水库应急专项除险加固工程设计

杨　帆运城市水利勘测设计研究院，山西运城　044000



水库应急专项除险加固工程设计

杨帆
运城市水利勘测设计研究院，山西运城044000

摘要本文分析了山西某水库存在的主要问题，提出对大坝、放水涵洞、泄洪洞等建筑物采取对应的除险加固措施，从而消除水库的安全隐患，保证水库的安全运行。

关键词除险加固；大坝；放水涵洞；泄洪洞

1　工程概况

某水库位于某县南樊镇某村南沟内，属黄河流域汾河水系浍河支流，水库控制流域面积2.1km2。水库原防洪标准为二十年一遇洪水设计，三百年一遇洪水校核，总库容30.5万m3，防洪库容8万m3，兴利库容22 万m3，死库容0.5万m3，是一座以防洪、灌溉为主的小（2）型水库。目前，水库淤积库容为2.0万m3。水库枢纽工程由大坝、放水涵管和泄洪洞3部分组成。大坝为均质碾压土坝，上下游坝坡均为草皮护坡，坝顶高程为668.00m，坝高18m，坝顶长70m，坝顶宽4m，上游坝坡1∶2.5，下游坝坡1∶2。放水涵管位于大坝0+035.5处，为Φ700mm钢筋砼圆管，管长68m，进口为圆形钢管竖井，设球阀控制，涵洞进口底高程652.5m。泄洪洞位于大坝左岸，断面为城门洞型、砌砖结构。洞长100m，底宽2.0m，高2.2m，直墙高1.2m，进口底高程665.0m。

根据《水利水电工程等级划分及防洪标准》（SL252-2000）规定∶工程等别为V等，主要建筑物及次要建筑物级别为5级，水库设计洪水标准为二十年一遇，校核洪水标准为两百年一遇。

2　存在问题

2.1存在的问题

2013年3月，对水库进行了现场勘察，目前，水库主要存在以下问题：1）大坝坝坡较陡，上游无护坡，下游无排水设施；2）放水涵管出口周边有渗漏，下游明渠损坏，启闭设施及启闭机房损毁；3）坝泄洪洞拱顶无衬砌，侧墙及底板砌砖损坏严重。

泄洪洞位于大坝左岸，长100m，断面尺寸2.0m×2.2m，断面为城门洞型， 根据现场勘察，泄洪洞位于第四系上更新统低液限粘土中，洞形较好，原为砖衬砌，现大部分已损坏，洞底、洞壁均为上更新统低液限粘土，局部有少量坍塌，但方量不大，建议对洞身进行整修，并对洞身及洞底做衬砌及防水处理，使之能正常泄洪。

2.2工程建设的必要性

由于该水库建于20世纪70年代，运行多年后存在诸多隐患，另外，放水涵管进口启闭设施缺失，泄洪洞拱顶无衬砌、砌砖直墙也破损严重，均已无法正常使用。而水库主要承担着下游4个村庄、0.48万人，5332.8万km2耕地及某县-侯马公路等的防洪安全和下游3333.3km2农田的灌溉任务。对某水库大坝进行应急加固不但可以充分发挥已成小水库的综合效益，而且可以进一步增强区域抵御自然灾害的能力，具有较高的经济和社会效益。

本次除险加固工程的主要内容有：大坝上游坝坡整修及干砌石护坡；大坝下游坝坡培厚及草皮护坡，并增设排水设施；对放水涵管进口增设启闭设施，出口进行延长改造；对泄洪洞进行改造；增设大坝观测设施等工程建设。

3　工程地质情况

该水库所在的位置，东部、南部为中条山侵蚀构造地形和构造剥蚀地形，切割深度250m～600m，沟谷断面呈“V”字形，地势最高处为历山舜王坪，海拔标高为2 322m；西部、北部为黄土堆积地形和堆积地形，冲沟发育。

根据区内地下水赋存条件与所处地貌类型，将测区内地下水分为，基岩裂隙水，黄土台塬裂隙孔隙水、河谷平原孔隙水3种类型。

坝体土岩性为低液限粘土，含少量钙质结核，中压缩性。坝肩主要为第四系上更新统冲积物，岩性为低液限粘土，褐黄色，浅红色，可塑～硬塑状态，局部含较多钙质结核。坝基主要由第四系上更新统冲积物为主，岩性为低液限粘土组成，局部含少量钙质结核。

4　除险加固设计过程

4.1大坝加固设计

某水库大坝为均质土坝，坝顶高程668.0m，坝底高程650.0m，坝高18m，坝顶总长70m，坝顶宽4m，大坝上游坡比为1∶2.5，下游坡比为1∶2。大坝上游无护坡，下游无排水设施。

大坝除险加固前，首先对大坝表面包括坝顶、坝坡和坝脚范围内的杂草、灌木、乱石、垃圾等全部清除，然后清除大坝表层腐殖土。上游坝坡杂物清除以后整修至设计断面，坝坡坡比为1∶3.0。坝坡整平后自上而下设30cm厚干砌石护坡、20cm厚砂砾料和20cm厚粗砂，护坡坡脚伸入淤积层以下1.0m。

目前水库坝顶为土路面，雨天泥泞影响管理人员巡查，本次改造为泥结碎石路面，路面宽度为5.0m，厚0.25m。由调洪及坝顶高程复核结果可知，设计洪水所需坝顶高程为667.62m，校核洪水所需坝顶高程为667.85m，水库现状坝顶高程为668.00m，坝高满足要求。

现状下游坝坡坡比为1∶2，本次对下游坝坡进行培厚放缓处理，分2段，668.0m～659.0m坡度为1∶2.5，在659.0m处设马道，马道宽为2m，659.0m以下坡度为1∶2.5，下游坝坡采用草皮护坡。为了防止暴雨冲刷坝肩和下游坝坡，将水排至坝脚以外，在下游坝坡与岸坡结合处及桩号0+040下游坝坡位置布设横向排水沟三条，在下游马道659.0m处和下游坡脚均设一纵向排水沟，并与坝坡横向排水沟相连。纵、横向排水沟断面尺寸为0.3m×0.3m，采用现浇C15砼砌筑，侧墙及底板厚度为0.15m。下游坡脚纵向排水沟为梯形，底宽0.5m，高0.5m，边坡1∶1，采用M7.5水泥砂浆砌石砌筑，厚0.3m。

为了避免大坝两侧山体的雨水直冲坝顶，在坝顶两端设截流槽，截流槽断面为矩形，断面尺寸为0.5×0.5m，侧墙及底板厚度为0.15m，上部设铸铁篦，将雨水排至下游坝坡与岸坡结合处的排水沟。

坝下游坡脚原无排水设施，本次增设贴坡排水，贴坡排水地面以上高5.0m，从外到内依次为30cm厚干砌块石、20cm厚碎石垫层、20cm厚砂砾料垫层、20cm厚粗砂垫层。坝体培厚后，新老坝体密实度不同，为使原坝体渗水顺利排出，在坝体培厚段基础面设褥垫排水。

4.2放水涵管改造设计

放水涵管位于大坝0+035.5处，为Φ700mm钢筋砼圆管，进口为圆形钢管竖井，设球阀控制，进口底高程652.5m。目前，放水涵管出口周边有渗漏，下游明渠损坏，启闭设施及启闭机房损毁。本次改造在涵管进口增设启闭设施、对出口进行延长、对出口明渠拆除重建。

放水涵管进口增设锥形阀，直径为0.35m，并增设手摇卷扬式启闭机1t及50m长钢丝绳。另外在坝顶需增加20m2启闭机房。放水涵管长68m，下涵管出口因下游坝坡放缓需延长15m，改造后涵管长83m。为将涵管接触渗漏水导出坝外，在涵管出口设反滤层。出口明渠改造长度为50m，断面为矩形，宽0.9m，高0.7m，采用水泥砂浆砌石砌筑，侧墙高0.7m，顶宽0.3m，底宽0.6m，底板厚0.3m。

4.3泄洪洞改造设计

泄洪洞位于大坝左岸，拱顶无衬砌，侧墙及底板砌砖损坏严重。本次改造将洞身底板及直墙砌砖拆除，采用现浇C25钢筋砼衬砌，衬砌厚度为35cm，砼浇筑后，必须用在土洞与砌体之间灌粘土浆，不留空隙。另外将砌砖洞脸拆除，采用M7.5水泥砂浆砌石砌筑，厚0.5m，并在洞脸与崖体接触处设一道排水沟；将砌砖进出口侧墙及底板砌砖拆除，采用M7.5水泥砂浆砌石砌筑，侧墙高2.2m，顶宽0.5m，底宽1.3m，底板厚0.5m。

泄洪洞采用钢筋砼衬砌，侧墙及底板10m一段，先将钢筋绑扎好再支好内外模板，砼浇筑后用振捣器振捣密实；拱圈2m一段，在每一段拱圈中间横断面处预埋3处灌浆孔，等全部衬砌完毕后将衬砌面与原土洞间用豆石回填，再通过拱圈预留灌浆孔进行粘土灌浆。砼浇筑可以分段交错进行。

5　结语

除险加固改造后，水库防洪标准得以提高，坝体结构达到稳定，保证了下游村庄及耕地防洪安全，同时保证了灌溉效益。该工程对环境产生的负效益较小，而对维护区域内社会经济持续快速发展极为有利。除险加固后，水库有效促进当地农业和农村经济的发展，对经济、社会、和环境效益都是十分有利的。

参考文献

［1］水利水电工程等级划分及防洪标准（SL252—2000）［S］.

［2］吴持恭.水力学［M］.4版.

［3］碾压土石坝设计规范SL274-2001［S］.

［4］王继镛.水工建筑物［M］.5版.天津：天津大学.

［5］袁光裕，胡志根.水利工程施工［M］.5版.武汉：武汉大学.

［6］周之豪，沈曾源，施熙灿，等.水利水能规划［M］.2版.

［7］顾慰慈.水利水电工程管理［M］.北京：北京动力经济学院.

中图分类号TV6

文献标识码A

文章编号1674-6708（2016）165-0180-02

作者简介：杨帆，运城市水利勘测设计研究院。