张王水库除险加固设计方案综述

2014-04-08宋必连

山西水利 2014年12期

宋必连

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西太原 030024）

1 工程概况

张王水库位于万荣县南张乡薛里村西南1.5 km，白帝村西北0.8 km处，坝址控制流域面积24.0 km2，始建于1958年，于1959年竣工。总库容190万m3，是一座以防洪为主，兼顾供水的小（一）型水库。水库保护着下游王家、李家2个村庄5000人，266.67 hm2农田、西范四级电站以及万荣—荣河公路等的安全。

工程由大坝、溢洪道、卧管及输水涵洞组成。大坝为碾压均质土坝，最大坝高25.0 m，坝顶长125.0 m，坝顶宽6.0 m。坝顶高程601.54～602.08 m。溢洪道位于坝前库区左岸，为开敞式宽顶堰，堰顶高程598.5 m，未完建，不能正常运行。卧管位于水库右岸，为斜坡式，单级单孔。输水涵洞位于大坝右侧，断面为城门洞型。

2 存在问题

根据水库运行情况，结合大坝安全鉴定结论可知，水库目前存在以下问题：水库防洪能力低，实际抗洪能力不满足规范要求；大坝坝顶及下游坝坡有多处较大陷坑，上下游坝坡损坏严重，下游坝坡排水系统不完善且有较多冲沟、陷坑，对水库安全稳定运行构成威胁；溢洪道为土基，未完建，不满足泄洪要求；水库无大坝安全监测设施，严重影响大坝的正常运行。因此，对水库除险加固十分必要。

3 除险加固方案设计

3.1 大坝加固设计

水库大坝坝体左坝段（桩号B0+000—B0+030）形成30 m长的陷坑段，表现为串珠状，陷坑局部直径1.5 m，深4.0 m；坝顶无防浪墙，路面为素土路面，凹凸不平，损坏严重；大坝上游坝坡1∶2.5，干砌石护坡损坏严重；大坝下游坝坡 1∶2.0，1∶2.5，草皮护坡损坏严重。根据工程现状，确定大坝加固设计内容为：坝体加固；大坝坝顶铺设砂砾石路面；大坝上游坝坡面整修，设干砌石护坡；大坝下游坝坡面整修加固，铺设草皮护坡，完善排水系统；下游坡脚排水棱体改造。

坝体加固：左坝段桩号B0+000—B0+030段坝顶以下10 m厚的坝体开挖后再分层回填碾压土，分层厚度不大于250 mm，压实度不低于97%。

坝顶结构：根据洪水调节计算及坝顶超高复核计算结果，结合坝顶路面改造，设计坝顶高程602.0 m，不需设防浪墙。坝顶铺设砂石路面，路面宽6.0 m，路面横坡2%，坡向下游侧。坝顶下游侧设300 mm×300 mm的素混凝土排水沟，混凝土厚150 mm，并与下游坝坡横向排水沟相通。

上游坝坡防护：对大坝上游坝坡面整修，整修后坝坡为1∶2.5，设干砌石护坡。

下游坝坡防护：根据大坝渗流稳定计算结果，将下游坝坡整修为 1∶2，1∶4.0，1∶3.5，在高程 594.0 m 处设第一条马道，宽1.5 m，在高程585.7 m处设第二条马道，宽1.5 m。为防止雨水漫流冲刷下游坡面，设草皮护坡，厚度100 mm。

排水系统设计：下游坝坡中部设一道横向排水沟和左右岸坡截水沟相通；下游坝坡2条马道与排水棱体顶平台内侧均设置纵向排水沟，共3道；在排水棱体下游坡脚处设一道纵向截水沟，排水沟、截水沟均采用素混凝土结构。排水沟净断面300 mm×300 mm，壁厚300 mm；截水沟断面型式为梯形，底宽300 mm，深 400 mm，两边坡均为 1∶1。

3.2 完建溢洪道设计

溢洪道位于库区左岸，为开敞式土基溢洪道，末端采用底流消能。溢洪道由引渠段、控制段、泄槽段、出口消能段四部分组成。设计泄量38.0 m3/s，校核泄量91.0 m3/s。溢洪道全长180.0 m。底板与侧墙均为M7.5浆砌石结构，迎水面采用200 mm厚的C30素混凝土护面，并在表层设直径10 mm的钢筋网，间距200 mm×200 mm。两侧挡墙为重力式挡墙，基础厚1.0 m；溢洪道底板厚0.6 m，在结构分缝单元上游侧设齿墙。底板与侧墙均设纵横伸缩缝，间距10.0～15.0 m。伸缩缝缝宽20 mm，缝内设橡胶止水带、沥青木板及塑料胶泥密封膏。

引渠段总长35.0 m，底板高程597.0 m，底坡1∶35.0。两侧挡墙平面呈弧形布置，左侧长46.0 m，右侧长31.3 m，两侧挡墙高5.0 m。控制段长5 m，底板高程597.0 m，底坡为平坡，底宽7.0 m，两侧挡墙高5.0 m。泄槽段总长145.0 m，底宽7.0 m，底坡在桩号YH0+005—YH0+100 段为 1∶100，挡墙高 4.0 m；桩号YH0+100—YH0+150 段为 1∶5.0，挡墙高 4.0～5.8 m；底板上的纵横伸缩缝下设排水盲沟，沟内填充碎石，并布设排水花管。

出口消能段布设1座消力池，消能形式采用底流消能。根据水力计算结果确定消力池采用矩形断面，底宽由7.0 m渐变至12.0 m，池长20.0 m，底板高程586.0 m，两侧挡墙高5.8 m，出口设消力坎，坎高0.8 m，坎厚0.8 m。底板与侧墙连接处设纵向伸缩缝，缝内设橡胶止水带、沥青木板及塑料胶泥密封膏。

溢洪道地基处理：基础铺设厚600 mm的3∶7灰土垫层。为防止溢洪道泄洪冲刷下游河床，在消力池下游设800 mm厚的格宾笼石护坦，长10.0 m，宽12.0 m。

3.3 大坝监测设计

根据大坝级别，确定大坝监测设施为表面变形监测。大坝表面变形监测包括沉降监测和水平监测。监测横断面共设3个，桩号分别为B0+036，B0+071，B0+106。监测纵断面共设4个，上游坝坡正常蓄水位以上1个，下游坝坡3个。大坝两岸每排测点的延长线各布置一个工作基点和校核基点，总计共设测点26个，这些测点兼作水平位移和沉降位移监测测点。在下游1.0～2.0 km范围内布设2个水准基点。