂直。其中进口填土段长 15m，填土最大宽度 50m，深 0～5m，坡度 1∶3，填土段采用0.4m厚干砌片石护坡，下设0.3m砂砾石垫层；进口段长20m，进口底宽由50m~30m。进口溢流段底板与侧墙均为M7.5浆砌石结构，侧墙高5m，侧墙为重力式挡土墙。进口段及溢流堰段基础采用8m深灰土挤密桩处理，灰土桩直径400mm，间距800mm，正三角形布置。

泄槽段长127m，底坡1/30，底宽30m。底板与侧墙均采用M7.5水泥砂浆砌石结构。泄槽段侧墙为重力式挡土墙结构，顶宽0.8m。基础进行翻夯处理，翻夯深度5m。

挑流段长7m，底宽30m。挑流鼻坎反弧半径8m，鼻坎顶高程1353.83m。底板与侧墙为C25钢筋混凝土结构，厚1.2m。挡水墙高2.0m。板和侧墙由两排间距5.0m、排距4m，每排7根的C20钢筋混凝土桩基支承，直径0.5～1.0m，深度15m。

4.3 交通桥设计

在坝轴线延长线上新建1座跨溢洪道交通桥，位于溢洪道0+060处，交通桥轴线与溢洪道轴线夹角90°。交通桥为装配式钢筋混凝土空心板桥，长30m，分3跨，每跨长9m，桥墩宽1.5m。桥面行车道宽6m，两侧均设0.8m宽人行道，并设混凝土栏杆。

4.4 泄水灌溉洞进水塔启闭机室及交通桥加固设计

本次除险加固设计拟将启闭机室和交通桥拆除重建。新建交通桥长39.2m，分为5跨，除大坝侧端跨长7.2m外，其余跨长均为8.0m。桥面采用π型带横肋梁式结构。桥面维持原宽度，仍为2.5m，两侧设钢筋混凝土栏杆，并与进水塔栏杆连接。桥下基础采用钢筋混凝土排架，排架下为钢筋混凝土扩大基础，基础埋深1.5m。

4.5 大坝观测设计

根据工程实际，设置了大坝表面变形观测、渗流压力观测和渗流量观测等观测项目。

5 结语

蛤蟆神水库是一座防洪、灌溉综合利用的小（一）型水库。由于大坝存在严重的塌坑渗流稳定问题，水库一直处在空库库汛、低水位运用状态。通过对蛤蟆神水库进行除险加固，可确保水库工程安全运行，为充分有效利用当地水资源提供保障。