朔州市太平窯水庫綜合治理工程設(shè)計(jì)分析

康振生

（朔州市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院，山西 朔州 036002）

1 流域概況

太平窯水庫位于朔州市朔城區(qū)太平窯村北，七里河與恢河匯合處，屬桑干河流域。七里河流域面積331.82 km2，河道全長(zhǎng)30 km，主河床寬度30～270 m，基本流向?yàn)橛晌髂舷驏|北。河道干流在朔城區(qū)劉家口以上縱坡為30‰～15‰；劉家口以下縱坡為10‰～2.5‰。本流域?yàn)闇貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候區(qū)，一年四季氣候分明，冬長(zhǎng)夏短，冬季寒冷少雪，春季干燥多風(fēng)，夏季炎熱而雨量集中，秋季天高氣爽，多風(fēng)少雨。

2 太平窯水庫現(xiàn)狀與工程地質(zhì)

2.1 水庫現(xiàn)狀

太平窯水庫總庫容為864 萬m3，目前淤積庫容已達(dá)到685 萬m3，按設(shè)計(jì)的正常蓄水位1 065.80 m 蓄水，興利庫容僅124 萬m3，每年的調(diào)蓄水量不足300 萬m3，水庫的淤積已嚴(yán)重影響了灌溉效益的正常發(fā)揮。

在除險(xiǎn)加固工程實(shí)施后，由于投資所限，只解決了防洪達(dá)標(biāo)問題和主壩滲流穩(wěn)定問題，對(duì)壩基滲漏、上游壩坡的塌陷、壩頂破損、環(huán)境較差等問題尚未解決。本次工程對(duì)庫區(qū)及周邊生態(tài)環(huán)境進(jìn)行治理，可有效改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境。

2.2 工程地質(zhì)

庫區(qū)地處山西省大同盆地南緣，盆地內(nèi)地形較平坦，四周為低中山區(qū)，出露地層主要為寒武～奧陶系碳酸鹽巖，石炭、二迭系陸相含煤碎屑巖，以及第四系松散堆積物，區(qū)域地殼穩(wěn)定性尚好。庫區(qū)主要為上更新統(tǒng)洪沖積低液限粉土，夾級(jí)配不良砂、卵石混合土透鏡體，全新統(tǒng)洪沖積礫砂、卵石混合土，全新統(tǒng)庫區(qū)淤積低液限粉土等。壩址區(qū)發(fā)育地層主要為上更新統(tǒng)洪沖積低液限粉土，夾卵石混合土透鏡體，全新統(tǒng)洪沖積礫砂和卵石混合土等。

3 工程布置及建筑物

3.1 工程等別及建筑物級(jí)別

依據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL 252-2017），確定太平窯水庫屬小（一）型水庫，工程等別為Ⅳ等，主要建筑物級(jí)別為4 級(jí)，次要建筑物及臨時(shí)建筑物為5 級(jí)。

太平窯水庫主要建筑物擋水高度低于15 m，且上下游最大水頭差小于10 m，因此水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)采用平原、濱海區(qū)標(biāo)準(zhǔn)，為20 年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，100 年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)校核，工程設(shè)防烈度為7°。

3.2 工程現(xiàn)狀

經(jīng)過2011 年除險(xiǎn)加固后，太平窯水庫樞紐工程包括主壩、南北副壩、泄水閘、進(jìn)水閘等。

大壩為均質(zhì)土壩，壩長(zhǎng)為1 065 m，壩高8.5 m，壩頂寬7.5 m，壩頂高程1 068.80 m，壩頂設(shè)防浪墻，高度1.0 m，上游為干砌石護(hù)坡，下游草皮護(hù)坡但無壩坡排水，上游壩坡1∶2.25，下游壩坡1:2。

南副壩為均質(zhì)土壩，壩長(zhǎng)為878 m，壩高4 m，壩頂寬1～7 m，壩頂高程1 068.80 m 左右，上游為混凝土預(yù)制塊護(hù)坡，已有破損，下游無護(hù)坡，上游壩坡1∶2.25，下游壩坡1∶2。

北副壩亦為均質(zhì)土壩，壩長(zhǎng)為1 060 m，壩高4.0 m，壩頂寬2～5 m，壩頂高程1 068.80 m 左右，上下游均無護(hù)坡，上游壩坡1∶2.25，下游壩坡1∶2。

進(jìn)水閘位于主壩右端，共3 孔，孔口尺寸2 m×2 m（寬×高），閘底板頂高程為1 061.10 m，最大流量為68 m3/s。

除險(xiǎn)加固新建泄水閘位于主壩中部偏右端，共7 孔，閘底板頂高程為1 060.80 m，最大泄量為810 m3/s。潛孔弧形鋼閘門，孔口尺寸7 m×3 m（寬×高）。

3.3 綜合治理工程設(shè)計(jì)

3.3.1 庫區(qū)清淤工程

庫區(qū)清淤底高程按坡面控制。清淤范圍在平面上是主壩及左右岸副壩所圍面積，順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)度約0.6～2.9 km，垂直水流方向平均寬度約1.1～1.7 km，其中主壩及副壩壩前20 m 寬范圍不清淤，清淤底高程按主壩前1 059.80 m 控制，向上游按1/500 縱坡和1/220 縱坡抬高，清淤平均深度約4 m。清淤總方量約458.2 萬m3。

3.3.2 大壩工程

（1）主壩改造設(shè)計(jì)

根據(jù)工程現(xiàn)狀及大壩安全鑒定結(jié)論，確定主壩改造設(shè)計(jì)的工程內(nèi)容包括：主壩上游干砌石護(hù)坡全部翻修；新建壩頂漿砌石防浪墻，鋪設(shè)瀝青混凝土路面；對(duì)壩基（包括閘基）進(jìn)行高噴防滲處理。

主壩壩頂。主壩壩頂長(zhǎng)1 065 m，現(xiàn)狀防浪墻破損嚴(yán)重，壩頂寬7.5 m，壩頂高程為1 068.80 m，根據(jù)現(xiàn)狀壩頂結(jié)構(gòu)，本次新建壩頂上游側(cè)漿砌石防浪墻，并在墻頂部增設(shè)20 cm 厚鋼筋混凝土壓頂，防浪墻每隔15 m 設(shè)置沉降縫一道，縫寬2 cm，采用密封膏封堵。整修土質(zhì)壩頂，鋪設(shè)寬6 m 瀝青混凝土路面。

主壩上游壩坡。壩體防滲有兩種方案，方案一是壩基高噴防滲墻軸線與壩軸線一致，壩體也采用高噴（擺噴）防滲，方案二是在大壩上游面壩體采用土工膜防滲（壩基高噴防滲位于上游坡腳處）。方案一，高噴投資較大，主壩上游將長(zhǎng)期處于飽和狀態(tài)下，對(duì)于主壩上游壩坡穩(wěn)定不利；方案二，投資相對(duì)較小，上游壩坡同時(shí)也進(jìn)行了翻修，因此壩體防滲采用方案二，即土工膜防滲方案。

主壩上游邊坡為1∶2.25，高程1 064.5 m 馬道以上采用混凝土預(yù)制塊護(hù)坡、復(fù)合土工膜防滲，結(jié)構(gòu)層設(shè)計(jì)為：邊坡土、復(fù)合土工膜（150 g/m2/0.2 mm）、砂墊層（100 mm）、砂卵石墊層（200 mm）、C 20 混凝土預(yù)制塊護(hù)坡（200 mm）。復(fù)合土工膜在1 064.50 m 馬道坡腳處與壩基高噴防滲墻頂部連接，采用現(xiàn)澆混凝土壓于高噴防滲墻頂，防滲高程至防浪墻上游側(cè)。1 064.50 m 高程以下邊坡位于水庫淤積面，不再防護(hù)。

主壩壩基防滲處理。主壩壩基（包括閘基）其上部為礫砂，厚5.0～7.0 m，其下為卵石混合土，厚10 m 左右，結(jié)構(gòu)松散，構(gòu)成壩基滲漏層位。根據(jù)安全鑒定報(bào)告及核查意見，壩基滲水較為嚴(yán)重，有三處出現(xiàn)管涌翻砂現(xiàn)象，滲流異常，壩基存在滲流不穩(wěn)定形態(tài)，因此需對(duì)壩基（含閘基）進(jìn)行防滲加固處理。

由于壩基砂礫石透水層埋深大于10 m（含上游淤積層），因此采用高噴防滲，高噴分為旋噴、擺噴、定噴三種形式，本工程從經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的角度考慮，采用單排高壓擺噴灌漿方式進(jìn)行防滲，大壩樁號(hào)范圍為ZB 0+117.34～ZB 1+064.55 偏右段，防滲樁號(hào)范圍為FS 0+000.00～FS 0+980.65（折線樁號(hào)），防滲軸線位于主壩上游坡腳及閘基鋪蓋上游端處。防滲墻主要防滲范圍為壩基礫沙及卵石混合土，墻頂與壩體防滲土工膜相接，底部伸入低液限粘土層2.0 m。防滲墻最大高度為21.56 m，最小高度為17.11 m。防滲墻結(jié)構(gòu)型式為擺噴折接，根據(jù)有關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)，噴射方向與墻體軸線夾角取20°，利用三管法施工，孔距1.6 m。具體的擺噴角和孔距，需在施工試驗(yàn)時(shí)最后確定。

（2）壩頂鋪設(shè)瀝青混凝土路面

副壩壩體培厚主要是針對(duì)壩頂寬度達(dá)不到7 m的壩段以及壩頂高程低于1 068.80 m 的壩段，采用在壩后培厚的方法，培厚后的下游壩坡仍為1∶2。培厚土料采用庫區(qū)清淤的開挖料。

副壩上游邊坡為1∶2.25，1 064.5 m 馬道以上采用混凝土預(yù)制塊護(hù)坡，結(jié)構(gòu)層設(shè)計(jì)為：邊坡土、砂卵石墊層（300 mm）、C 20 混凝土預(yù)制塊護(hù)坡（200 mm）。1 064.50 m 高程以下邊坡位于水庫淤積面，不再防護(hù)。副壩下游邊坡為1∶2，采用草皮護(hù)坡。

整修土質(zhì)壩頂，鋪設(shè)寬6 m 瀝青混凝土路面，并在上下游側(cè)設(shè)置路緣石。

4 施工組織設(shè)計(jì)

4.1 施工條件

水庫位于山西省朔州市朔城區(qū)東側(cè)9 km 的賈莊鄉(xiāng)太平窯村附近，交通方便。水庫附近的村莊可提供施工生活用房，水庫水可提供施工用水，大壩附近有10 kV 供電線路，可供施工用電。工程所用混凝土粗、細(xì)骨料及塊石料全部外購。鋼材、木材、水泥等從朔州市朔城區(qū)購買。

4.2 主體工程施工

庫區(qū)清淤采用2 m3挖掘機(jī)開挖，15 t 自卸汽車運(yùn)輸至主壩下游棄土場(chǎng)，部分用于副壩培厚。坡面整理采用59 kW 推土機(jī)，棄土采用1 m3挖掘機(jī)挖裝，8 t 自卸汽車運(yùn)至下游棄渣場(chǎng)。坡面壓實(shí)采用人工。壩體培厚采用庫區(qū)清淤開挖土料，壓實(shí)采用13.5 t 凸塊振動(dòng)碾，74 kW 推土機(jī)平土。

混凝土預(yù)制塊采用在預(yù)制場(chǎng)內(nèi)預(yù)制，0.8 m3混凝土攪拌機(jī)拌和，機(jī)動(dòng)翻斗車水平運(yùn)輸，振搗器振搗。8 t自卸汽車運(yùn)輸混凝土預(yù)制塊至壩頂，人工運(yùn)輸至工作面鋪設(shè)。

現(xiàn)澆混凝土采用0.8 m3攪拌機(jī)拌和，人推膠輪車水平運(yùn)輸，通過溜槽、溜筒入倉，倉面內(nèi)由1.1 kW 插入式振搗器振搗。

土工格賓石籠、漿砌石采用人工施工，0.4 m3砂漿攪拌機(jī)拌制砂漿，膠輪車運(yùn)輸，人工砌筑。

高噴灌漿施工：采用150 型地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔，泥漿固壁，高噴臺(tái)車灌漿。

泥結(jié)碎石路面：采用8 t 自卸汽車運(yùn)輸筑路材料，74 kW 推土機(jī)攤鋪，12～15 t 內(nèi)燃?jí)郝窓C(jī)壓實(shí)。

5 結(jié)語

本次工程實(shí)施后既對(duì)庫區(qū)及周邊生態(tài)環(huán)境進(jìn)行了綜合治理，有效改善了區(qū)域生態(tài)環(huán)境，增加了水庫興利庫容，有助于發(fā)揮水庫興利效益，為當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的脫貧致富奠定了良好的基礎(chǔ)。