商洛市商州区草庙沟水库除险加固工程方案浅析

2015-08-15张卫锋

陕西水利 2015年3期

张卫锋任平

（商洛市商州区水利工作队陕西商洛 726000）

1 工程概述

草庙沟水库位于陕西省商洛市商州区城关街道办事处傅村境内，属长江水系丹江一级支流的黄沙河，距商洛市市区（商州区）西北约2.5km，属城关街道办事处管辖。该水库1958年1月动工兴建，1960年4月竣工，水库坝址以上控制流域面积2.75km2，总库容22.9万m3，其中兴利库容13万m3，滞洪库容7.1万m3，死库容2.8万m3，是一座以防洪为主，兼灌溉、养殖、旅游、供水等综合利用的小（2）型水库。

草庙沟水库枢纽工程由粘土心墙堆石坝、开敞式溢洪道、卧管式放水洞三部分组成，水库为Ⅴ等工程，主要建筑物等级为5级。

水库自运行以来，在防洪方面发挥了重要作用，明显减少了下游城区洪涝灾害。但由于长期缺乏专人管理，同时因贫困山区县乡财政极度紧张，缺乏资金维修养护，使工程自然老化失修，隐患问题没有得到彻底解决，病险情况日益加重，大坝护坡砌石严重脱落，左坝肩、坝脚渗漏，溢洪道左侧滑坡脱落，砂石堆积溢洪道，卧管多处漏水，导致水库一直带病运行，时刻威胁着下游人民群众的生命财产安全。

2 病险问题

水库建成以来，早期在防洪、灌区农业和经济发展中发挥了重要作用，但由于工程建设时期准备不足，仓促建设，加之受历史条件和生产力水平影响，施工手段落后，没有完善的质量保证体系，工程施工质量很差。大坝坝肩及坝脚渗漏；坝体施工质量控制不严；放水设施损坏严重，溢洪道不具备安全泄洪条件，这些问题致使工程多年来带病运行。

（1）大坝坝顶宽度较小，不符合规范要求。坝体迎水坡砌石护坡局部脱落；左岸坝肩、坝脚渗漏严重，背水坡坡比较陡，坝坡无排水设施，坝体植被化严重。

（2）溢洪道建设标准低，施工质量差，进口边墙浆砌石有裂缝，表层脱落、破损严重。溢洪道砌石底板凹凸不平，局部损坏；末端无消能措施；左岸高边坡，经常滑塌，且溢洪道内植被化严重，严重影响泄洪安全。

（3）无上坝道路，只能从下游307省道沿河道小路进入库区及大坝，不能满足防汛抢险需要。

（4）放水设施有损毁、渗漏，且操作极为不便。

（5）大坝无变形、渗流、浸润线等观测设施，无水文监测，无法准确掌握雨情、水情、汛情。

（6）水库无管理设施。

3 除险加固方案

3.1 工程任务

针对水库存在的主要安全隐患及存在问题，除险加固工程的主要内容如下：

（1）对草庙沟水库坝体上游进行整修，清除污物，下游坝坡培厚加固处理，左坝肩防渗处理。

（2）对放水卧管和涵洞修复加固。

（3）溢洪道修复加固，在末端增加消能设施，溢洪道进口左岸边坡削坡。

（4）增设安全监测设施、管理站房。

(5)新修上坝道路，以便防汛抢险和日常管理。

3.2 大坝加固处理

3.2.1 大坝坝顶道路

原设计坝顶宽度为3.2m，不满足防汛车辆行车需要。通过对下游坝坡培厚，使坝顶宽度达到4.3m（含防浪墙宽度0.8m），即坝面行车宽度为3.5m。坝顶道路按四级道路标准设计，30cm厚泥结石路面，下部设30cm厚砂砾石垫层。在坝顶下游侧布置1m高混凝土防护栏杆。

3.2.2 迎水坡改造处理

原大坝上游护坡为干砌石，由于施工质量差，经过多年迎水冲刷，目前部分砌石脱落，植被化严重。对迎水坡仅进行整修改造处理。清除坝面植被、杂物，按照原设计坝坡比降698.18m至679.29m高程坡降为 1∶1.95，698.18m至702.0m高程坡降为1∶1.83，对砌石脱落、不平整等部位采用干砌石整修处理。

3.2.3 背水坡培厚加固处理及增设排水系统

原大坝下游坝坡比较陡、有局部沉陷和冲坑、无排水沟、植被化严重。下游坝体进行培厚加固处理，坝坡表层设计采用4m×4m混凝土花格30cm厚干砌石护坡，加固后由一级马道690.35m高程向上培厚至坝顶702.30m，坡比为1∶1.5，一级马道宽4.5m，一级马道690.35m向下至682.16m高程，坡比为1.1.75。同时由坝顶702.30m至682.16m高程，布置一道1.2m宽M7.5浆砌石踏步。在坝体下游682.16m高程至坝基678.96m，设置排水棱体，其结构形式由坝基先铺筑20cm厚粗砂垫层，再铺筑20cm砂砾石垫层，后砌筑干砌块石至682.16m高程，背坡砌石坡比为1∶1.5。排水棱体末端接下游坝坡横向排水渠，排水渠靠近大坝侧采用干砌石，远离坝侧及渠底采用M7.5浆砌石，底宽0.4m，高0.5m。两侧岸坡设置纵向排水沟，将水直接导入下游河床。岸坡排水沟采用M7.5浆砌石，排水沟为梯形断面形式，底宽 0.4m，深0.4m，顶宽0.8m。

3.2.4 左坝肩防渗处理

灌浆处理，帷幕下限应深入弱风化岩体2.0m～3.0m。

左坝肩与坝坡结合部设桩号0+000，沿坝轴线向左坝坡延伸3.50m，桩号0-003.5；向右侧桩号0+024.5范围内，灌浆轴线总长28m，均为单排灌浆孔，孔距均为2.0m，布设灌浆孔15个。布设灌浆质量检查孔2个。

灌浆所用材料为水泥和粘土两种，所配制的浆液有：水泥浆和粘土浆。

3.3 放水建筑物修复加固

草庙沟水库放水设施主要为放水卧管和涵洞。目前放水卧管渗漏严重，卧管放水方式，操作极为不便。输水涵洞进水口因挡墙损坏，坝面零石塌落，造成放水设备损坏或无法正常工作。

鉴于目前放水卧管和涵洞的布置形式，并结合周边的地质、地形条件，本次加固为不使工程规模和投资过大，拟定两个方案进行比较选择。

方案一（推荐方案）：

（1）对原放水涵洞进水口采用M7.5浆砌石进行加固整修，并在下游坝坡涵洞出口，按原涵洞尺寸延长涵洞至侧坡排水沟，共计长7.00m。

（2）顺上游坝坡方向新修放水卧管，采用五级放水结构，每级高1.50m，每跨3.20m，卧管总长19.32m。每级卧管通过坝面踏步相连，踏步宽0.30m。卧管顶板坡比1∶2.0，底板坡比1∶2.5，底板底部先铺设0.30m厚碎石垫层，表面浇筑0.20m厚C20钢筋混凝土。进水口高程690.55m。放水口一至四级闸门采用0.50m×0.50m平面铸铁弧形螺杆闸门、五级闸门采用0.5m×1.00m平面铸铁弧形螺杆闸门控制，采用手动顶摇式启闭机。

方案二（比较方案）：

（1）对原放水涵洞进水口采用M7.5浆砌石进行加固整修，并在下游坝坡涵洞出口，按原涵洞尺寸延长涵洞至侧坡排水沟，共计长7m。

（2）拆除放水卧管进水口，重新采用C20钢筋混凝土浇筑并预留直径0.62m，高0.15m的“企口”型进水口，根据预留进水口尺寸预制直径0.60m的C20钢筋混凝土进水孔盖，在孔盖顶设置两根钢筋吊环，方便移动进水孔盖。

两种方案分别从主要工程量、运行的可靠性、施工难易、日常维护及造价等多方面进行比较。方案一运行安全可靠，操作方便，日常维护较容易，每级结构都相似，施工难度不大；而方案二虽然工程量及造价都较少，结构较简单，较容易施工，但运行安全可靠性较差，只有在枯水期养护，日常维护比较困难。综合考虑，方案一优于方案二，故推荐方案一。

3.4 溢洪道加固

溢洪道位于大坝左岸，断面为开敞式宽顶堰，全长132.5m。设计流量33.72m3/s。堰前进水段长9.4m，进口段底高程699.87m；进口段最小宽度10m，泄槽段长83.3m，陡坡段长39.8m，出口底宽2.9m，上口宽3.8m。溢洪道为浆砌石全断面衬砌。

加固溢洪道由控制段、泄槽段、一级陡坡、挑坎、消力池段五部分组成，总长172.8m。

（1）控制段

控制段为宽顶堰，长5m，梯形断面，堰顶高程699.87m，进口底宽12.5m，顶宽13.5m，底板厚0.8m，底板采用C20钢筋混凝土衬砌，边墙顶宽0.6m，底宽1.1m，边墙0.2m厚采用C20钢筋混凝土衬砌，其它部分采用M7.5浆砌石砌筑。

（2）泄槽段

泄槽段长80.00m,桩号0+005.00～0+085.00，梯形断面，底板宽度12.5m～5.2m，首端底部高程699.87m，末端底部高程696.33m，底板采用0.3m厚C20钢筋混凝土衬砌，边墙顶宽0.4m，底宽0.6m，高2.0m，采用M7.5浆砌石衬砌，M10水泥砂浆抹面。

（3）一级陡坡

一级陡坡段长53.10m，桩号0+085.00～0+138.10，渠底高程 696.33m～689.47m，纵向坡比i=0.129，梯形断面，底板宽 5.2m，厚 1m，上部采用 0.3m厚 C20钢筋混凝土面，下部设0.7m厚M7.5浆砌石结构。边墙顶宽0.4m，底宽0.6m，高2m～2.3m，采用M7.5浆砌石衬砌，M10水泥砂浆抹面。

（4）挑坎

溢洪道末端消能方式采用挑流消能，桩号为0+138.10～0+144.82。挑坎设计挑射角度θ=20°,反弧半径R=8m，反弧最低点的高程为689.40m，鼻坎高程689.88m，挑坎宽5.2m，采用C20钢筋混凝土浇筑。两侧挡墙采用M7.5浆砌石砌护，顶高688.47m。

（5）消力池段

桩号0+144.82～0+172.80为消力池段，长27.98m，池底高程680.0m，底宽15.4m，底板厚1m，采用0.3m厚C20钢筋混凝土面，下部设0.7m厚M7.5浆砌石结构。侧墙顶宽0.5m，底宽1.55m，墙高3.5m，采用M7.5浆砌石砌筑。

为防止水流对消力池末端河床掏刷和冲击，在消力池末端增设铅丝笼块石海漫，厚1.0m，长2.5m。在消力池末端海漫连接退水渠，退水渠与消力池轴线夹角为121°16′17″。