神溝水庫除險加固工程設計

王存壽

（原平市觀上水庫管理處，山西 原平 034102）

1 工程概況

神溝水庫位于原平市解村鄉(xiāng)西南3 km處，屬海河流域神溝河支流，設計總庫容105萬m3，控制流域面積3.6 km2，流域長度4.3 km，是一座以農(nóng)業(yè)灌溉為主，兼有防洪、養(yǎng)魚等綜合效益的?。ㄒ唬┬团砸畮?。

水庫于1973年建成受益。樞紐工程由大壩、溢洪道、灌溉輸水涵洞三部分組成，大壩為均質(zhì)土壩，設計壩高15 m，壩頂長114 m、寬4 m，壩頂高程835.5 m，上游壩坡坡比1∶3，下游壩坡坡比1∶2.5，上游壩坡設干砌石護坡。溢洪道位于大壩右岸，為開敞式土渠，進口高程830.5 m，底寬2.5 m，長431 m，渠底未經(jīng)襯砌。灌溉輸水涵洞位于大壩左岸，由臥管和涵洞兩部分組成，涵洞尺寸0.6 m×0.6 m，放水臥管直徑0.3 m。

2 存在問題

神溝水庫屬典型的“三邊”工程，設計標準低、建設質(zhì)量差，壩基未做處理，溢洪道未按設計完成。目前存在的主要問題有：水位變幅區(qū)的干砌石護坡破損嚴重，局部有塌坑；壩基、右壩肩繞壩滲漏嚴重；下游壩腳無排水設施，壩后有積水；臥管和涵洞因地基不均勻沉降而裂縫漏水；涵洞與大壩填土接觸處漏水且有渾濁現(xiàn)象；溢洪道中間段的高程835.3 m，與壩頂高程接近，基本失去泄洪功能，而且自水庫運行以來一直沒有參與泄洪，在洪水較大時存在垮壩危險；水庫沒有觀測、通訊設施。水庫多年來只能低水位運行，嚴重影響防洪安全和綜合效益的發(fā)揮。2009年，經(jīng)安全鑒定，大壩為Ⅲ類壩，綜合評價水庫工程質(zhì)量不合格，大壩運行管理為“差”。

鑒于以上問題和安全鑒定結(jié)論，為了確保工程防洪區(qū)國家和人民生命財產(chǎn)的安全，充分發(fā)揮其綜合效益，必須對神溝水庫進行除險加固。

3 除險加固工程設計

3.1 設計標準

根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標準》和《水利水電樞紐工程等別及永久建筑物的級別》規(guī)定，神溝水庫工程等別為4等，永久建筑物中主要建筑物級別為4級，次要建筑物、臨時建筑物級別均為5級。永久建筑物的防洪標準為 30年一遇洪水設計，300年一遇洪水校核。地震基本烈度為8度。

3.2 除險加固工程內(nèi)容

根據(jù)工程實際情況，針對存在的問題，此次除險加固主要內(nèi)容為：大壩加固工程、溢洪道完建工程、灌溉洞改造工程、防汛搶險道路改造工程和管理房工程等5項內(nèi)容。

3.3 大壩加固工程

3.3.1 壩頂高程計算

水庫大壩采用水中倒土法和碾壓法施工，根據(jù)《碾壓式土石壩設計規(guī)范》，壩頂高程按設計情況和校核情況時的靜水位加相應的波浪爬高、風壅增高、安全超高來確定。

表1 壩頂高程計算表 單位：m

由表1可知，壩頂高程不應低于835.032 m，而現(xiàn)狀壩頂高程為835.500 m。故此次大壩加固工程的壩頂高程仍為835.500 m，不需增設防浪墻。

3.3.2 壩頂及壩坡工程設計

壩頂：根據(jù)壩頂高程復核計算可知，現(xiàn)狀壩頂高程滿足要求，只需將其整平。此次設計壩頂寬度仍為4 m，為滿足交通要求，壩頂鋪泥結(jié)石路面，采用20 cm厚泥結(jié)碎石，并在壩頂上下游兩側(cè)鋪設預制混凝土塊路沿石，每塊長、高、厚分別為50 cm，55 cm，15 cm。

上游壩坡整修加固：拆除原變形塌陷的干砌石護坡，堆于上游壩腳形成2 m寬的平臺。上游壩坡按1∶3整坡，先后鋪設厚度均為15 cm的細砂、粗砂、碎石后，砌30 cm厚的干砌石護坡。對局部沉陷較嚴重的壩坡段，先夯填補平到設計壩坡。

下游培厚加固及新筑排水棱體:下游壩坡在高程830.5 m處設2.5 m寬馬道一條，以上部分整理后用草皮護坡。此次設計對馬道以下部分進行培厚加固，坡度放緩；在下游壩腳處新加堆石排水棱體；下游壩坡采用草皮護坡；設漿砌石縱向排水溝；在馬道高程830.5 m處和排水棱體頂高程823.0 m處分別設深、寬各40 cm的漿砌石橫向排水溝一條。下游壩坡設高、寬分別為20 cm和150 cm的漿砌石臺階。

3.3.3 高噴防滲墻處理

水庫壩基主要為第四系中更新統(tǒng)黃土類土，透水性強，最大滲透系數(shù)為15 m/d，存在壩基淺部滲漏問題，此次設計對其采取高噴防滲墻處理。

3.3.4 右壩肩防滲處理

據(jù)現(xiàn)場踏勘及本次鉆孔揭露，大壩施工時右壩肩連接處未按規(guī)范進行處理，壩體直接與2 m厚的鈣質(zhì)結(jié)核層接觸，致使運行中產(chǎn)生嚴重的壩肩滲漏。此次工程設計挖除與壩體直接接觸的2 m厚的鈣質(zhì)結(jié)核層，用干容重不小于1.6 g/m3的黏土進行回填，回填至校核水位834.43 m處；校核水位以上至壩頂公路墊層，用干容重不小于1.6 g/m3的普通黃土進行回填。

3.3.5 大壩滲透穩(wěn)定性復核

大壩加固處理后，依據(jù)《碾壓式土石壩設計規(guī)范》的要求，經(jīng)計算，在上游正常高水位與下游相應的最低水位、上游設計洪水位與下游相應的最低水位、上游校核洪水位與下游相應的最低水位3種工況下，壩體、壩基出逸點滲透坡降均小于允許水力坡降，故認為大壩滲流是穩(wěn)定的。

3.3.6 大壩壩坡抗滑穩(wěn)定性復核

經(jīng)計算，大壩加固處理后，興利水位比原設計降低0.77 m，非常運用情況校核洪水位驟降幅度為1.92 m，比原設計減小0.60 m，且下游壩坡培厚和增設了排水棱體，上下游壩坡在不同工況下的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求，因此大壩壩坡是穩(wěn)定的。

3.3.7 大壩觀測設施設計

為了解壩體浸潤線形成特征和壩基在運行中的滲透情況及滲透壓力變化，便于論證壩基滲透穩(wěn)定性，保證工程安全，設計在壩體內(nèi)布設浸潤線觀測管、壩基布設滲透壓力觀測管及大壩沉陷和位移觀測點，并在觀測點設傳感器，與計算機聯(lián)網(wǎng)，將觀測數(shù)據(jù)及時傳送終端，以便管理人員及時得到數(shù)據(jù)，準確匯總分析，果斷作出判斷，有效控制和應對不利情況發(fā)生。

3.4 溢洪道完建工程

溢洪道設在原位置，采用無控開敞式溢洪道，長305.05 m，由進口段、控制段、泄槽段、消力池、尾水渠、擴散段組成。

根據(jù)溢洪道的工程布置、受力條件、地質(zhì)條件，對左右邊墻進行穩(wěn)定計算和應力分析。重力式擋土墻取1 m為計算單元，取墻高3.5 m為典型斷面，按所受荷載以不同的組合進行地基應力、抗滑穩(wěn)定、抗傾穩(wěn)定的分析計算，計算結(jié)果均滿足規(guī)范要求。

3.5 灌溉輸水涵洞改造工程

大壩放水建筑物改造工程由放水臥管、輸水涵洞、出口3部分組成，臥管布設在原臥管所在的岸坡上，涵洞布設在壩下堅實的地基上。臥管采用箱式方形結(jié)構(gòu)，底坡1∶2，采用C20素混凝土筑成臺階狀，臺階高0.4 m，每臺設1孔，同時開啟3臺放水。臥管寬、高均為0.4 m，側(cè)墻厚0.3 m，基礎厚0.4 m，基礎墊層厚0.1 m，蓋板搭接長度0.15 m。涵管采用底寬0.8 m、高1.2 m的C20鋼筋混凝土門洞形斷面，側(cè)墻和拱頂厚0.3 m，底板厚0.3 m，基礎墊層厚0.1 m，底坡1/300，進口與臥管陡坡末端消力池連接。涵管長69 m，進口底板高程823.73 m，出口高程823.5 m。

3.6 防汛搶險道路改造工程

大壩左側(cè)防汛搶險道路與公路相通，對外交通便利，但長達200 m的崎嶇不平、寬窄不一、坡度較陡，雨天無法通行。此次對該路段進行改造，路面用20 cm厚C25混凝土硬化，路面寬4 m。

3.7 管理房工程

水庫無管理房，不能滿足運行管理要求，此次設計安排新建管理房1處，建筑面積80 m2。