孙曲水库除险加固工程设计简述

裴林刚

（临汾市尧都区水利局，山西 临汾 041000）

1 工程概况

孙曲水库位于临汾市尧都区孙曲村南的汾河支沟南沟内，是一座以灌溉、防洪为主，兼有养殖的调蓄七一渠来水的小（二）型旁引式水库，总库容24.41万m3，控制流域面积2.06 km2，产流地类为耕种平地，汇流地类为黄土丘陵阶地区，河道纵坡16.3‰，河道长度3.36 km。水库设计灌溉面积166.67 hm2，可保护下游2个村庄，0.38万人，333.33 hm2耕地，一条二级公路的防洪安全。

2 工程现状及存在问题

水库枢纽工程由大坝、输水洞组成。大坝为均质碾压土坝，最大坝高10 m，最大坝底宽64 m，坝顶宽9 m，坝顶长140 m，总库容16万m3，坝下建有一条无压拱涵作为输水洞，1992年将坝顶改为二级公路，加宽加高了大坝。最大坝高12.62 m，坝顶高程433.00 m，坝顶宽17.5 m，坝顶长140 m，上游坝坡1∶2，下游坝坡1∶2，上游坝坡设有干砌石护坡。

输水洞位于大坝左侧，为城门洞型无压涵洞，洞身长48.8 m，进口高程425.95 m，出口高程425.80 m，纵坡1/300。涵洞底宽0.8 m，侧墙高0.8 m，拱高0.4 m，侧墙、底板为浆砌石结构，拱顶为砌砖拱。

检查时发现大坝迎水坡原有干砌石护坡损坏严重，部分坝面塌陷，上下游坝坡不规整，有几处大的冲坑，其中最大的1号冲坑位于坝顶上游侧坝坡上，坑顶高程433 m，坑长4 m，宽4 m，深5 m以上，并与上游坝坡高程428.37 m处小的2号冲坑贯通，2号冲坑0.5 m×0.5 m（长×宽），坑深1.8 m。坝基下存在透水层，下游坝脚外有渗水现象。输水涵洞进口无控制设施，上游段10 m内坍塌。大坝无观测设施、无管理房。

2011年8月，临汾市水利局对孙曲水库进行了大坝安全鉴定，鉴定结论为3类坝。

3 除险加固设计方案

此次除险加固内容主要包括大坝整修加固、输水洞维修改造、坝基防渗处理、增设必要的管理观测设施和新建管理房等。

3.1 大坝维修加固

大坝坝顶改造：水库坝顶为二级公路，设计坝顶路面宽17.5 m，为沥青碎石路面，路面以1%坡度向上下游倾斜，在坝顶上下游侧增设排水沟，排水沟尺寸0.4 m×0.3 m，采用M10水泥砂浆砌石砌筑，总长度234.19 m。

大坝上下游坝坡整治与塌坑处理：首先对上下游坝坡出现的塌坑进行开挖清理后分层回填夯实；然后将现状坝坡清除厚度0.3~0.5 m，上游坝坡按设计断面人工削坡整平，坡比1∶2，下游坝坡进行土料回填，分层压实，培厚至设计断面，坡比按1∶2整治。

大坝上下游坝坡护坡、排水沟、下游贴坡排水工程：大坝上游坝坡因长期受波浪、水位涨落、雨水及气温变化等因素影响，原有干砌石护坡破坏严重，为加强上游坝坡的稳定，保护底层土料不受水流冲刷，对上游护坡进行改建，改建范围为桩号0+028.523—0+131.36，高程 423.18～433.00 m，全部采用浆砌 C20 混凝土预制块护坡，护坡从外到内依次为15 cm厚边长30 cm六棱体预制块、20 cm厚碎石、20 cm厚砂砾料。在坝与岸坡接合处设M10水泥砂浆砌石排水沟与坝顶排水沟相连。

下游坝坡设草皮护坡，下游坝脚设贴坡排水，贴坡反虑高程 422.88～421.63 m，边坡 1∶2，铺设材料自外而内依次为30 cm厚干砌石、20 cm厚碎石（平均粒径7 mm）、20 cm厚砂砾料（平均粒径1 mm）。下游坝坡、岸坡及坡脚设纵横向排水沟，排水沟尺寸分别为0.4 m×0.3 m和1.3 m×0.3 m，墙厚、底板厚均为0.3 m，纵向、横向、坝脚排水沟互相连接形成整体排水系统。另外，为管理方便，在下游坝面从大坝坝顶至坝脚设人行道踏步两条，宽1.5 m，采用M10水泥砂浆砌块石。

3.2 输水洞维修改造

输水洞位于大坝桩号0+076.40处，由进口、洞身、出口陡坡段组成。将坍塌的上游段拆除重建，长10 m，重建涵洞与原涵洞连接，为圆拱直墙式，高1.2 m、宽0.8 m。洞内内衬钢管，钢管规格直径630 mm，壁厚8 mm，长44.9 m，出口设闸阀控制，末端增设消力池。改建后的输水洞由进口段、洞身段、控制段、出口消力池段四部分组成。

进口段为八字墙进口，底高程425.95 m，长3.0 m，宽度由2.408 m渐变到0.8 m，为M10水泥砂浆砌石结构，侧墙为重力式挡土墙，顶宽0.3 m，底宽1.0 m，墙高2.0 m，底板厚0.4 m。

洞身段内衬钢管全部封堵，采用泵送C20混凝土封堵方案，具体施工每10 m自上游向下游分段施工，各段堵头采用M7.5水泥砂浆砌砖结构，均为0.24 m厚，堵头预埋泵送管道及直径100 mm的PVC通气孔，施工完后堵头仍保留并切断泵送管道。

放水由出口闸阀控制，出口设直径600 mm蜗轮传动双法兰蝶阀，并设C20混凝土阀门井。

出口消力池段，拆除现状输水洞出口陡坡段，钢管出口接陡坡明渠，坡度1∶3，渠深1.0 m，底宽0.8 m，末端设消力池，池长6.5 m，池深0.5 m，宽0.8 m，侧墙为重力式挡土墙，顶宽0.4 m，底宽0.65～0.9 m，底板厚0.5 m。消力池后设长5 m、深0.8 m、宽0.8 m的防冲段。陡坡明渠、消力池及防冲段均为M10水泥砂浆砌石结构。

3.3 坝基防渗处理

筑坝土为壤土，坝基有透水层，为细沙层，渗透性较强。高程420.38～418.10 m，层厚2.3 m左右，筑坝时未做防渗处理，下游坝脚有渗流现象，根据现状工程地质情况，水库蓄水后，由于坝基未做防渗处理，库水位蓄到正常高水位431.37 m时，坝后渗流加大，因此需对坝基防渗处理。结合现状情况，采用明挖回填截水槽处理，截水槽设在大坝上游侧，截水槽中心线距坝顶中心线36.3 m，截水槽底宽3.0 m，开挖边坡1∶1.5，1∶1，长 44.6 m，截水槽采用与坝体相同的土料填筑，压实度不小于0.96。

3.4 大坝安全监测设计

大坝根据具体情况设置坝面垂直位移、水平位移和渗流量。

简易观测设施：对大坝的水平位移和垂直位移进行观测，在大坝坝顶下游侧设一排两种观测合用的沉陷观测桩，每排2个，桩号分别为坝轴桩号0+030和0+110，并在大坝两岸坡的原状土地基上分别设工作基点校核基点2个。水平位移观测采用视准线观测，垂直位移观测采用普通水准测量观测。从大坝一侧的观测基点起观测到另一侧基点，然后再返回观测起始基点。

坝体渗漏量观测：利用下游坝趾集水沟进行观测。

3.5 管理站

根据工程管理需要，在库区左岸的台地上新建管理站，管理站占地面积21.33 hm2，建管理房3间，建筑总面积50 m2，修管理站到公路间的通行道路236 m，宽4 m。结合管理站用电要求，在管理站院内设30 kVA变压器1台。

4 结语

通过采取上述除险加固工程措施，消除了大坝、输水洞等方面存在的安全隐患，确保了水库的安全运行，发挥了水库更大的经济效益。