团泊水库除险加固工程设计

任　杰　苗　青



团泊水库除险加固工程设计

任杰苗青

摘要团泊水库位于天津市静海县，水库始建于1976年，原设计库容0.98亿m3。1993年，对水库进行了加高加固，库容增加至1.8亿m3，使团泊水库成为天津市唯一由区县水务局管理，兼有蓄水、供水、水产养殖和环境生态等多功能的大（2）型平原水库。2005年8月对水库进行首次安全鉴定，鉴定结论为三类坝，需对水库进行除险加固。

关键词病险水库安全鉴定除险加固处理方法团泊水库

团泊水库位于天津市静海县东15 km，独流减河南，运东大三角地区。水库总占地面积60 km2，蓄水面积51 km2。水库四周围堤总长33.36 km，其中水库北堤为独流减河右堤，长度7.33 km，东堤长9.88 km，南堤长3.54 km，西堤长12.61 km，水库围堤为碾压式均质土堤。

水库始建于1976年，属 “三边工程”，原设计库容0.98亿m3。1993年水库进行了增容，在原堤基础上增加填土高度，根据设计堤顶高程和宽度，将堤中心向库区内偏移6 m，围堤沿迎水面边坡向内填筑。相应围堤长度发生变化：北堤长度7.296 km，东堤长9.828 km，南堤长3.512 km，西堤长12.585 km，围堤总长33.221 km，增容后水库库容为1.8亿m3，其中兴利库容为1.42亿m3，东、南、西三主堤顶宽10 m，顶高程8.50 m，内外边坡均为1∶4，北堤顶宽8 m，坡比为1∶4。库内防浪平台顶高程6.5～7.5 m，北堤宽30～50 m，其余三堤宽10 m。水库围堤设有5座穿堤涵闸，分别为小团泊扬水站1#涵闸、大邱庄扬水站机蓄闸、管铺头机蓄闸、管铺头低水引水闸及胡连庄引水闸。

1　工程存在的问题和首次安全鉴定结论

1.1工程存在的问题

水库建成运行30年来，出现了诸多问题，影响着水库的安全运行。2005年11月对团泊水库进行了安全鉴定工作，其主要有如下问题：

（1）围堤裂缝、暗沟、塌坑较多。自水库建成以来，1994年至1996年连续高水位蓄水，1997年至2002年又连续空库，使围堤干裂内部形成裂隙，甚至形成纵横裂缝，缝宽1～5 cm，降雨后雨水流入裂缝形成暗沟，甚至形成天漏或塌坑，深度达40～50 cm。本次检查共发现浪窝38处，积水坑95处，纵向裂缝1条，横向裂缝3条。横向裂缝最大缝宽5 cm，纵向裂缝最大缝宽2 cm。

（2）围堤渗漏问题。围堤存在着大小不一的渗漏通道，水库外侧尤其是西堤、南堤和部分东堤均是养鱼池塘，在池塘无水季节堤外有渗漏现象，渗漏溢出点位置一般在池塘底以上30～50 cm，局部堤段在背水面坡堤脚存在严重积水。

（3）围堤断面削弱。团泊水库二期增容以来，经连续几年高水位运行，围堤迎水面坡受风浪淘刷，断面削弱。南堤及东堤坡面被风浪冲刷出高达1.5 m左右的立坎，还曾发生堤坡柳树被连根冲走的现象。西堤最严重处防浪平台被风浪吞噬4～6 m。

（4）围堤受冰凌破坏较为严重，冬季冰凌爬坡、切穿防浪平台的现象较普遍，加剧了无冰期风浪对堤身的淘刷。迎水面已做现浇混凝土板护砌的13.80 km堤段抗冰凌及风浪淘刷的效果较好，未护砌的19.421 km堤段围堤迎水面破坏严重、土壤流失严重。

（5）堤顶交通困难。除11+000—13+000段2 km堤顶为柏油路面外，其它堤段无硬化路面，堤顶有很多马槽、狼窝、塌坑等，雨天泥泞不堪，车辆无法通行，防汛只能走水路。

（6）5座穿堤涵闸结构破损，闸堤间存在不均匀沉降。闸门及机电设备陈旧老化。

（7）水库观测设备不完善，不满足规范要求。

1.2首次安全鉴定结论

按照 “水库围堤安全评价导则”和 “水闸安全鉴定规定”，同意综合分析确定该水库为三类坝。针对该水库存在的实际安全问题，进一步查明堤身质量，查明堤基液化和渗流不稳定地段的范围，并结合当地经济社会发展对水库提出的新要求，制定安全加固方案，提高水库的经济效益，确保水库蓄水安全。在水库实施除险加固前，建议水库安全运行水位不超过5.0 m。

1.3水利部核查意见

2007年10月30日，水利部水利建设管理总站对团泊水库三类坝安全鉴定结果进行核查，核查意见如下：

围堤超高严重不足，现有堤顶高程不满足工程安全要求。围堤迎水面坡未做护坡堤段，受冰凌、风浪冲击，破坏严重，致使堤防断面严重削弱，影响围堤安全。围堤填筑质量差，清基不彻底，堤身裂缝、暗沟、塌坑较多，部分堤段有松散土层。地基低液限粉土，渗透系数偏大，渗水严重。堤身、堤基存在渗流破坏安全隐患，近堤脚的鱼塘对堤基和堤背水面坡渗流稳定不利。现运行的4座水闸，抗震性能差，闸、堤间有不均匀沉降，接合部位存在渗流破坏安全隐患。闸身混凝土质量差，标号低，碳化、冻融破坏严重，钢筋锈蚀裸露，强度降低。闸门启闭设备陈旧老化，运行困难，不能安全运行。对围堤和穿堤涵闸地震液化的危害性，在初步设计中需充分论证，研究相应加固措施。同意三类坝鉴定结论。

2　除险加固设计

2.1设计原则

根据水库安全鉴定结论及本地区发展总体规划要求，通过方案比较推荐切实可行的除险加固方案，保证水库原功能不变。

2.2工程等别和建筑物级别

团泊水库总库容1.8亿m3，按SL252—2000《水利水电工程等级划分及洪水标准》为大（2）型水库，工程等别为Ⅱ等，围堤及穿堤建筑物级别均为2级。

2.3水文气象

静海县地处半湿润大陆性季风型气候区，主要特点是四季分明，春季干旱多风，夏季炎热多雨，秋季晴朗气爽，冬季寒冷干燥少雪。

根据静海气象站1971—2003年资料统计气象特征值，多年平均年降水量为552.1 mm，降水量年际变化较大，年内分配不均。降水量主要集中在6～9月，最大年降水量发生在1977年，为1 188.2 mm；最小年降水量发生在 1999年，为307.3 mm；多年平均气温为12.5℃，极端最高气温41.6℃，极端最低气温-19.9℃；多年平均水面蒸发量（Φ20 mm）为1 848.6 mm，蒸发以5～6月份为大，造成春旱频繁发生；多年平均风速为2.7 m/s，最大风速为22.0 m/s，年最多风向NNW。

工程区最大冻土深度70 cm。

2.4工程地质

团泊水库位于天津市南侧，地貌属于冲积海积平原的滨海洼地，隶属华北平原一部分，地势自西南向东北微倾，地面坡度一般1/6 000左右。

本区位于冲积海积平原上，地势平缓。含水层多为低液限粉土、低液限黏土、粉砂层，浅层地下水类型为孔隙潜水。接受大气降水补给，径流微弱，蒸发或向低洼处排泄。浅层地下水位随季节上下波动。水位埋深一般为0.50～2.40 m，据区域资料水质多为半咸水—咸水，对混凝土没有腐蚀作用。

2.5地震动参数及地震烈度

根据GB 18306—2001《中国地震动参数区划图》，本工程区地震动峰值加速度值为0.15g，相当于地震基本烈度为7度；根据GB 50011—2001《建筑抗震设计规范》，本工程区场地抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.15g。

2.6除险加固设计方案

2.6.1围堤

（1）围堤现状堤顶高程在7.1～7.80 m，经计算围堤堤顶高程确定为6.50 m，围堤降低高程后，堤顶宽度不一，范围在8～26 m。围堤削堤至设计高程6.50 m，削堤最大高度1.30 m，削堤同时可消除围堤的表层裂缝及塌坑。降低围堤堤顶高程，满足城市生态水环境的要求。

（2）加固围堤断面：由于降低水库正常蓄水位，围堤顶高程相应降低，与周边地面高差减小，且渗径延长，围堤渗流稳定安全系数提高，满足规范要求。

（3）原有破损护坡拆除重建，原护坡未护砌段增设围堤迎水坡护坡。

（4）增设围堤观测设施。

（5）堤顶增设6 m宽沥青混凝土路面。

2.6.2穿堤建筑物

小团泊扬水站1#涵闸、大邱庄扬水站机蓄闸、管铺头机蓄闸、管铺头低水引水闸原址拆除重建；胡连庄引水闸拆除复堤。增建小团泊低水引水闸。

2.6.3水库浚深

根据水库除险加固设计原则，通过比较，综合考虑各方面原因，确定本次除险加固设计水库最高水位4.30 m，水库浚深2.2 m，最低库底高程-0.50 m，内边线宽度为100 m，相应最大库容为1.8亿m3。

2.6.4水库管理机构

团泊水库管理机构为团泊水库管理处，隶属静海县水务局，全面负责水库围堤工程、扬水站、引水闸、机蓄闸及截排水工程设施的运用、维修，以及水库养殖、旅游等工作。

团泊水库的调度运用归静海县水务局。根据《水利工程管理单位定岗标准》（水办［2004］307号），经核定，管理人员组成基本合理，本次除险加固工程设计编制维持现有人员编制不变。

2.6.5工程管理设施

团泊水库管理处管理用房已经满足现状办公要求，本次设计不增加管理用房面积和办公设施。

2.6.6施工组织设计

2.6.6.1施工导流

本工程为平原水库，水库通过5座穿堤涵闸与周围河渠联系。水库在放空后施工，库内建筑物具备干地施工条件。小团泊扬水站1#涵闸、大邱庄扬水站机蓄闸及管铺头低水引水闸下闸后库堤外侧渠道内积水可自流或抽排，形成干地；胡连庄引水闸及管铺头扬水站机蓄闸需待水库放空后在库堤外侧渠道内静水填筑围堰挡水。

2.6.6.2施工总布置

根据库区范围较大和工程作业内容，划分为4个相对独立施工工区进行布置，分别位于西堤北部（Ⅰ工区）、西堤中部（Ⅱ工区）、南堤中部（Ⅲ工区）和东堤北部（Ⅳ工区），主要施工布置有：值班室、钢木加工厂、综合修配厂、机械设备停放场、管理及生活用房等，弃渣场布置在围堤外侧。

2.6.6.3施工进度

本工程总工期安排14个月，包括施工准备期、主体工程施工期和工程完建期。第1年10月初开始进行进场准备工作并放空水库，第2年11月底主体工程完工。

2.7工程施工

2010年3月工程正式开工，2010年11月工程完工。至今运行良好。

2.8设计特点

团泊水库建于20世纪70年代，当时设计为地上水库，水库水位均较地区地面高，水库蓄水位与当地地下水位形成较大水头差，由于当时施工碾压不到位，在常年水头差作用下，围堤下游侧不同部位出现渗漏点，随时间延长逐渐形成渗透破坏。

本次除险加固设计结合当地发展要求，将地上库改造为半地下库。降低蓄水水位，水库库底浚深，保证原水库库容不变。由于蓄水水位降低，减少了与周边地下水的水头差；由于大堤堤顶高程降低，大堤堤顶宽度增加（最大宽度26 m），延长了渗径，大大增加围堤渗透稳定系数，保证围堤渗流稳定安全。由于围堤高程降低，与周边景观更易结合，有利于周边地区的发展。

3　结语

静海县发展的定位是现代化中等工业城市，实施 “引资兴县”方针，载体建设初见规模。目前正规划建设水体旅游区、新兴工业区、现代物流区、中心商住区、绿色生态区以及高效养殖区六大城市板块，规划建设了静海经济开发区、团泊风景区、天宇科技园、恒泰科技园、子牙环保产业园、县城商贸住宅区以及天马方舟都市生态农业观光园等7个县级重点区域和12个乡镇工业小区。本工程的实施保证了水库运行安全，满足了当地社会经济建设的需要。同时有效地涵养水源，改善库区的周边环境，这为天津市静海县的发展注入新的活力。

天津地区平原水库大多为地上水库，均存在围堤背水侧渗流稳定破坏问题，团泊水库除险加固设计方案为其他水库改造提供成功的改造思路。

中图分类号TV54

文献标识码B

文章编号1007-6980（2016）01-0024-03

作者简介

任杰女高级工程师中水北方勘测设计研究有限责任公司天津300222

苗青女高级工程师中水北方勘测设计研究有限责任公司天津300222

收稿日期（2015-11-13）