张家庄水库除险加固设计方案简述

郭利东

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

1 工程概况

张家庄水库位于孝义市新城南，是孝河干流上一座兼顾防洪、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4697万m3。工程区地震基本烈度为7度。

水库枢纽工程由大坝、溢洪道、输水涵管组成。工程等别为Ⅲ级，主要建筑物级别为3级，洪水标准为100年一遇洪水设计，1000年一遇洪水校核。大坝坝顶公路是连接孝河两岸的主要道路，2011年，在满足水库防洪、灌溉等要求下，将大坝坝顶公路拓宽至36m，溢洪道交通桥加宽至36m。大坝加宽后坝顶长617m，坝顶高程 768.11～767.82m，下游坝坡 1∶2.5，高程762.00m处设2m宽的马道，采用浆砌石护拱和造型花草网格护坡。大坝上游坝坡1∶1.25，高程758.60m处设2m宽的马道，采用混凝土预制块防护。溢洪道位于大坝右岸，进口为宽顶堰，4孔弧形闸门控制泄水，每孔净宽10m，堰顶高程758.61m，设4扇10m×7m的弧形钢闸门。输水涵管位于大坝左端桩号0+066.1处，总长度延长到171.1m， 涵管进口底高程751.61m，进口设2.45m×2.0m的检修钢闸门，出口安装2个直径1m的工作阀门。

2 存在问题

2013年，省水利厅对水库蓄水安全进行了专项检查，并形成了《张家庄水库蓄水安全检查报告》。通过检查发现水库目前存在以下问题：2003年水库除险加固尾工问题，包括溢洪道海漫、输水涵洞洞身加固、坝基液化三项未实施；输水涵洞与外侧建筑物存在接触渗透破坏问题；溢洪道检修门毁坏严重，不能正常运行，备用电源设施陈旧老化，启动困难，闸墩表面存在剥蚀现象；输水涵洞进口检修门不能启闭；大坝下游坝脚管涌现象未彻底解决；大坝安全监测设施不完备，测压管内大部分无水。

3 除险加固工程设计

3.1 除险加固工程尾工问题

由于省、市、县级配套资金没有全部到位，造成2003年除险加固工程初步设计提出的建设内容未全部完成。

3.1.1 溢洪道海漫

2003年除险加固设计海漫长55m，采用干砌石护面，因资金短缺没有实施。2007年，孝义市对大坝以下孝河河道进行了治理，河道治理后，原海漫段河床已用钢筋混凝土衬砌并蓄水，底板厚200 mm，边墙厚500 mm，因此，2003年除险加固时设计的55m长的干砌石海漫不需要进行重新设计。

3.1.2 输水涵洞洞身加固

输水涵管位于大坝左端，分为主管和支管，主管长95.0m，两道支管分别长76.1m。取水口为钢筋混凝土塔式进水塔，进水塔后95m为钢筋混凝土圆形主管，内径1.4m，壁厚30 cm，铺设在混凝土管座上，每10m设截流环一道，基础为亚黏土。主管后叉分成两根内径1.0m的钢筋混凝土管12.1m（支管），除险加固和坝顶公路拓宽加长的64m全部采用钢管外包裹20 cm厚的钢筋混凝土。

目前，钢筋混凝土主管在距检修闸门45m处，管顶有长约2m的环向裂缝，顶部缝宽2～4 mm，因输水涵洞为有压涵洞，洞身开裂后涵管内的压力水将向外流出，会加剧管周围土体的渗漏变形。另外，涵管运行几十年，管内表面由于气蚀及冲刷需进行加固处理。

考虑施工因素，采用壁厚12 mm，内径1m钢管衬砌，水泥砂浆灌浆的加固方法。

3.1.3 坝基液化土层处理

2003年除险加固时对大坝从下游进行了加宽培厚，加固后坝顶高程为768.75m，宽10m，坝底宽130m，2010年采用下游培厚法对大坝坝顶路面加宽，大坝加宽后坝顶高程768.11～767.82m，坝顶长617m，坝顶公路宽36m，坝底宽142m。加宽后原坝脚处覆土厚度达7.1m。

根据《构筑物抗震设计规范》，结合工程实际，认为原坝脚以上地基土液化较轻微，可不计入液化影响，但路基坡脚下游的液化可能影响到下游坝坡安全。

目前大坝下游河床有2个大口井，该井建于1999年，距大坝下游原坝脚约150m，大口井直径30m，井深19m，井壁为无砂混凝土，井底至相对隔水层，单井出水量120m3/h，曾用于临时供水，运行以来未见有细粒土带出。井内水面距地面9～10m，由此可见，大坝坝基地下水位在卵石层中，上层粉细中砂中无水，据此认为坝基不会产生液化，不予处理。

3.2 下游坝脚管涌现象处理

大坝下游坝脚在工程初期运行时曾出现过管涌，20世纪70年代对大坝发生管涌部位采取了反滤措施，80年代管涌现象逐渐减少直至消失，1995年后再次出现管涌。其中1988年、2007年、2012年水库水位曾达到正常蓄水位764.0m以上，但均未发生管涌现象，因此认为坝体渗流基本稳定，不予处理。

3.3 大坝安全监测设计

3.3.1 大坝安全监测工程现状

2010年大坝坝顶路面加宽后，在坝前设置1个水位监测点，在坝体内设置16个大坝浸润线观测点，在坝基布置9个渗透水压力观测点，但设备已全部损坏，不能正常观测。由于大坝无变形观测设施，无法监测整个大坝的渗透和坝体变形情况，故不能准确掌握工程运行状态。

3.3.2 安全监测设计

水库安全观测除日常巡视检查外，本次加固设置了坝体表面变形观测和坝体浸润线观测项目。

外部变形观测包括坝面沉降观测和坝面水平位移观测。根据坝长和坝基地形情况，本次加固设变形观测横断 6 个，分别为 0+060，0+160，0+260，0+360，0+460，0+560，变形观测纵断4个，其中上游坝坡正常蓄水位以上设1个，坝顶下游侧坝坡设1个，坝下游758.00m，751.80m高程各设1个，大坝两岸每排测点连线的延长线上各布置1个工作基点和1个校核基点，大坝下游1～3 km范围内布设2个水准基点，共布设测点22个，工作基点8个，校核基点8个，水准基点2个。测点采用混凝土墩，竖向位移采用精密水准法测量，横向水平位移采用视准线观测。

浸润线观测共设4个观测横断面，观测断面与坝体表面位移观测断面结合布置，桩号分别为0+060，0+260，0+360和0+560，每个横断面上布设4根测压管，其中上游坝坡正常蓄水位以上设1个，坝顶道路中间设1个，坝顶下游侧坝坡设1个，下游坝脚处设1个，共设坝体浸润线观测管14根，测压管均深入至坝基砂卵石层中，采用人工观测。

3.4 电气及金属结构设计

本次除险加固工程金属结构设计包括更新输水涵洞进口检修闸门及其启闭设备。

根据闸门运行条件，闸门设计为定轮式平板钢闸门，上游止水。闸门使用原门槽，本次更新门叶和起吊设备。启闭设备选用QPQ-10 t固定卷扬式启闭机起吊，启闭机容量100 kN，扬程13m，电机功率3.5 kW，数量为1台。

电气改造内容：更换溢洪道备用电源柴油发电机组，功率50 kW。更换柴油发电机电缆为VV-3×35+1×16。在箱变内的变压器低压侧增加一个双投开关，型号为HS13BX-100/31，用于备用电源与主电源的切换。更换输水涵洞启闭机动力配电箱，型号为XXL-53型壁挂式动力配电箱。配电箱兼作启闭机的启动控制箱，启闭机的启动采用星三角启动方式，启闭机回路断路器额定电流为16 A。

3.5 抢险石料堆放

水库配备抢险石料3000m3，放置在大坝左坝肩处。堆码石垛要求每垛高1m，长10m，宽10m，共30垛，垛间距1m。石垛采用水泥砂浆抹边、抹角，抹面宽度0.2m，石垛的五个面要求平整，纵横断面范围内凹凸不超过5 cm，石垛无缺石、坍塌、倒垛、杂草等。石垛编号和方量应标注清晰。标注尺寸长0.6m，宽0.4m，用水泥砂浆抹平，边角整齐，白底黑体红字油漆喷制，边框2 cm，线宽1 cm。

4 结论

通过此次除险加固，张家庄水库的病险问题得到了有效解决，提高了大坝的稳定性，使水库的运行更加可靠，同时充分发挥了水库的经济效益和社会效益，确保了沿岸群众的生命财产安全。