石匣水庫除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)

邢 燕

（長治市水利勘測設(shè)計(jì)研究院，山西 長治 046000）

1 概況

石匣水庫位于濁漳河流域平順河支流石匣溝上，地處平順縣西溝鄉(xiāng)石匣村西。水庫于1968年12月動工興建，1970年1月竣工蓄水投入使用，控制流域面積9.80 km2，總庫容61.5萬m3，是一座以防洪、人畜飲水為主，兼顧灌溉、水產(chǎn)養(yǎng)殖和部分工業(yè)供水的?。ǘ┬退畮?。原設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)10年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)100年一遇?，F(xiàn)狀運(yùn)用汛限水位1 019.50 m。水庫樞紐工程主要包括大壩、溢洪道和輸水洞。

2 存在問題

水庫自建成運(yùn)行以來，對促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展發(fā)揮了重要作用，但經(jīng)多年運(yùn)行出現(xiàn)了諸多問題，主要表現(xiàn)在：一是水庫大壩現(xiàn)狀防洪能力不達(dá)100年一遇校核洪水標(biāo)準(zhǔn)，不滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。二是壩頂無防浪墻，防護(hù)欄桿遺失；下游壩坡長有灌木雜草；壩基無防滲措施，壩體多處滲水。三是溢洪道控制段堰頂高程僅低于壩頂2.0 m，泄槽段70 m處堆積有塊石，影響泄洪；控制段5孔閘門手動啟閉機(jī)全部遺失，鋼筋混凝土閘門全部損壞。四是輸水洞進(jìn)口臥管淤積堵塞、蓋板遺失，出口鑄鐵管老化銹蝕，閘閥老化，漏水嚴(yán)重。經(jīng)安全評價(jià)鑒定，水庫大壩為三類壩，屬病險(xiǎn)水庫。

3 水庫改造必要性分析

隨著當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會發(fā)展，水庫下游防洪保護(hù)區(qū)內(nèi)村莊、企業(yè)及公路等基礎(chǔ)設(shè)施對其防洪安全的要求越來越高。水庫樞紐工程存在的隱患和問題，造成每年度汛工作的難度和風(fēng)險(xiǎn)較大。改造水庫消除隱患，充分利用現(xiàn)有水利設(shè)施，延長正常運(yùn)行期限，發(fā)揮最佳效益，對確保水庫工程安全運(yùn)行，保護(hù)下游人民生命財(cái)產(chǎn)安全，促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，是十分必要和緊迫的。

4 改造設(shè)計(jì)過程

4.1 大壩改造設(shè)計(jì)

4.1.1 大壩上游壩面防滲

大壩壩體多處滲水，為保證大壩結(jié)構(gòu)安全，對上游壩面進(jìn)行鑿毛清洗，并采用混凝土防滲襯砌。根據(jù)《砌石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》中對混凝土防滲面板厚度的要求，同時(shí)考慮便于施工，襯砌厚度確定為300 mm?；炷翗?biāo)號C25，抗凍等級F200，抗?jié)B等級W4。

在混凝土表層設(shè)置溫度構(gòu)造鋼筋。在漿砌石壩體上游面布置錨筋，錨入舊砌體1.2 m，錨筋直徑16 mm，梅花形布置，間距1.0 m×1.0 m，鋼筋外端與面板溫度構(gòu)造鋼筋連接。

混凝土防滲層需設(shè)置伸縮縫，伸縮縫間距10.0 m左右，縫寬10 mm，縫內(nèi)安裝遇水膨脹止水條，填塞瀝青砂漿。

4.1.2 下游壩面維修勾縫

對下游壩面整修，清理雜草樹木，對局部損壞砌體進(jìn)行修補(bǔ)，然后采用M10.0水泥砂漿勾縫。

4.1.3 壩頂改造

為滿足壩頂結(jié)構(gòu)安全和運(yùn)行管理要求，清理壩頂已風(fēng)化損壞的砂漿層，重新鋪設(shè)C20混凝土路面，厚度120 mm，表面配置溫度構(gòu)造鋼筋。

在壩頂兩側(cè)重新設(shè)置鋼筋混凝土防護(hù)欄桿，總長度350 m。

4.1.4 壩頂溢流堰設(shè)計(jì)

溢流壩段布置在大壩中部，樁號0+070—0+090，總寬度20.0 m，分為4孔，每孔凈寬4.4 m，橋墩厚度0.8 m。

溢流堰堰頂高程1 018.5 m，開敞式自由泄流，不設(shè)閘門。20年一遇設(shè)計(jì)洪水時(shí)溢流堰最大泄量50.0 m3/s，相應(yīng)單寬泄量2.50 m3/s，相應(yīng)下游水位998.6 m，水深1.70 m；100年一遇校核洪水時(shí)溢流堰最大泄量98.0 m3/s，相應(yīng)單寬泄量4.90 m3/s。

根據(jù)工程地質(zhì)條件、泄流落差、泄洪流量及下游水深情況，溢流壩段采用挑流消能形式。反弧半徑6.66 m，挑坎高程1 002.2 m，挑角25°。挑坎下緣與壩體下游壩趾對齊。

溢流面及消能段兩側(cè)設(shè)翼墻，翼墻高度0.7 m，寬度0.8 m，上部與交通橋兩側(cè)邊墩相接，下部至下游壩趾處與溢流面、挑流消能段混凝土整體現(xiàn)澆。

溢流堰在原壩體結(jié)構(gòu)上改造，需拆除部分漿砌石壩體。溢流堰堰面及壩后消能段混凝土采用C20，混凝土表層設(shè)置溫度構(gòu)造鋼筋，為保證混凝土與漿砌石壩體連接緊密，在漿砌石壩面布置直徑16 mm錨筋，梅花形布置，間距1.0 m×1.0 m，鋼筋外端與混凝土表面溫度構(gòu)造鋼筋有效連接。

4.2 溢洪道改造設(shè)計(jì)

引渠段開挖清理，開挖深度0.2～0.5 m。閘室段現(xiàn)有閘門損壞，啟閉設(shè)備遺失，考慮到現(xiàn)有溢洪道安裝閘門已無作用，將其拆除。泄槽段清理淤積堵塞的土石方，對底板、左側(cè)岸坡進(jìn)行開挖規(guī)整。溢洪道開挖清理后，與壩頂增設(shè)的溢流段共同運(yùn)行。

4.3 輸水洞改造設(shè)計(jì)

臥管維修，進(jìn)水孔口安裝預(yù)制蓋板。蓋板采用C20混凝土預(yù)制安裝。

更換出口處鑄鐵管和控制閘閥，維修啟閉室。鑄鐵管道出口段更換為直徑250 mm的鋼管，長度8.0 m；安裝兩套直徑250 mm手動閘閥；對啟閉室內(nèi)管道基礎(chǔ)拆除重建，采用C20混凝土現(xiàn)澆。

對啟閉室進(jìn)行維修，更換門窗，維修屋頂，內(nèi)外墻體抹面。

4.4 施工導(dǎo)流

在非汛期對上游壩面混凝土進(jìn)行施工時(shí)，要在上游壩面的上游修建圍堰擋水，利用輸水洞導(dǎo)流。施工前先進(jìn)行輸水洞臥管的清淤整修，保證輸水洞能正常運(yùn)行，上游少量來水能及時(shí)排出。

溢洪道施工圍堰采用土圍堰，圍堰結(jié)合壩前施工道路修筑，并合理利用上游壩腳施工開挖土方填筑。

圍堰設(shè)計(jì)頂寬3.0 m，最大堰高3.5 m，堰頂高程1 009.5 m（壩前淤積高程 1 006.0 m），上游邊坡 1∶1.5，下游邊坡1∶1.5，在堰體臨水面鋪設(shè)土工膜防滲，采用草袋裝土壓坡。

圍堰采用全斷面圍堰，沿壩前5.0 m處結(jié)合臨時(shí)道路布置，離開上游壩腳的水平距離5.0～6.0 m，長度共120 m。

圍堰在對應(yīng)輸水洞進(jìn)口處設(shè)置導(dǎo)流涵管，采用直徑500 mm的鋼筋混凝土排水管，長度12.0 m，埋設(shè)于圍堰下，管底高程1 006.0 m。

基坑排水采用設(shè)置積水井，利用水泵排水至水庫內(nèi)。

5 水土保護(hù)措施

本工程水土流失防治目標(biāo)為：預(yù)防和治理因工程建設(shè)造成的新的水土流失；在保障工程建設(shè)和運(yùn)行安全的前提下，合理保護(hù)和利用水土資源，提高土地生產(chǎn)力，減輕水土流失，改善生態(tài)環(huán)境。

結(jié)合工程特點(diǎn)，水土流失防治分區(qū)為大壩防治區(qū)、溢洪道防治區(qū)和臨時(shí)占地防治區(qū)。

5.1 大壩防治區(qū)水土保持措施

大壩防治區(qū)包括壩頂、上下游壩坡。壩頂改造為混凝土路面，上下游壩面均為漿砌石或混凝土面，施工完成后均可避免產(chǎn)生水土流失。

5.2 溢洪道防治區(qū)水土保持措施

現(xiàn)溢洪道閘室段邊墻和底板為漿砌石結(jié)構(gòu)，其余部分均為巖基上開挖斷面，設(shè)計(jì)對其淤積堵塞的土石方進(jìn)行清理，完成后不會新增水土流失，滿足水土保持的要求。

5.3 臨時(shí)占地防治區(qū)水土保持措施

工程臨時(shí)占地位于大壩右壩肩、上下游壩腳和溢洪道，分別為施工臨建區(qū)、堆料場、攪拌站、預(yù)制場和臨時(shí)道路等。施工臨建拆除后，將全部棄渣運(yùn)往下游左側(cè)棄渣場，原場地整平壓實(shí)恢復(fù)原地貌。

棄渣場采用整平覆土措施（利用棄土），防止水土流失。

6 結(jié)論

石匣水庫除險(xiǎn)加固工程的建設(shè)，保證了下游城鎮(zhèn)及鄉(xiāng)村的安全和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，對提高當(dāng)?shù)厝罕娚钯|(zhì)量，改善生態(tài)環(huán)境具有重要作用。工程建設(shè)所產(chǎn)生的不利影響是暫時(shí)的，隨著工程的完工，水庫的功能將更加完善，安全性進(jìn)一步提高。