神沟水库除险加固工程设计

2013-10-20王存寿

山西水利 2013年10期

王存寿

（原平市观上水库管理处，山西原平 034102）

1 工程概况

神沟水库位于原平市解村乡西南3 km处，属海河流域神沟河支流，设计总库容105万m3，控制流域面积3.6 km2，流域长度4.3 km，是一座以农业灌溉为主，兼有防洪、养鱼等综合效益的小（一）型旁引水库。

水库于1973年建成受益。枢纽工程由大坝、溢洪道、灌溉输水涵洞三部分组成，大坝为均质土坝，设计坝高15 m，坝顶长114 m、宽4 m，坝顶高程835.5 m，上游坝坡坡比1∶3，下游坝坡坡比1∶2.5，上游坝坡设干砌石护坡。溢洪道位于大坝右岸，为开敞式土渠，进口高程830.5 m，底宽2.5 m，长431 m，渠底未经衬砌。灌溉输水涵洞位于大坝左岸，由卧管和涵洞两部分组成，涵洞尺寸0.6 m×0.6 m，放水卧管直径0.3 m。

2 存在问题

神沟水库属典型的“三边”工程，设计标准低、建设质量差，坝基未做处理，溢洪道未按设计完成。目前存在的主要问题有：水位变幅区的干砌石护坡破损严重，局部有塌坑；坝基、右坝肩绕坝渗漏严重；下游坝脚无排水设施，坝后有积水；卧管和涵洞因地基不均匀沉降而裂缝漏水；涵洞与大坝填土接触处漏水且有浑浊现象；溢洪道中间段的高程835.3 m，与坝顶高程接近，基本失去泄洪功能，而且自水库运行以来一直没有参与泄洪，在洪水较大时存在垮坝危险；水库没有观测、通讯设施。水库多年来只能低水位运行，严重影响防洪安全和综合效益的发挥。2009年，经安全鉴定，大坝为Ⅲ类坝，综合评价水库工程质量不合格，大坝运行管理为“差”。

鉴于以上问题和安全鉴定结论，为了确保工程防洪区国家和人民生命财产的安全，充分发挥其综合效益，必须对神沟水库进行除险加固。

3 除险加固工程设计

3.1 设计标准

根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》和《水利水电枢纽工程等别及永久建筑物的级别》规定，神沟水库工程等别为4等，永久建筑物中主要建筑物级别为4级，次要建筑物、临时建筑物级别均为5级。永久建筑物的防洪标准为 30年一遇洪水设计，300年一遇洪水校核。地震基本烈度为8度。

3.2 除险加固工程内容

根据工程实际情况，针对存在的问题，此次除险加固主要内容为：大坝加固工程、溢洪道完建工程、灌溉洞改造工程、防汛抢险道路改造工程和管理房工程等5项内容。

3.3 大坝加固工程

3.3.1 坝顶高程计算

水库大坝采用水中倒土法和碾压法施工，根据《碾压式土石坝设计规范》，坝顶高程按设计情况和校核情况时的静水位加相应的波浪爬高、风壅增高、安全超高来确定。

表1 坝顶高程计算表单位：m

由表1可知，坝顶高程不应低于835.032 m，而现状坝顶高程为835.500 m。故此次大坝加固工程的坝顶高程仍为835.500 m，不需增设防浪墙。

3.3.2 坝顶及坝坡工程设计

坝顶：根据坝顶高程复核计算可知，现状坝顶高程满足要求，只需将其整平。此次设计坝顶宽度仍为4 m，为满足交通要求，坝顶铺泥结石路面，采用20 cm厚泥结碎石，并在坝顶上下游两侧铺设预制混凝土块路沿石，每块长、高、厚分别为50 cm，55 cm，15 cm。

上游坝坡整修加固：拆除原变形塌陷的干砌石护坡，堆于上游坝脚形成2 m宽的平台。上游坝坡按1∶3整坡，先后铺设厚度均为15 cm的细砂、粗砂、碎石后，砌30 cm厚的干砌石护坡。对局部沉陷较严重的坝坡段，先夯填补平到设计坝坡。

下游培厚加固及新筑排水棱体:下游坝坡在高程830.5 m处设2.5 m宽马道一条，以上部分整理后用草皮护坡。此次设计对马道以下部分进行培厚加固，坡度放缓；在下游坝脚处新加堆石排水棱体；下游坝坡采用草皮护坡；设浆砌石纵向排水沟；在马道高程830.5 m处和排水棱体顶高程823.0 m处分别设深、宽各40 cm的浆砌石横向排水沟一条。下游坝坡设高、宽分别为20 cm和150 cm的浆砌石台阶。

3.3.3 高喷防渗墙处理

水库坝基主要为第四系中更新统黄土类土，透水性强，最大渗透系数为15 m/d，存在坝基浅部渗漏问题，此次设计对其采取高喷防渗墙处理。

3.3.4 右坝肩防渗处理

据现场踏勘及本次钻孔揭露，大坝施工时右坝肩连接处未按规范进行处理，坝体直接与2 m厚的钙质结核层接触，致使运行中产生严重的坝肩渗漏。此次工程设计挖除与坝体直接接触的2 m厚的钙质结核层，用干容重不小于1.6 g/m3的黏土进行回填，回填至校核水位834.43 m处；校核水位以上至坝顶公路垫层，用干容重不小于1.6 g/m3的普通黄土进行回填。

3.3.5 大坝渗透稳定性复核

大坝加固处理后，依据《碾压式土石坝设计规范》的要求，经计算，在上游正常高水位与下游相应的最低水位、上游设计洪水位与下游相应的最低水位、上游校核洪水位与下游相应的最低水位3种工况下，坝体、坝基出逸点渗透坡降均小于允许水力坡降，故认为大坝渗流是稳定的。

3.3.6 大坝坝坡抗滑稳定性复核

经计算，大坝加固处理后，兴利水位比原设计降低0.77 m，非常运用情况校核洪水位骤降幅度为1.92 m，比原设计减小0.60 m，且下游坝坡培厚和增设了排水棱体，上下游坝坡在不同工况下的抗滑稳定安全系数均满足规范要求，因此大坝坝坡是稳定的。

3.3.7 大坝观测设施设计

为了解坝体浸润线形成特征和坝基在运行中的渗透情况及渗透压力变化，便于论证坝基渗透稳定性，保证工程安全，设计在坝体内布设浸润线观测管、坝基布设渗透压力观测管及大坝沉陷和位移观测点，并在观测点设传感器，与计算机联网，将观测数据及时传送终端，以便管理人员及时得到数据，准确汇总分析，果断作出判断，有效控制和应对不利情况发生。

3.4 溢洪道完建工程

溢洪道设在原位置，采用无控开敞式溢洪道，长305.05 m，由进口段、控制段、泄槽段、消力池、尾水渠、扩散段组成。

根据溢洪道的工程布置、受力条件、地质条件，对左右边墙进行稳定计算和应力分析。重力式挡土墙取1 m为计算单元，取墙高3.5 m为典型断面，按所受荷载以不同的组合进行地基应力、抗滑稳定、抗倾稳定的分析计算，计算结果均满足规范要求。

3.5 灌溉输水涵洞改造工程

大坝放水建筑物改造工程由放水卧管、输水涵洞、出口3部分组成，卧管布设在原卧管所在的岸坡上，涵洞布设在坝下坚实的地基上。卧管采用箱式方形结构，底坡1∶2，采用C20素混凝土筑成台阶状，台阶高0.4 m，每台设1孔，同时开启3台放水。卧管宽、高均为0.4 m，侧墙厚0.3 m，基础厚0.4 m，基础垫层厚0.1 m，盖板搭接长度0.15 m。涵管采用底宽0.8 m、高1.2 m的C20钢筋混凝土门洞形断面，侧墙和拱顶厚0.3 m，底板厚0.3 m，基础垫层厚0.1 m，底坡1/300，进口与卧管陡坡末端消力池连接。涵管长69 m，进口底板高程823.73 m，出口高程823.5 m。