王溝水庫除險(xiǎn)加固方法簡述

張小娜，張樂元

（1.運(yùn)城市水利勘測設(shè)計(jì)研究院，山西 運(yùn)城 044000；2.運(yùn)城市水務(wù)局，山西 運(yùn)城 044000）

1 工程概況

王溝水庫位于平陸縣圣人澗鎮(zhèn)王溝村西的澗東河上，屬黃河流域八政河支流，水庫控制流域面積20.6 km2，總庫容180.0萬m3，是一座以防洪、灌溉為主,兼顧水產(chǎn)養(yǎng)殖的?。ㄒ唬┬退畮?。

水庫樞紐工程由大壩、溢洪道、放水涵洞三部分組成。大壩為均質(zhì)土壩，最大壩高24.0 m，壩頂長178.0 m，壩頂寬4.0 m。壩基為齒墻式黏土截水槽。大壩上游壩坡 1∶1.6，下游壩坡 1∶2.5～1∶2。溢洪道為開敞式，位于大壩右岸土基上，全長197.38 m，采用M7.5水泥砂漿砌石護(hù)砌，由進(jìn)口溢流段、泄槽段、出口消能段組成，設(shè)計(jì)最大泄量193 m3/s。放水涵洞位于大壩右岸，斷面為城門洞型，砌石磚拱結(jié)構(gòu)，尺寸1.5 m×1.0 m，全長86.0 m，最大放水流量1.0 m3/s。

水庫經(jīng)過多年運(yùn)行，經(jīng)鑒定，認(rèn)為大壩存在安全隱患。因此，為發(fā)揮水庫正常效益，保護(hù)下游人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全，應(yīng)盡早進(jìn)行水庫除險(xiǎn)加固。

2 工程設(shè)計(jì)

2.1 洪水標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核

根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)及洪水標(biāo)準(zhǔn)》，王村水庫屬?。ㄒ唬┬?，工程等別為Ⅳ等，其主要建筑物為4級(jí)，次要建筑物為5級(jí)。本次復(fù)核選用防洪標(biāo)準(zhǔn)為30年一遇洪水設(shè)計(jì)，300年一遇洪水校核。相應(yīng)洪峰流量為230.08 m3/s和369.15 m3/s，設(shè)計(jì)洪水位情況下的所需壩頂高程為556.66 m，校核洪水位情況下的所需壩頂高程為557.92 m，水庫現(xiàn)狀壩頂高程556.6 m，壩高不滿足規(guī)范要求。

2.2 現(xiàn)狀大壩穩(wěn)定分析

由于現(xiàn)狀壩頂高程低于校核洪水位，采用以下兩種工況進(jìn)行復(fù)核：正常蓄水位時(shí)，上、下游壩坡穩(wěn)定分析；庫水位（正常蓄水位）正常降落時(shí)，上游壩坡穩(wěn)定分析。壩坡抗滑穩(wěn)定計(jì)算采用北京理正軟件開發(fā)公司編制的《穩(wěn)定計(jì)算分析軟件》，計(jì)算方法為計(jì)及條塊間作用力的簡化畢肖普法。計(jì)算斷面選擇大壩主河槽最大斷面。依據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》，正常、非常運(yùn)用條件下壩坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)允許值分別為1.25和1.10。計(jì)算結(jié)果見表1。

由計(jì)算結(jié)果知，下游壩坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)小于允許值，需加固。

2.3 現(xiàn)狀大壩滲流穩(wěn)定分析

根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，結(jié)合大壩實(shí)際運(yùn)行情況，由于水庫的設(shè)計(jì)洪水位和校核洪水位歷時(shí)較短，在壩體內(nèi)形不成穩(wěn)定滲流，滲流穩(wěn)定計(jì)算考慮上游正常蓄水位與下游相應(yīng)最低水位一種工況。滲流計(jì)算采用北京理正軟件開發(fā)公司編制的《滲流計(jì)算分析軟件》，計(jì)算方法采用有限元法。滲流計(jì)算斷面選壩體最高斷面處。通過水力比降計(jì)算得，壩體出逸滲透比降0.53，壩體允許滲透比降0.46。根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，壩體土的滲透比降大于允許水力坡降，滲透不穩(wěn)定。根據(jù)勘察報(bào)告，壩體土主要為低液限粉土，滲透變形破壞類型為流土。

表1 大壩抗滑穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果表

2.4 大壩抗震穩(wěn)定復(fù)核

王溝水庫所在地構(gòu)造為豫皖斷塊，芮城新裂陷，北側(cè)、東北側(cè)與中條山塊隆相接，東南側(cè)與濟(jì)源澠池塊坳相臨。壩址區(qū)設(shè)計(jì)地震動(dòng)峰值加速度值為0.15 g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.40 s，地震基本烈度Ⅶ度。

計(jì)算工況采用正常蓄水位遇地震時(shí)上、下游壩坡是否穩(wěn)定，計(jì)算采用北京理正軟件開發(fā)公司編制的《穩(wěn)定計(jì)算分析軟件》，計(jì)算方法為計(jì)及條塊間作用力的簡化畢肖普法。計(jì)算斷面選擇大壩主河槽最大斷面，通過計(jì)算得，大壩在地震情況下，其上游壩坡穩(wěn)定最小安全系數(shù)為1.17，下游壩坡穩(wěn)定最小安全系數(shù)為1.08，小于允許值1.10，不滿足規(guī)范要求。

2.5 大壩加固設(shè)計(jì)

2.5.1 大壩主體工程加固設(shè)計(jì)

由于水庫壩高不滿足300年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)，下游壩坡抗滑不穩(wěn)定，壩體滲透不穩(wěn)定，故對(duì)壩體除險(xiǎn)加固采取以下工程措施：

壩頂向下游加高至557.2 m高程，增設(shè)防浪墻。由于現(xiàn)狀壩高不滿足防洪要求，下游壩坡存在抗滑穩(wěn)定安全問題，故對(duì)壩頂進(jìn)行加高，壩頂由原來的4 m加寬為5 m，下游壩坡坡比由原來的1∶2.0，1∶2.5變?yōu)?∶2.25，1∶2.5，以保證壩坡抗滑穩(wěn)定。

壩體防滲采用兩布一膜防滲。經(jīng)計(jì)算，壩體滲透不穩(wěn)定，且水庫大壩由于施工質(zhì)量差，造成壩體土密實(shí)度不一，均勻性差。為提高壩體抗?jié)B能力，在壩體上游鋪設(shè)復(fù)合土工膜來進(jìn)行防滲處理。

壩體上游設(shè)干砌石護(hù)坡，背水坡進(jìn)行培厚處理，新建壩面縱橫向排水溝及排水棱體。護(hù)坡上部自壩頂起，下部至淤積層。根據(jù)當(dāng)?shù)刂尾牧弦约袄碚摻?jīng)驗(yàn)最終確定，需設(shè)兩層反濾層，第一層為粗砂墊層，厚度為15 cm，粒徑范圍為0.5～2 mm；第二層反濾層為砂礫料，厚度為20 cm，粒徑范圍為10～60 mm。

新建排水棱體高3.1 m，地面以上高2.0 m，地面以下 1.1 m，頂寬 2.0 m，底寬 7.4 m，內(nèi)坡比 1∶1.5、外坡比1∶2。從外到內(nèi)依次為干砌塊石、碎石、砂礫料和粗砂，砌筑石塊應(yīng)力求緊密嵌合。

為防止暴雨沖刷壩肩和下游壩坡，在壩坡設(shè)置縱橫向排水溝，在下游壩坡與岸坡結(jié)合處及樁號(hào)0+080處布設(shè)橫向排水溝3條，沿馬道內(nèi)側(cè)及排水棱體下游坡腳設(shè)縱向排水溝2條。橫向排水溝及馬道內(nèi)側(cè)縱向排水溝斷面尺寸為0.3 m×0.3 m，采用現(xiàn)澆C15混凝土砌筑；下游坡腳處縱向排水溝為梯形，底寬0.5 m，高0.5 m，邊坡1∶1，采用M7.5水泥砂漿砌石砌筑。

壩頂新建防浪墻，其為M7.5水泥砂漿砌石擋土墻結(jié)構(gòu)，壩頂以上墻高1.0 m、寬0.6 m，墻頂高程558.20 m。防浪墻伸入壩基部分1.4 m，基礎(chǔ)底寬1.3 m。防浪墻每隔10 m設(shè)一道橫向伸縮縫，縫寬2 cm，縫內(nèi)用1∶1∶4瀝青、水泥、砂漿和聚氯乙烯膠泥填塞。

為方便管理人員巡察，壩頂路面鋪設(shè)0.2 m厚泥結(jié)碎石，以2%橫坡向下游傾斜。

2.5.2 溢洪道改造設(shè)計(jì)

溢洪道位于大壩右岸，全長197.38 m，由進(jìn)口段（漸變段、溢流堰）、陡坡段、跌水、輸水渠和出口段組成。進(jìn)口部分漸變段為八字墻，長9.88 m，寬度由16.56 m漸變到12 m。溢流堰為水平直段，長14.0 m；陡坡段長52.0 m，坡度1∶10，側(cè)墻為重力式擋土墻，起點(diǎn)高6.0 m，末端漸變到3.0 m；消力池段長28.0 m，池深1.5 m；輸水渠長80.0 m，側(cè)墻為重力式擋土墻，起點(diǎn)高3.0 m，末端漸變到2.2 m；出口段為挑流式，長5.0 m，傾角15°，出口跌差11.3 m。由于側(cè)墻傾斜，底板砂漿脫落嚴(yán)重，本次對(duì)溢洪道進(jìn)行改造。進(jìn)口段拆除重建，新建交通橋。

控制段側(cè)墻高6.0 m，為重力式擋土墻，頂寬0.6 m，外邊坡 1∶0.4，底部寬 3.0 m，基礎(chǔ)寬 4.0 m；底板為0.6 m厚M7.5水泥砂漿砌塊石，下墊0.4 m三七灰土。陡坡段、跌水、輸水渠和出口段采用現(xiàn)澆C20混凝土進(jìn)行襯砌，底板襯砌厚0.2 m，側(cè)墻0.15 m；澆筑時(shí)采用預(yù)埋直徑12 mm鋼筋，長0.3 m，插入原砌體0.2 m，外露0.1 m，呈梅花形布置，每平米5根。消力池段由于墻高6.0 m，故側(cè)墻增設(shè)直徑10 mm的鋼筋網(wǎng)，間距為20 cm×20 cm。

溢洪道末端挑流下游采用鉛絲籠石護(hù)砌10.0 m，兩側(cè)采用漿砌石重力墻進(jìn)行護(hù)砌，每側(cè)長5.0 m。墻頂頂寬 0.6 m，高 14.8 m，外邊坡 1∶0.4，底部寬 6.12 m，基礎(chǔ)寬8.12 m。

2.5.3 放水臥管設(shè)計(jì)

臥管布設(shè)在大壩上游右側(cè)岸坡，臥管縱坡比為1∶2.5，每級(jí)臺(tái)階高差為0.4 m。臥管總高差為12.0 m，共布設(shè)30個(gè)臺(tái)階，第一放水孔高程為541.5 m，通氣孔一臺(tái)高程為553.5 m。臥管采用箱式方形結(jié)構(gòu)，現(xiàn)澆C25混凝土澆筑，蓋板采用預(yù)制C25鋼筋混凝土板。

3 結(jié)語

王溝水庫除險(xiǎn)加固工程實(shí)施后，可提高水庫安全系數(shù)，延長水庫運(yùn)行壽命，保障水庫正常運(yùn)行及下游人民生產(chǎn)生活安全，促進(jìn)當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。