石頭河水庫黑溝棄渣壩洪水災(zāi)害分析及治理方案

晁 艷

（陜西省石頭河水庫管理局，陜西 咸陽 712000）

石頭河水庫黑溝棄渣壩洪水災(zāi)害分析及治理方案

晁 艷

（陜西省石頭河水庫管理局，陜西 咸陽 712000）

通過對石頭河水庫下游黑溝棄渣壩洪水災(zāi)害成因及危害進(jìn)行分析，結(jié)合當(dāng)?shù)厮牡刭|(zhì)條件，提出壩體防滲加固并修建永久排洪洞的綜合治理方案，為徹底消除安全隱患、降低工程風(fēng)險(xiǎn)提供依據(jù)。

黑溝棄渣壩；洪水災(zāi)害；治理

1 黑溝棄渣壩概況

黑溝河位于石頭河水庫大壩左岸，屬石頭河一級支流，主河道長 5.06 km，流域面積 8.8 km2，常年流量 0.5～0.6 m3/s，多年平均徑流量530萬m3，河水自水庫大壩背水坡腳處流入石頭河。

黑溝棄渣壩是石頭河水庫建設(shè)期間產(chǎn)生的廢料棄渣堆積形成的土石混合壩，位于水庫大壩左岸背水坡腳處的黑溝溝口，由大壩和排水涵洞兩部分組成。壩底寬450 m、頂寬236 m，長60 m，海拔高程776 m，最大壩高47m，堆積體量119.5萬m3，壩上方自然形成一個(gè)庫容達(dá)92.7萬m3的小型水庫[1]。

2011年9月份，黑溝河流域出現(xiàn)連續(xù)強(qiáng)降雨過程，累計(jì)降雨量達(dá)406.9 mm，壩前水位上漲到歷史最高值774.15 m，距壩頂僅剩1.85 m，黑溝棄渣壩成為有潛在潰壩風(fēng)險(xiǎn)的危險(xiǎn)壩體。

2 棄渣壩災(zāi)害成因及危害

2.1 棄渣壩災(zāi)害成因

（1）黑溝棄渣壩排水涵洞垮塌，壩體泄洪排水不暢。建設(shè)時(shí)期在712.00 m高程修建了530 m的排水涵洞，由于長期受棄渣重力作用變形破壞，涵洞出現(xiàn)坍塌堵塞并喪失排水功能，來水只能依靠壩體滲透排出。

（2）洪水?dāng)y帶泥沙堵塞壩體排水空隙，壩體滲排水能力下降。流域兩岸多為山前臺地，上部覆蓋著厚約5～35 m的濕陷性的亞粘土，加之上游采石場開山放炮產(chǎn)生大量廢料；受暴雨沖刷產(chǎn)生高泥沙水流下移至壩前，中細(xì)顆粒隨水流滲入沉積在壩體內(nèi)，堵塞了壩體內(nèi)滲水通道，致使壩前水位和滲水部位高程不斷抬高[2]。

（3）受地形地貌、水文氣候條件影響,黑溝河流域汛期暴雨強(qiáng)度大，降雨歷時(shí)長，洪水量超過壩體排水能力，致使短時(shí)間內(nèi)壩前來水量驟增。2011年流域最大降雨強(qiáng)度50 mm/h，累計(jì)48h降雨量達(dá)147.1 mm，黑溝河實(shí)測最大流量8.3 m3/s，涵洞實(shí)際排水能力僅0.3 m3/s。致使壩前水位水位上漲迅速，8 h漲幅達(dá)4.34 m，此時(shí)壩前形成面積5萬m3、庫容18萬m3小水庫。

2.2 黑溝棄渣壩洪水的主要危害

（1）黑溝棄渣壩雖然壩不高，庫容小，由于壩體自然堆積未碾壓穩(wěn)定性差，且位于水庫大壩泄洪洞口上方附近，一旦發(fā)生暴雨洪水，棄渣壩溢流漫頂引發(fā)潰壩，泥石流將堵塞水庫泄洪洞口，危及石頭河水庫泄洪安全。

（2）堆渣壩平均高程776 m，潰壩形成的泥石流將嚴(yán)重沖刷大壩左壩段下游坡腳砌筑體，石頭河大壩左側(cè)會產(chǎn)生失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)，大壩安全系數(shù)降低。

3 黑溝棄渣除險(xiǎn)工程治理方案

雖然采取了加高棄渣壩頂高程、埋設(shè)大管徑鋼管自排、架設(shè)水泵抽排等措施降低了水位排除了險(xiǎn)情，但隱患依然存在，如遇暴雨洪水險(xiǎn)情會再次發(fā)生，采用工程措施消除隱患勢在必行。

3.1 壩體進(jìn)行防滲加固處理

黑溝棄渣壩為松散堆體，高水位容易導(dǎo)致壩體滲透破壞，應(yīng)對其進(jìn)行防滲處理。上游壩坡原為混合土石結(jié)構(gòu)，按照原坡比1∶2.0對迎水坡表面進(jìn)行削坡整平，順坡進(jìn)行碾壓3～5遍，在750 m高程以下用黏土培厚加固，坡比控制在1∶2.25，培厚加固厚度2.0～2.5 m，壓實(shí)度控制在96%～98%[3]，為防止培厚加固土體產(chǎn)生滑坡，在壩趾處增設(shè)壓腳平臺，平臺寬5.0 m，高3.0 m，坡比1∶2.5，對壩體軸線上游750 m高程以下采用0.8∶1濃度水泥漿灌漿處理，對壩體兩端岸坡和培厚加固層接頭處進(jìn)行開挖回填夯實(shí)處理，開挖夯實(shí)深度為1 m，寬度2.5 m，以減少壩體滲流量，降低滲透破壞風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 修建永久排洪隧洞

3.2.1 洞線選擇和布置

根據(jù)當(dāng)?shù)氐匦蔚刭|(zhì)條件，經(jīng)現(xiàn)場測量勘察選線，在壩體左岸修建永久排洪隧洞較為合理，左岸巖層在750.5 m高程處已裸露，屬于Ⅲ類深灰色云母石英片巖和弱風(fēng)化輝長巖[2]，巖石基本穩(wěn)定。隧洞進(jìn)口布置在黑溝壩上游巖石突出位置，進(jìn)口高程初步選定為738 m，主洞采用段直線并用150 m半徑弧線結(jié)合方式,出口布置在泄洪洞出口下游40 m，隧洞出口修建長約50 m的矩形明槽跨越公路，出口洞線與泄洪洞線成小銳角布設(shè)，直接將黑溝洪水排至石頭河泄洪洞出口沖刷坑。

3.2.2 隧洞襯砌

隧洞進(jìn)口位置定在738 m高程，根據(jù)地質(zhì)條件，隧洞進(jìn)口和洞身都在巖層區(qū)，對洞口風(fēng)化層巖石進(jìn)行剝離修建城門洞型洞臉，主隧洞用30 cm厚的C20鋼筋混凝土襯砌，隧洞出口巖層上部覆蓋的9 m厚礫石土開挖清理，并修建隧洞出口洞臉。

3.2.3 設(shè)計(jì)和校核洪水流量計(jì)算

計(jì)算依據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范，棄渣壩按照?。á颍┧畮鞓?biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)20年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)300年一遇[4]。利用降雨-產(chǎn)流公式（Qm=0.278F）[5]對石頭河流域水文資料進(jìn)行分析計(jì)算，得到黑溝河流域設(shè)計(jì)洪水流量Q=36 m3/s，校核洪水流量Q=76 m3/s。

3.2.4 隧洞參數(shù)確定和泄洪安全分析

排洪隧洞進(jìn)口高程738 m，高于壩前底部淤積高程0.5 m，主洞采用寬2 m，高2.8 m直墻弧拱型隧洞，長度685.6 m，縱向比降1/23，隧洞出口采用矩型明槽加挑流坎設(shè)計(jì)，挑流底坎高程初步定為707.3 m，比水庫泄洪洞出口挑坎底部高程705.32 m高出1.98 m，在水庫最大泄洪918 m3/s時(shí)下游河道水位702.12 m，排洪洞底坎高于泄洪河道水位5.18 m。

按照設(shè)計(jì)洞型尺寸和參數(shù)、及設(shè)計(jì)洪水、校核洪水分別進(jìn)行泄洪計(jì)算，結(jié)合黑溝棄渣壩水位-庫容關(guān)系曲線、排洪泄流曲線(圖 1）,計(jì)算得出：

圖1 排洪隧洞泄流曲線

（1）設(shè)計(jì)洪水經(jīng)調(diào)節(jié)后的最高水位為742.66 m，相應(yīng)最大泄流量34.3 m3/s調(diào)洪庫容為2.86×104m3；校核洪水經(jīng)調(diào)節(jié)后的最高水位為747.57 m，相應(yīng)最大泄流量68.1 m3/s，調(diào)洪庫容為7.21×104m3，壩前水位上升不會太高，壩體相對安全。

（2）水庫泄洪期間，排洪洞在設(shè)計(jì)泄流情況下，挑流長度18 m，洪水挑射到下游河道沖刷坑而排洪出口不會被淹沒，也不會產(chǎn)生兩洞挑流對沖情況，兩洞泄洪互不影響比較安全。

4 結(jié)語

按照設(shè)計(jì)對壩體防滲加固并修建永久排洪洞的綜合治理方案，能夠徹底解決黑溝棄渣壩安全隱患，并為合理利用黑溝水資源奠定基礎(chǔ)。

[1]石頭河水庫志[M].北京：中國水利水電出版社，2005.

[2]童德姝.石頭河水庫工程設(shè)計(jì)報(bào)告[R].陜西省水利電力土木建筑勘測設(shè)計(jì)院.1990.

[3]SL274-2001,碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4]SL252-2000,水利水電工程等級劃分及防洪標(biāo)準(zhǔn)[S].

[5]齊志義.寶雞市水文實(shí)用手冊[M].西安：陜西省文化廳印刷廠，1990.

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1673-9000（2017）05-0150-01

2017-07-15

晁艷（1972—），女，陜西扶風(fēng)人，工程師，主要從事水庫防汛和水量優(yōu)化調(diào)度工作。