沙蒋水库大坝加固工程设计

2015-08-19王洪兴商丘市金龙水利工程有限公司

河南水利与南水北调 2015年14期

□王洪兴（商丘市金龙水利工程有限公司）

0 引言

长期以来,水利工程在防洪、排涝、抗旱、减灾等方面对国民经济的发展做出了重大的贡献,同时在工业生产、农业灌溉、居民生活、生态环境等生产经营管理中发挥了巨大作用。所以应该加强对水利工程建设的重视程度，保证水利工程建设事业的快速发展。在水利工程中，大坝工程是其重要的组成部分，其质量的好坏直接影响水利工程建设的整体质量。

1 沙蒋水库概况

沙蒋水库位于河南省林州市陵阳镇沙蒋村东约lkm 处，属于海河流域卫河水系，是洹河支流上的一座以防洪、工业供水和灌溉为主的小（2）型水库，是红旗渠灌区调蓄配套工程。水库上游控制河道长度0.80km，河道比降10.65×10-2，坝址以上控制流域面积0.50km2,水库总库容18 万m3，兴利库容13 万m3，死库容0.70 万m3，设计灌溉面积33.33hm2。沙蒋水库下游有官庄西水库和横水镇海洼村，保护人口1000 余人，耕地80hm2，另外在下游500m 处有建成的林长高速。沙蒋水库在发挥防洪和灌溉作用的同时，还为红旗渠经济技术开发区提供水源，对林州市工业建设发挥重要作用。

沙蒋水库下游紧邻的官庄西水库控制流域面积l.00km2。洪水标准为20a 一遇设计，200a 一遇校核。正常蓄水位193.70m，兴利库容18 万m3;20a 一遇设计洪水位194.89m，相应库容21 万m3;200a 一遇校核洪水位195.46m，相应库容23 万m3。

2 沙蒋水库组成部分

沙蒋水库于1975年10月动工修建，1977年12月完成。水库枢纽由大坝、溢洪道、输水洞等建筑物组成。

2.1 大坝

沙蒋水库大坝为均质土坝，由东向西再向北，平面呈“L”型，坝顶全长370m，顶宽4m 左右，坝项高程为212.53～213.46m，最大坝高16.30m，上游边坡为1:2.50～1:3.30,下游边坡为1:2。大坝上游坝坡无护砌，下游坝坡无排水沟，坝脚无排水棱体。坝顶道路现状为土路，路面坑洼不平。大坝无任何观测设施。

2.2 溢洪道

溢洪道位于大坝左端，为开敞式溢洪道，全长105.50m，进口高程为210.78m，最大泄量为15m3/s。控制段、泄槽段均为矩形断面，底坡呈阶梯型，底宽4m，采用浆砌石砌筑，两侧浆砌石挡墙高2m，顶宽0.60m。溢洪道末端无消能设施。现状进口段导墙损坏严重，由于纵坡坡度大，底部冲刷严重，局部挡墙浆砌脱落，出现裂缝。

2.3 输水洞

输水洞位于大坝中部，L 型的转折处，进口底高程为202.33m。上游段为DN400 无缝钢管，管道末端设挡水隔墙；下游段工作洞为砌石涵洞结构，总长14m，洞内设砌石明渠与上游无缝钢管连接，出口4m 处现状设有一扇铁门。砌石涵洞断面尺寸为1.50m×2.10m，城门洞形。明渠净宽0.80m，深1m，上有混凝土盖板。钢管末端设手动控制阀门，输水洞最大泄量0.27m3/s。输水洞现状存在问题：下游坝坡培厚后，工作洞长度不够；涵洞砌筑质量差，年代较长，局部变形，浆砌脱落，出现裂缝；控制闸门及启闭设施现已锈蚀损坏，无法正常使用。

3 沙蒋水库大坝存在问题

根据安全评价报告及鉴定核查意见，大坝存在的主要问题：大坝防洪标准低；坝体压实度达不到规范要求，筑坝材料不合格、填筑质量差；上游坝坡无护坡；下游边坡不稳定，下游坝坡浸润线出溢点高，下游无排水设计。

依据《碾压式土石坝设计规范》(SL274-2001)第4.2.3 条，粘性土的填筑密度以压实干密度为设计指标，并按压实度确定，对3 级中、低坝及3 级以下的中坝压实度应为96%～98%，压实度取为96%，以控制干容重为16.80kN/m3，对坝体填料进行质量评价。根据本次勘探揭露的坝体地层情况，坝顶以下2.00m 厚度坝体填土压实度为83%，干密度为14.70kN/m2,渗透系数为4×10-3cm/s，填筑质量较差。

现状上游边坡为1：2.50～1：3，坝坡无护砌。现状下游边坡为1：2，根据稳定复核计算，下游坝坡不稳定，下游坝坡高水位时浸润线出溢点高，在正常蓄水位时不满足渗流要求。

4 沙蒋水库大坝加固工程设计

4.1 水库大坝加固必要性

水库是解决当地严重缺水、脱贫致富的命脉工程,对大坝进行加固是确保水库安全运行的需要，也是地区经济和社会发展的要求。目前，水库为农田提供灌溉水源，水库大坝加固对灌区扩建有重大意义。水库大坝建库以来到目前存在安全隐患，水库带病运行威胁下游居民生命财产安全，所以，为保证水库大坝安全运行，促使工程综合利用效益充分发挥，为该地区经济持续、快速、健康发展提供安全保障，水库大坝加固非常必要，也十分紧迫。

4.2 大坝加固工程设计

4.2.1 大坝防渗工程

为解决坝顶以下2.00m 厚度坝体为中等透水、高水位时易形成渗漏以及下游坝坡高水位时浸润线出溢点高的问题，本工程设计将（桩号0+000～0+200）现状坝顶以下2.00m 厚度坝体进行翻修，开挖至高程210.65m，然后重新填筑分层碾压至高程212.65m；下游坝脚设排水棱体。

4.2.2 上游坝坡工程

根据大坝现状上游坝坡情况及坝坡稳定计算，本工程设计上游边坡高程208.60m 以上为l：2.50，高程208.60 以下为1：3。

C20 混凝土护坡(桩号0+000～0+300)。混凝土护坡厚度为120mm，分块尺寸1.80m ×2.80m（宽×高）分缝处填0.20m 宽C20 无砂混凝土，混凝土抗冻等级F100，抗渗等级为W4。从坝顶高程212.65m 至上游坝脚，先铺设150mm 厚碎石垫层，然后浇筑C20 混凝土护坡。护坡在坝脚及两侧与岸坡结合处设置C20 混凝土齿墙，高0.45m，宽0.30m。

现状上游坝坡无踏步，本工程设计在桩号0+187 处设一道踏步由坝顶至坝脚。踏步及两侧路沿石均采用C20 混凝土现浇，踏步净宽2m，每阶高0.15m、宽0.37m，路沿石宽0.20m，高0.25m。

4.2.3 下游坝坡工程

下游坝坡（桩号0+000～0+300）培厚后，进行修坡、平整，植草护坡。

现状下游坝坡无排水沟，为防止雨水冲蚀下游坝坡，设计新建5 道横向排水沟和1 道纵向排水沟。排水沟采用矩形断面，口宽0.30m，深0.35m，两侧边墙及沟底厚度均为0.10m，采用C20 混凝土结构。

现状下游坝坡无踏步，本工程设计在桩号0+187 处设一道踏步由坝顶至坝脚。踏步及两侧路沿石均采用C20 混凝土现浇，踏步净宽2m，每阶高0.15m,宽0.37m，路沿石宽0.20m，高0.25m。

现状下游坝坡坡脚处无排水棱体，根据大坝浸润线复核计算，下游坝坡高水位时浸润线出溢点高，在正常蓄水位时不满足渗流要求。下游官庄西水库正常蓄水位为193.70m，校核洪水位195.46m，为防止校核洪水淘刷沙蒋水库坡脚，排水棱体高程按照设计洪水位加波浪超高确定。排水棱体采用块石堆筑，长约80m，顶高程为196.70m，顶宽1m，高3m，内坡1：1，外坡1：1.5，与坝体粘土部分接触部分设反滤层，反滤层包括200mm 厚碎石垫层和200mm 厚砂垫层。

4.2.4 坝顶工程

坝顶道路现状为土路，宽度4m 左右，路面坑洼不平。坝顶路面设计为泥结碎石路面（桩号0+000～0+370），全长370m，路面净宽3.50m，厚150mm，路面中心高程为212.65m，坝顶路面向下游按1.50%放坡。路面下游测设矩形C20 混凝土路缘石，高700mm，宽200mm，每段长1m，采用现场预制并砌筑。

坝顶（桩号0+000～0+370）设M7.5 浆砌石防浪墙，C20 混凝土压顶，全长370m，防浪墙每10m 设一道缝。防浪墙墙顶高程213.45m，砌石墙厚0.30m，高0.89m，前后齿宽0.25m、厚0.50m。