軍民水庫除險加固工程方案與措施探析

孔潔惠

(臨汾市水利勘測設(shè)計院，山西 臨汾 041000)

1 軍民水庫概況

軍民水庫位于臨汾盆地中部洪洞縣大槐樹鎮(zhèn)城東村東，為汾河三級階地，屬河流侵蝕堆積階地地貌單元，庫區(qū)四周地勢較為平坦，地面海拔高程456-472 m，水庫東北部為大壩壩體，西部為庫岸，地形起伏變化較小。屬黃河流域汾河水系，是一座以灌溉為主、兼有防洪和養(yǎng)殖的的小(2)型水庫，水庫壩址以上控制流域面積3.2km2。水庫樞紐工程由大壩、泄洪洞組成。該水庫于1971年動工修建并投入運行。大壩壩體為均質(zhì)土壩，最大壩高8.0m，壩頂高程為108.0-110.3m，壩頂長484m，壩頂寬8-11m。泄洪洞位于東壩中部，為0.5m×0.5m城門洞型砌磚涵洞。

2 除險加固工程建設(shè)的必要性

軍民水庫運行近40a來，為水庫附近農(nóng)村農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、農(nóng)民增收作出了巨大貢獻，但因水庫先天條件不足，加之年久失修，水庫現(xiàn)狀主要存在以下問題：①水庫現(xiàn)狀防洪能力不滿足規(guī)范標準；②水庫泄洪設(shè)施毀壞嚴重，失去泄洪功能；③大壩上游無護坡，下游無排水反濾保護；④大壩無管理、觀測設(shè)施。

2011年8月，臨汾市水利局組織專家對軍民水庫進行了大壩安全鑒定，安全鑒定結(jié)論為三類壩。鑒于水庫目前的防洪能力不足等主要問題，如發(fā)生較大洪水，將會因防洪標準不夠而形成潰壩，潰壩后將影響霍侯一級路的安全、淹沒耕地66.67hm2。為此，根據(jù)水利部和山西省關(guān)于病險水庫除險加固工作的有關(guān)精神，需實施水庫除險加固工程，一是進行大壩整治，二是新建泄洪涵管，將為保證下游地區(qū)的防洪安全，土地灌溉，充分發(fā)揮工程效益、服務(wù)于地方經(jīng)濟建設(shè)起到應(yīng)有的作用[1]。

3 壩基工程地質(zhì)條件及庫區(qū)地質(zhì)問題

據(jù)鉆探揭露，軍民水庫北壩主河槽壩基地層為第四系全新統(tǒng)沖、洪積物(Q4Pal)低液限黏土、粉細砂土厚約1.5m。東壩壩基為第四系中更新統(tǒng)沖、洪積物 (Q2Pal)：棕紅色或棕黃色低液限黏土、低液限粉土，粉細砂土。建壩時未做黏土截水槽。軍民水庫經(jīng)多年運行以來，在歷史最高蓄水位106m時，大壩下游坡腳有滲水現(xiàn)象。

3.1 土壩填筑質(zhì)量

軍民水庫為一座小(2)型水庫，現(xiàn)狀大壩為東壩及北壩圍封而成，為典型平原水庫。大壩為均質(zhì)土壩，北部和東部均為壩體。①北壩現(xiàn)狀最大壩高8.0m，壩長484m，壩頂寬約11m，壩頂高程108.0m。②東壩現(xiàn)狀最大壩高8.0m，壩頂寬約7-11m，壩頂高程108.0-110.3m。上游壩坡比1∶2.0，下游壩坡比1∶2.4。設(shè)計正常蓄水位106.5m(假設(shè)高程)。整個大壩上游壩坡無護坡，下游壩坡無排水反濾保護且雜草叢生，部分壩段坡面極不規(guī)整，呈階梯狀。壩頂坑洼不平[2]。

3.2 庫區(qū)地質(zhì)問題

1)庫區(qū)滲漏：

庫區(qū)下部分布的低液限黏土，遍布整個庫區(qū)，可視為相對隔水層，所以不存在庫底滲漏問題。庫區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)斷裂構(gòu)造，沒有滲漏通道。水庫兩岸為寬曠的平地，也不存在鄰谷滲漏?？傊畮靺^(qū)不存在永久性滲漏問題。

2)庫區(qū)浸沒：

根據(jù)地形地貌和地層巖性，按《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》中的初判條件，水庫兩岸下部為中更新統(tǒng)(Q2)地層，分布有含黏量較高的低液限黏土層，為相對不透水層。經(jīng)過多年運行未發(fā)現(xiàn)有浸沒問題發(fā)生，所以可判為不易浸沒地區(qū)。

3)庫岸穩(wěn)定問題：

水庫兩岸經(jīng)過多年運行，岸坡再造已經(jīng)完成，庫岸基本穩(wěn)定。

4)水庫淤積：

水庫控制流域面積3.2km2，在此范圍內(nèi)分布大面積黃土，因此，水庫固體徑流中的懸移質(zhì)多為黃土類顆粒，推移質(zhì)多為以灰?guī)r為主的卵、礫石。這些物質(zhì)隨著每年的洪水，沿著5.3‰的主河道縱坡，由上游向水庫輸送。水庫運用40多年至今淤積庫容3.5萬m3，淤積面高程102m，所以存在淤積問題。

4 除險加固工程總體方案

針對水庫存在的問題，結(jié)合當前我省對小型水庫除險加固工程的具體要求，擬定除險加固工程方案如下：①采取工程措施，以使水庫防洪標準達到規(guī)范要求；②對大壩上下游壩坡進行整治，對大壩上游壩坡進行漿砌混凝土預(yù)制塊護坡，北壩下游壩坡增設(shè)貼坡排水。

水庫現(xiàn)有泄洪建筑物為東壩泄洪洞，為砌磚城門洞型結(jié)構(gòu)，無控制設(shè)施，且已堵塞，失去泄洪功能。本次水庫除險加固設(shè)計以解決水庫防洪達標為目的，使水庫防洪能力達到規(guī)范規(guī)定的防洪標準。

軍民水庫現(xiàn)狀大壩為東壩及北壩圍封而成，為典型平原水庫。本次設(shè)計結(jié)合水庫現(xiàn)狀，廢棄現(xiàn)狀泄洪洞，在大壩0-001.8處新建泄洪涵管，根據(jù)調(diào)洪結(jié)果，確定泄洪管直徑為0.5m，進口底高程為106.5m。

5 大壩整治工程

5.1 壩頂高程確定

水庫大壩級別為V等5級，吹程0.3km，多年平均最大風速18m/s。壩頂超高根據(jù)《碾壓土石壩設(shè)計規(guī)范》(SL274-2001)中的公式進行計算，計算結(jié)果：正常運用風雍水面高度0.007 m，非常運用風雍水面高度0.003m。壩頂高程按設(shè)計洪水位加正常運用的壩頂超高和校核洪水位加非常運用的壩頂超高分別計算，取其大值。計算得知，現(xiàn)狀壩頂高程可以滿足防洪要求。

5.2 大壩整治

5.2.1 現(xiàn)狀大壩概況

軍民水庫大壩為均質(zhì)土壩，壩頂高程108.0-110.3m，壩頂長484m，北壩壩頂寬約11m，東壩壩頂寬約8m，最大壩高8m。上游壩坡無護坡，下游壩坡無排水反濾保護且雜草叢生，部分壩段坡面極不規(guī)整，呈階梯狀。壩頂坑洼不平。故需對大壩進行整治。

5.2.2 大壩整治措施

5.2.2.1 上游壩坡整治

針對上游壩坡存在的問題，將上游坡面清除50cm，然后按設(shè)計斷面整治，壩坡坡比為1∶2.0。護坡采用漿砌混凝土預(yù)制塊，下設(shè)粗砂墊層。預(yù)制塊護坡厚度計算結(jié)果為0.13m，結(jié)合當?shù)貎鼋Y(jié)深度取0.15m，墊層采用10cm厚粗砂。上游壩坡在大壩樁號0+000-0+484整修邊坡及漿砌混凝土預(yù)制塊護坡。

5.2.2.2 下游壩坡整治

因現(xiàn)狀下游坡面不規(guī)整，故將下游壩坡坡面清除0.5m ，然后整治至設(shè)計斷面。下游壩坡整治后坡比為1∶2.0。整治后壩頂長度為484m，在大壩下游壩坡大壩樁號0+084、0+134、0+283.3、0+334、0+390.3、0+437處設(shè)置六道橫向排水溝，并在左右岸坡及0+182.1處設(shè)岸坡排水溝，排水溝尺寸為300×300mm，底板為C15混凝土現(xiàn)澆，側(cè)墻采用M7.5水泥砂漿砌磚。為防止?jié)B流發(fā)生滲透變形，在北壩下游坡腳設(shè)2.0m高的貼坡排水，自上而下采用30cm厚塊石、20cm厚碎石及10cm厚粗砂。

5.2.2.3 壩頂整治

整治后壩頂高程為108.0m，北壩壩頂寬11m，東壩壩頂寬8m，壩頂設(shè)20cm厚泥結(jié)石路面，壩頂上下游設(shè)混凝土路沿石。為便于雨天排水，壩頂路面自中心向上、下游傾斜0.5%的坡度。

5.3 大壩穩(wěn)定分析

壩坡穩(wěn)定分析按簡化畢肖普法靜力分析，簡化有效應(yīng)力法計算。 選取主河床最大壩高斷面對整治后的壩坡進行穩(wěn)定計算，因壩基存在約1.5m厚砂性透水層，故壩體浸潤線按照有限深透水壩基計算確定，壩體土料物理特性指標按照鉆孔取樣試驗結(jié)果分析選用。

計算分正常運用和非正常運用兩種情況。正常運用情況下，上游坡為正常高水位以及正常高水位緩降至死水位時的穩(wěn)定滲流情況，下游坡為正常高水位時的穩(wěn)定滲流情況；非常運用情況下，上游坡為庫水位驟降以及正常高水位加地震時的穩(wěn)定滲流情況；下游坡為正常高水位加地震的情況。

壩坡穩(wěn)定安全系數(shù)按畢肖普法公式進行計算。計算得知，大壩整治后的壩坡在各工況下的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求。

6 結(jié) 語

本次除險加固的工程項目主要有大壩整治工程和新建泄洪涵管工程。大壩整治工程，將上游坡面清除50cm，然后按設(shè)計斷面整治，坡比1∶2.0，護坡采用漿砌混凝土預(yù)制塊，下設(shè)粗砂墊層。壩頂設(shè)20cm厚泥結(jié)石路面，壩頂上下游設(shè)混凝土路沿石。壩頂下游路沿石留缺口與下游橫向排水溝相接。下游壩坡坡面清除0.5m ，然后整治至設(shè)計斷面，坡比也為1∶2。北壩下游壩坡采用貼坡排水。整治后壩頂長度為484m，在大壩下游壩坡設(shè)置六道橫向排水溝，并在左右岸設(shè)岸坡排水溝。

對于泄洪涵管新建工程，廢棄現(xiàn)狀東壩泄洪洞，并將砌磚洞身挖除，然后按土壩填筑標準回填。新建泄洪涵管位于大壩樁號0-001.8處，左壩頭原狀土上，校核泄量0.11m3/s，設(shè)計泄量0.05m3/s。涵管中心線與壩軸線夾角為 90°。樁號為涵0-002.5-涵0+148.5，由進口段、管身段、消力池段、海漫段組成。進口采用漿砌石翼墻，進口底高程106.5m，管身采用Φ500玻璃鋼管，出口設(shè)鋼筋混凝土消力池及鉛絲籠海漫防沖。

另外，由于北壩在高水位情況下，有滲水現(xiàn)象，建議增設(shè)排水反濾設(shè)施。在施工過程中還要注意將新建泄洪涵管地基土夯實。

軍民水庫除險加固工程完工后，可使水庫達到133.33hm2灌溉面積，灌溉保證率為50%的興利用水量，防洪能力達到10a一遇洪水設(shè)計，20a一遇洪水校核標準。