南喬水庫除險加固設計方案綜述

李 霞

(臨汾市水利勘測設計院，山西 臨汾 041000)

1 工程概況

南喬河發(fā)源于臨汾市堯都區(qū)臥虎山東側李子角東溝內，屬于黃河流域汾河水系。水庫位于臨汾市堯都區(qū)縣底鎮(zhèn)城隍村南約1.2km的南喬溝內，是一座以灌溉為主兼有防洪、養(yǎng)殖的小(2)型水庫，水庫壩址以上控制流域面積8km2。

該水庫建成于1973年，水庫樞紐由大壩、溢洪道、泄洪洞組成。大壩為均質土壩，最大壩高16m，壩頂高程為573.5m，壩頂長109m，壩頂寬3m。溢洪道位于大壩左岸，寬淺式矩形斷面，進口底高程571m，進口寬度約6m，縱坡0.23，全部為土基且未按原設計開挖，無襯砌及消能設施。泄洪洞位于大壩左岸，進口損壞嚴重，進口底高程563.5m，洞身為寬1.2m，高1.5m的城門洞型，洞身長56m，縱坡1/47，最大泄量4.5m3/s。

2 工程現(xiàn)狀存在的主要問題

水庫運行30多年來，為水庫附近農村農業(yè)增產、農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大壩防洪不滿足200a一遇洪水校核標準；②壩頂寬約3m，壩頂及上下游壩坡有多處損壞；③溢洪道現(xiàn)狀尺寸不規(guī)則，為土基，無襯砌及消能設施；④泄洪洞進口損壞。

3 除險加固工程建設內容

2009年山西省水利廳對南喬水庫進行了大壩安全鑒定,安全鑒定結論為三類壩，并提出水庫除險加固意見和建議。主要內容有：①大壩整治工程；②溢洪道改建工程；③泄洪洞改造工程。

4 除險加固措施

4.1 大壩整治

4.1.1 現(xiàn)狀大壩概況

南喬水庫大壩為均質土壩，壩頂高程573.5m，壩頂長109m，壩頂寬約3m，最大壩高16m。上游壩坡坡比1∶2，上游壩坡干砌石護坡?lián)p壞嚴重。下游壩坡分為二級，一級壩坡坡比1∶2，設4m寬馬道，二級壩坡坡比為1∶2.5，下游壩坡無護坡，雜草叢生。壩頂無防浪墻，路面為原填土面。經計算壩坡穩(wěn)定安全系數(shù)不滿足規(guī)范要求，故需對大壩進行整治。

根據(jù)《小型水利水電工程碾壓土石壩設計導則》(SL189-96)6.2.1條規(guī)定，壩頂寬度可采用3-6m，壩頂寬度滿足導則要求，故只需對大壩上下游邊坡進行整治。

4.1.2 壩坡整治措施

1)上游壩坡整治

針對上游壩坡存在的問題，先清除壩坡?lián)p壞的護坡，然后按設計斷面整治，壩坡坡比仍為1∶2。護坡采用0.3m干砌塊石，下設反濾層,反濾層自上而下采用20cm厚碎石及10cm厚中粗砂。

2)下游壩坡整治

因現(xiàn)狀壩坡凌亂不堪、雜草叢生，故將下游壩坡坡面清除0.5m ,然后整治至設計斷面。下游壩坡整治后坡比1∶2，為防止雨水對下游壩坡的沖刷，并在左右岸坡設300×300mm的預制混凝土U型排水溝。為保護壩坡不被沖刷，防止壩坡凍脹并有效降低浸潤線，本次設計在下游坡腳增設排水棱體。排水棱體頂寬1m，高1.5m，內坡1∶1，外坡1∶1.5。棱體反濾層自內而外依次為10cm厚中粗砂及20cm厚碎石。

3)壩頂整治

壩頂設20cm厚泥結石路面，壩頂上游側設1m高M10漿砌石防浪墻。為便于雨天排水，壩頂路面向下游傾斜2%的坡度，壩頂下游側120×300×500mm路沿石，路沿石在與下游壩坡的橫向排水溝及岸坡排水溝相接處留排水缺口。

4.2 溢洪道改建工程

改建溢洪道位于大壩左岸，溢洪道中心線與壩軸線夾角為 90°?？刂蒲邽闊o坎寬頂堰，進口凈寬6m，校核泄量85.24m3/s，設計泄量48.71m3/s。改建溢洪道總長126m，由引渠段、控制段、泄槽段、挑流坎及護底組成。關于溢洪道尾部消能防沖工程方案，設計時進行了分析比較，由于溢洪道單寬流量較大，如采用底流消能方式時，盡管防洪標準采用20a一遇時，消力池挖深達3m，墻高6.3m，池長21m，海漫長度需50m，不但投資較大，且施工難度較大。如采用挑流消能方式時，經計算，不需要設灌注樁支撐的挑流板即可滿足沖坑后坡要求，與底流消能方式相比，投資及施工難度均較小。故本次設計消能防沖方案采用挑流型式[1]。

1)溢洪道引水渠設計

引渠段長30.5m，整個引渠段為不規(guī)則喇叭型，向上游呈擴散布置。

引渠段左邊墻為護坡轉彎段，轉彎半徑40m，采用10水泥砂漿砌石扭面結構，墻頂寬0.5m，墻前趾寬為0.5m，底板厚0.8m。

引渠段右邊墻為C25F150鋼筋混凝土懸臂擋土墻結構，沿溢洪道軸線長8m，懸臂擋土墻頂寬0.3m，迎水面直立，背水面傾斜，底板厚0.5m。

引渠段底板采用300mm厚M10水泥砂漿砌石底板上襯100mm厚C15混凝土結構。

2)溢洪道控制段設計

控制段上接引渠段下接泄槽段，全長10m，進口為無控制矩形寬頂堰，底坡i=0，凈寬6m，閘墩與底板為整體式C25F150鋼筋混凝土結構。

控制段底板寬7.2m，厚0.6m，在其上下游各設一道齒墻，齒墻底寬0.5m，齒墻深0.5m，齒墻外側直立，內側坡比1∶1。邊墩厚度為0.6m。

交通橋采用C25鋼筋混凝土板式結構，凈跨6m，橋面凈寬3.0m。交通橋橋板厚0.3m，橋板兩側設1.0m高防撞欄，并與橋板整體現(xiàn)澆，橋面現(xiàn)澆C30細石混凝土鋪裝層。

控制段修建土質擋水堰，其位置位于該段首部，與其軸線垂直。根據(jù)水庫正常高水位比控制段堰頂高程高出1.0m的實際情況，設計土堰長6m,高1.50m，頂寬1.5m,兩面邊坡均為1∶1.5。

3)溢洪道泄槽段設計

泄槽段布置于控制段后，全長67m(水平距離),設計縱坡i=1/4，底寬6m，矩形斷面。泄槽側墻與底板采用整體式結構。

泄槽底板采用0.4m厚C25F150鋼筋混凝土結構，泄槽底板橫縫間距10-7m，縫間均設651橡膠止水帶一道，聚乙烯閉孔泡沫板填縫。為了避免底板承受滲透水壓力，在底板外側及橫縫下部設縱橫排水溝，為防止挑流坎水流影響泄槽整體穩(wěn)定，故在泄槽末端設深1.2m的齒墻。

泄槽側墻采用C25F150鋼筋混凝土整體式擋土墻，左右側墻對稱布置，墻高由3.5-1.8m，側墻頂寬0.3m，迎水面直立，背水面稍傾。為減小泄槽側墻后的滲透水壓，在側墻背水面設粒徑0.5-2cm碎石反濾體，碎石反濾體外包土工布，反濾體沿側墻通長布置，墻身設Φ50PVC@3000的排水管，管內口包土工布且伸入墻后反濾體。左右側墻墻背填土面低于墻頂0.5m。

4)溢洪道挑流坎設計

挑流坎為整體式鋼筋混凝土結構，全長8.5m，反弧半徑R為5.911m，鼻坎挑射角30°。

側墻與底板為C30F150鋼筋混凝土整體結構，側墻高1.8-2.58m，側墻為直立式，墻厚0.5m。為了滿足沖坑后坡要求，在挑流坎下游側設一道齒墻，墻深4.32m。在挑流坎上游側也設一道齒墻，墻深1m，以加強挑流坎抗滑穩(wěn)定。

5)護底設計

挑流坎后接10m長鉛絲籠塊石護底，凈寬10m，鉛絲籠塊石護底厚0.5m，下設0.2m厚砂礫料墊層。

4.3 泄洪洞改造工程

南喬水庫泄洪洞進口損壞嚴重，控制閘門失靈且漏水嚴重，整個泄洪洞已無法正常運行。泄洪洞洞身為城門洞型式，底寬為1.5m，直墻高1m，拱高0.75m，底板為50cm厚漿砌石，拱圈為37cm砌磚，洞長56m，縱坡1/47。

本次設計維修泄洪洞進口，由于泄洪洞洞身段最大過流能力為4.5 m3/s，故本次泄洪洞改造過流能力按4.5 m3/s控制，在現(xiàn)狀洞內設φ800鋼管，控制閥門設在泄洪洞出口，并設閘閥房，出口翼墻及底板維持現(xiàn)狀，僅在其末端設1m厚鉛絲籠塊石防沖，寬度5m，總長10m[2]。

5 結 語

水庫除險加固工程完工后，可使水庫灌溉面積達到6.33hm2，灌溉保證率為50%的興利用水量，防洪標準達到20a一遇洪水設計，200年一遇洪水校核的部頒標準。可保護下游村莊3座，人口7000人，耕地1.2萬畝，使水庫進一步發(fā)揮效益、服務于地方經濟起到應有的作用。