张家庄水库枢纽工程改造设计简述

2011-04-14秦国强

山西水利 2011年6期

秦国强

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西太原 030024）

1 概况

张家庄水库位于孝义市旧城西2.5 km的张家庄村，是孝河上一座兼顾防洪、灌溉、养鱼等综合利用的中型水库，坝址以上河道长45 km，控制流域面积465.1 km2，总库容4 697万m3。枢纽工程由大坝、溢洪道、输水涵管组成。水库于1959年兴建，1963年拦洪蓄水后大坝坝顶路面成为连接孝河两岸的唯一一条道路，给两岸人民的出行、生产生活带来了很大便利。随着孝义市经济的迅速发展以及城市规模的不断扩展，解决跨越孝河的交通问题成为当务之急。但由于目前大坝和溢洪道交通桥路面宽仅9～10 m，远不能满足两岸经济发展的需求。为此，市委、市政府从城市发展的战略高度和一切为满足两岸人民群众生产生活及经济发展的需要出发，决定在满足水库自身防洪、灌溉等的要求下，将大坝坝顶及溢洪道拓宽到36 m。

2 工程地质情况

2.1 坝址区域地质

张家庄水库坝址段河谷宽520 m，河流比降为1/300，坝端两岸为黄土冲积平原，河岸陡峭。坝址区河床基底为中更新统下部微红色粉质黏土及砂、卵石层。根据《中国地震动参数区划图》，水库坝址区地震动峰值加速度为0.15 g，相当地震基本烈度为Ⅶ度。

2.2 溢洪道工程地质

建筑物地区表层为黄土状粉质黏土和粉土，具大孔性，干燥时坚硬，垂直节理发育；第二层为黄褐色粉质黏土与淡黄色粉砂土互层；第三层为灰黄色粉砂及淡黄色粉砂土互层；第四层为黄褐色黏质粉土，局部夹有粉质黏土；第五层为棕红色粉质黏土，为上部透水岩层的隔水层。

溢洪道建筑地区地下水基本流向河流，埋深11～14 m，地下水由水库和封家峪沟河水补给，溢洪道左岸地下水自水库流向溢洪道成东北、西南方向；右岸地下水自封家峪沟河流方向溢洪道成西南、东北方向。两股地下水汇合后流向河流。

3 工程总布置及主要建筑物

3.1 坝顶路面加宽设计

大坝轴线与溢洪道上的交通桥轴线呈2°夹角，此次道路拓宽工程以加宽后的交通桥中心线为道路轴线，对坝顶路面进行拓宽改造，从右坝头至左坝头，坝顶宽度由36 m渐变为55.38 m。大坝坝顶路面加宽采用下游培厚法，即：拆除下游坝坡上浆砌石排水沟、草皮护坡并清基0.5 m后，从下游坝脚向坝顶培厚，保持左坝头坝顶高程768.11 m不变，向右坝坡与溢洪道交通桥左端高程767.82 m连接，重做坝顶路面。拆除大坝坝顶50 cm厚路面及人行道和桩号0+500以右30 m长防浪墙，从桩号0+500开始，沿水库右岸新建防浪墙186.93 m，并对该段上游坝坡进行整治。上游坝坡与原坝坡保持一致，下游坝坡1∶2.5，在高程759.0 m设2 m宽的马道。新筑坝体采用粉质黏土填筑，分层压实，压实度不得小于96%。

大坝坝顶加宽后坝顶高程767.82~768.11 m，坝顶长687 m，宽36～55.38 m，交通道路宽36 m，其余作为绿化带。其中行车道30.5 m，上下游人行道各2.0 m，中间分隔带宽1.5 m。坝顶采用沥青路面，路面结构为20 cm厚白灰砂砾石、20 cm厚水泥稳定碎石、6 cm厚中粒式沥青混凝土、3 cm厚细粒式沥青混凝土。人行道采用10 cm厚C25钢筋混凝土预制盖板，下部由座落在坝体上的花岗岩路缘石和C30混凝土挡墙支撑，人行道铺装均采用2 cm厚水泥砂浆、6 cm厚面包砖铺面，高出路面28 cm。上下游人行道每40 m设一路灯。中间分隔带内填耕殖土，植树种草。路面横坡1.0%，从中间坡向上、下游侧，以排除坝顶路面积水，上、下游路边人行道内侧每30 m设一个排水口，下设沉池，沉池长70 cm，宽40 cm，深40 cm，池顶铸铁篦子。坝顶路中央埋设管径50 mm的塑料波纹排水管，纵坡2‰，埋深1.0～3.0 m，排水管上每30 m设一检查井，每90 m设一沉泥井，检查井与沉泥井结合布置，排水管与沉池之间通过直径20 cm的PVC管连接。上、下游人行道外侧设不锈钢栏杆，高1.2 m。

大坝右端桩号0+500以右原防浪墙拆除，依右岸地势重做防浪墙。新建部分防浪墙长186.93 m，在平面上呈圆弧状布置，圆弧半径170.05 m，圆心角63.0°，断面形式与原防浪墙相同，坝面以上采用C25钢筋混凝土，以下为浆砌石结构。

3.2 上、下游坝坡处理

与上游新建防浪墙相应，从桩号0+500开始，对水库右岸上游坝坡进行整治，拆除原有的混凝土预制块，用砂砾石垫层料把坝坡整修为圆弧状，坝坡1∶2.5，然后铺设混凝土预制块。大坝下游加宽培厚后，在下游坝坡面759.0 m以下布置排水沟，沿坝长方向约100 m设一道竖向排水沟，共5道，采用浆砌石砌筑。排水沟断面尺寸：坝面上为矩形断面，断面尺寸0.3 m×0.3 m，左右岸坡处排水沟断面为梯形，底宽0.5 m，高0.5 m，边坡1∶1；纵向排水沟分别布置在高程759.0 m马道内侧和下游坝脚处，共2道，采用浆砌石砌筑，高程759.0 m马道处排水沟断面尺寸0.3 m×0.3 m，下游坝脚处排水沟断面为梯形，底宽1.0 m，深0.5 m，边坡1：1，横向、纵向及岸坡排水沟形成一个完整的坝面排水系统。下游坝坡采用浆砌石网格草皮护坡，网格为拱形，间距2.0m，宽30cm、高50cm，高出坝面10cm。

3.3 大坝下游阀室改造

大坝加宽培厚后，原输水涵管出口阀室将被埋在坝下，为方便阀室运行，对阀室进行改造。在原阀室上游及两侧新建混凝土扶壁式挡土墙，将原阀室及阀室下游明渠围护起来。挡土墙高2.0～11.73m，顶宽 50cm，底板宽2.5～11.5 m，每3.0 m设一扶壁，扶壁厚65 cm。扶壁式挡土墙兼做阀室围墙使用，通过稳定计算分析，挡土墙基地应力较大，对墙下基础采用三七灰土进行换基处理，换基厚度1.5 m，房顶覆土种草。

3.4 溢洪道交通桥加宽

原交通桥为预应力钢筋混凝土空心板桥，宽度为10 m，长80 m，共5跨，基础为混凝土灌注桩，布置于溢洪道闸室后明渠段，与大坝坝顶公路相连。

本次设计需加宽至36 m，以原交通桥下游边线为道路轴线，上游加宽8 m，下游加宽18 m。因地基情况及荷载标准与原交通桥相同，所以加宽段也采用预应力混凝土空心板桥，共5跨，每跨长16 m。基础采用桩基，桩径及墩径尺寸同原交通桥，即桩径1.2 m，墩柱直径1.0 m，桥墩高7 m，桩长43.5 m。原交通桥上游侧新加部分每个桥墩下布置2根桩基，下游侧新加部分每个桥墩下布置4根桩基，新加宽部分采用70 cm高预应力钢筋混凝土空心板。加宽后新建行车道宽32m，上、下游人行道宽2.0 m。拆除原交通桥两侧混凝土栏杆，重做不锈钢栏杆。为使新旧桥面衔接，将原桥面混凝土拆除，与加宽段桥面一起铺装，桥面自中心以1.0%的坡度坡向两侧延伸，桥面铺装采用10～28 mm厚的C30混凝土，表层为6 cm厚中粒式沥青混凝土、3 cm厚细粒式沥青混凝土。桥上人行道采用花岗岩路缘石，铺装均采用2 cm厚水泥砂浆、6 cm厚面包砖铺面，高出路面28 cm。