沙巖溝水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程探析

董云飛

（長(zhǎng)治市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，山西　長(zhǎng)治　046000）

1　工程概況

沙巖溝水庫(kù)于1976年動(dòng)工興建，當(dāng)年竣工，現(xiàn)水庫(kù)防洪能力不能滿(mǎn)足現(xiàn)行規(guī)范要求，是一座病險(xiǎn)水庫(kù)。水庫(kù)位于海河流域濁漳河南源絳河支流上，壩址在屯留縣吾元鎮(zhèn)沙巖溝村南。水庫(kù)控制流域面積2.35km2，原設(shè)計(jì)總庫(kù)容17萬(wàn)m3。

沙巖溝水庫(kù)是一座以防洪為主的?。ǘ┬退畮?kù)，樞紐工程由大壩、溢洪道、輸水涵臥管組成。大壩為碾壓式均質(zhì)土壩，壩頂高程1030.40m，最大壩高16.3m，壩頂寬3m，壩長(zhǎng)110m，未設(shè)防浪墻。上游壩坡坡度為1∶3～1∶2，干砌石護(hù)坡；下游壩坡坡度為1∶2.5，草皮護(hù)坡。壩前淤積高程1024.50m。溢洪道位于大壩右側(cè)基巖上，長(zhǎng)度80m，為開(kāi)敞式石槽。進(jìn)口底高程1027.80m，無(wú)閘門(mén)，底寬3m，左邊墻直立，墻高2.7m，右邊墻為砂巖山坡，出口無(wú)消能設(shè)施，最大泄量29.6m3/s。輸水涵臥管位于大壩右側(cè)，進(jìn)口為臥管形式，輸水鑄鐵管從壩下穿過(guò)，直徑0.15m，進(jìn)口高程1023.80m，設(shè)計(jì)最大泄量0.08m3/s。水庫(kù)保護(hù)下游兩個(gè)村莊、800余人及54hm2耕地，為下游農(nóng)業(yè)灌溉和生活用水提供了支撐。

2　工程存在的主要問(wèn)題

沙巖溝水庫(kù)建成至今已運(yùn)行40余年，目前存在的主要問(wèn)題，水庫(kù)防洪標(biāo)準(zhǔn)不達(dá)200a一遇校核洪水標(biāo)準(zhǔn)；大壩上游壩坡雜草樹(shù)木叢生，干砌塊石護(hù)坡風(fēng)化損壞嚴(yán)重；下游壩坡無(wú)排水溝，局部沖刷嚴(yán)重，壩腳排水棱體損毀嚴(yán)重；溢洪道座落在大壩右岸風(fēng)化巖基上，未襯砌，出口無(wú)消能設(shè)施，回水沖刷下游壩腳。溢洪道兼作上壩和鄉(xiāng)村道路，存在泄洪與交通矛盾；臥管損毀嚴(yán)重，進(jìn)口淤堵，不能運(yùn)用；輸水管出口在下游壩坡上，沖刷壩體；無(wú)單獨(dú)上壩公路。

3　除險(xiǎn)加固措施

為確保水庫(kù)工程安全運(yùn)行，保護(hù)下游人民生命財(cái)產(chǎn)安全，對(duì)水庫(kù)進(jìn)行除險(xiǎn)加固，除險(xiǎn)加固后總庫(kù)容17.46萬(wàn)m3，工程等別為Ⅴ等，主要建筑物為5級(jí)，次要建筑物為5級(jí)，臨時(shí)建筑物為5級(jí)。水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為20a一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)200a一遇。

3.1　大壩加固

3.1.1大壩上游壩坡改造

大壩上游馬道現(xiàn)為村民出行的鄉(xiāng)間耕作道路，這對(duì)村民出行和大壩的穩(wěn)定都存在一定的安全隱患。本次加固改造對(duì)上游壩坡馬道（高程1028m左右）以上壩體,按1∶2.5坡度培厚碾壓。大壩原干砌石護(hù)坡風(fēng)化、損壞嚴(yán)重，本次設(shè)計(jì)拆除原干砌石護(hù)坡，于壩腳處（現(xiàn)狀淤積高程1024.50m）起護(hù)300mm厚干砌石，至壩頂至，與防浪墻基座緊密聯(lián)接，壩腳處做拋石護(hù)腳處理。護(hù)坡下面鋪設(shè)反濾料，粗砂層、碎石厚各0.15m。

3.1.2大壩下游壩坡加固

現(xiàn)狀大壩下游壩面無(wú)排水溝，壩腳排水棱體局部損壞，本次設(shè)計(jì)清除壩面表面腐殖土后設(shè)草皮護(hù)坡并設(shè)置橫向排水溝2條（樁號(hào)0+030及0+070處），岸坡排水溝2條，采用M7.5漿砌石砌筑。壩腳設(shè)置貼坡式排水與原排水棱體相接，貼坡排水體頂高1022m。貼坡排水共三層，其中干砌石層厚度0.30m，下設(shè)反濾料，粗砂、碎石各0.15m厚。大壩原排水棱體干砌石損失較多,本次設(shè)計(jì)在原排水棱體外側(cè)新包一層干砌石貼坡,厚0.8m左右。

為了大壩巡查及交通方便，下游壩坡中部（樁號(hào)0+050處）設(shè)置人行臺(tái)階，寬1m，采用M7.5漿砌石結(jié)構(gòu)，臺(tái)階底部砌到高程1022m（排水棱體頂高程）。3.1.3大壩壩頂加固

大壩現(xiàn)狀壩頂高程1030.40m，大壩上游壩坡培厚后壩頂總寬度變?yōu)?m，路面未鋪設(shè)。根據(jù)《小型水利水電工程碾壓式土石壩設(shè)計(jì)導(dǎo)則》（SL189—96）的規(guī)定及壩頂高程計(jì)算，壩頂上游側(cè)需設(shè)置防浪墻。防浪墻總高度2m，壩頂以上高度1m，采用M7.5漿砌石砌筑，設(shè)10cm厚的C20混凝土壓頂。路面采用泥結(jié)碎石硬化，厚度0.20m，路基原土夯實(shí)。壩頂下游側(cè)設(shè)預(yù)制C20混凝土路沿石，路沿石寬0.15m，高0.5m，每塊長(zhǎng)0.4m，于排水溝處留缺口。

3.2　溢洪道改造

溢洪道位于大壩右側(cè)，在原平面位置改建，總長(zhǎng)130m，其中引渠段20m、控制段4m、泄槽段60m，陡坡消能段36m，海漫段10m。

3.2.1引渠段改造

引渠段（樁號(hào)0-020～0+000）長(zhǎng)20m，其中0-020～0-010段邊墻為護(hù)坡形式，邊墻內(nèi)邊坡坡度1∶1；0-010～0+000段為漸變段，邊墻內(nèi)邊坡度由1∶1漸變?yōu)橹眽ΑＲ巫髠?cè)與壩坡砌石護(hù)坡連接，擋墻隨護(hù)坡高度逐漸走高；右側(cè)擋墻緊臨石山坡，擋墻高度為較核洪水位加安全超高。邊墻、底板均采用M7.5漿砌石砌筑，邊墻底板表面采用20cm厚的C20混凝土襯砌。底板底寬15～6m，底坡為反坡i=-1%。

3.2.2控制段改造

控制段（樁號(hào)0+000～0+004）左側(cè)與壩頂?shù)缆废噙B，右側(cè)與新開(kāi)鄉(xiāng)村小路相通，長(zhǎng)4m。設(shè)計(jì)堰頂凈寬6m，堰頂高程為1026.50m。控制段采用C25混凝土箱涵結(jié)構(gòu)，整體現(xiàn)澆。箱涵頂板、側(cè)墻厚均為600mm，底板厚800mm，底板下設(shè)C15素混凝土墊層。

3.2.3泄槽段改造

泄槽段（樁號(hào)0+004～0+064）長(zhǎng)60m，其中0+004～0+014為收縮漸變段，底寬由6漸變?yōu)?m，邊墻內(nèi)邊坡由直墻漸變?yōu)?∶1。泄槽段底板縱坡為10%，全斷面采用M7.5漿砌石加C20混凝土襯砌，混凝土襯砌厚度20cm，邊墻采用護(hù)坡形式?；炷帘韺优渲睆?0mm間隔200mm×200mm的構(gòu)造筋。

泄槽段橫向每隔10m設(shè)橫縫一道，縱向沿底板與邊墻連接處設(shè)縱縫兩道，縫內(nèi)填瀝青砂漿。

泄槽段底板下設(shè)排水系統(tǒng)，縱、橫向排水溝沿縱橫向伸縮縫布置，采用直徑110mm排水管。排水管表層鑿進(jìn)水孔，管外包土工布，溝內(nèi)填反濾料。橫向排水溝高程略高于縱向排水溝，橫向排水溝中的水流向縱向排水溝，最終排向消力池。

3.2.4陡坡消能段改造

消能段（樁號(hào)0+064～0+100）長(zhǎng)36m，其中0+064～0+085為進(jìn)口陡坡段，坡度1∶3，消力池池身長(zhǎng)15m。消力池中部設(shè)中墩，末端設(shè)尾坎。消能段全斷面采用M7.5漿砌石加C20混凝土襯砌，中墩、尾坎均采用C20混凝土現(xiàn)澆。混凝土表層配直徑10mm間隔200mm×200mm的構(gòu)造筋。

3.2.5海漫段改造

海漫段（樁號(hào)0+100～0+110）長(zhǎng)10m，底寬由4m漸擴(kuò)為10m，采用人工拋石，石料采用大壩上游護(hù)坡拆除的舊石料及溢洪道開(kāi)挖時(shí)的棄料。

3.3　輸水涵臥管改造

臥管年久失修，損毀嚴(yán)重，進(jìn)口淤堵，不能運(yùn)用。本次設(shè)計(jì)拆除原臥管，新砌C20混凝土臥管。臥管共8階，每階高0.4m，長(zhǎng)1.4m，寬2m。進(jìn)水孔為圓形，孔徑200mm，孔進(jìn)口加C20混凝土蓋板。

臥管上部新砌M7.5漿砌石上壩臺(tái)階，臺(tái)階每階高0.4m，長(zhǎng)1m，寬2m。

輸水涵管出口在下游壩坡上，放水時(shí)沖刷壩坡，本次設(shè)計(jì)新接30m長(zhǎng)的無(wú)砂混凝土管順延至下游壩腳外，管末端設(shè)消能池。混凝土管管徑300mm，管基座由M7.5漿砌石砌筑，待管放好后，再現(xiàn)澆C15細(xì)石混凝土固定。

3.4　重新鋪設(shè)上壩道路

溢洪道泄槽原來(lái)兼做上壩和鄉(xiāng)村道路，改造后，溢洪道做為專(zhuān)用的泄水通道不能再兼做上壩和鄉(xiāng)村道路，設(shè)計(jì)在溢洪道右側(cè)石山坡上新修鄉(xiāng)村小路連接大壩和兩側(cè)村莊。新修小路寬3m，長(zhǎng)110m左右，上下游與原有鄉(xiāng)村小路相接。新修小路左側(cè)（靠近溢洪道一側(cè)）設(shè)置欄桿防護(hù)，右側(cè)高邊坡設(shè)計(jì)開(kāi)挖坡度1∶1。

4　小結(jié)

綜上所述，沙巖溝水庫(kù)除險(xiǎn)加固工作，不僅對(duì)促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，改善生態(tài)環(huán)境起到重要作用，更關(guān)系到水庫(kù)下游人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。水庫(kù)運(yùn)行管理的主要任務(wù)是防洪及興利調(diào)度?？偟脑瓌t是局部服從總體、興利服從防洪，以防洪安全為前提合理調(diào)配水資源。鑒于除險(xiǎn)加固工程的復(fù)雜性與重要性，工程參建單位和相關(guān)責(zé)任人必須充分分析導(dǎo)致水庫(kù)老化的多方原因，逐步設(shè)計(jì)相應(yīng)的改造方案，以提高工程建設(shè)的效率，確保水庫(kù)的長(zhǎng)久性安全。