笔架山水库除险加固工程规模复核及维修方案探析

李景权，慕景洋

(1、笔架山监狱 黑龙江 双鸭山155913；2、大庆油田水务公司，黑龙江 大庆 163454)

笔架山水库除险加固工程规模复核及维修方案探析

李景权1，慕景洋2

(1、笔架山监狱 黑龙江 双鸭山155913；2、大庆油田水务公司，黑龙江 大庆 163454)

笔架山水库始建于解放前伪满时期，解放后经多次建设，只完成泄洪闸及付坝续建工程，其它如土坝上游铺盖、下游盖重及减压排渗沟、上下游护坡等工程至今尚未按设计全部完工，且存在严重的病险。为此，笔架山监狱于2013年编制笔架山水库大坝安全评价报告；并经黑龙江省双鸭山市水务局对水库大坝安全评价报告进行鉴定审定，2017年水利部大坝安全管理中心认定笔架山水库为三类坝，首先对水库的工程规模进行了复核，然后根据核查单位的具体意见，对水库相应的工程进行维修加固。

笔架山水库；除险加固；核查意见；工程规模；维修方案

1 工程概况

笔架山水库位于双鸭山市集贤县安邦河一级支流哈达密河的下游，距集贤县约10km，坝址以上控制流域面积为180km2。水库现隶属于黑龙江省笔架山农场有限责任公司管理，是一座以灌溉为主，结合防洪、除涝、养殖等综合利用中型水库。根据“大中型水库大坝基本资料登记表”，水库防洪标准为100a一遇洪水设计，1000a一遇洪水校核，死库容为0.018×108m3，相应死水位为119.50m；兴利库容为0.26×108m3，相应兴利水位为128.20m；设计库容为0.27×108m3，相应设计水位为128.50m；校核库容为0.38×108m3，相应校核水位为129.20m。水库设计灌溉面积为0.17万hm2，养殖水面0.91万hm2，同时对下游的1.14万hm2耕地、16个村屯、2.33万人口、集佳铁路、哈同高速、富华公路起到一定的保护作用。

笔架山水库始建于解放前伪满时期，当时进行了坝体清基、开挖、部分坝体填筑及在左坝肩开挖完成输水遂洞。解放后经1958年、1963年、1965年、1986年、1989年及1990年的建设，由于资金等原因只完成泄洪闸及付坝续建工程，其它如土坝上游铺盖续建维修、下游盖重及减压排渗沟、上下游护坡、输水洞衬砌续建、取水塔及启闭机室维修、平板钢闸门及叠梁维修等工程至今尚未按设计全部完工，且存在严重的病险。

为此，笔架山监狱于2013年委托设计单位编制笔架山水库大坝安全评价报告；经黑龙江省双鸭山市水务局对笔架山水库大坝安全评价报告进行鉴定审定，并出具大坝安全鉴定报告书并报送黑龙江省水利厅；2017年，水利部大坝安全管理中心以《关于寄送笔架山水库三类坝鉴定成果核查意见的函》(坝函〔2017〕92号)，认定笔架山水库为三类坝。

2 核查单位意见

根据专家组书面与现场核查结果认为：该水库存在的主要病险为：大坝坝顶高程不满足防洪安全要求；大坝上游马道以下护坡破损严重，下游坝面局部塌陷，左坝肩山体出现大面积的脱坡现象；大坝坝基防渗未按设计完成黏土铺盖，坝后无排水设施，在设计工况下大坝坝基渗透比降大于允许比降；泄洪闸闸室堰顶高程、闸墩顶高程均低于原设计高程，边墙混凝土冻融破坏严重，多处裂缝，右边墙明显外倾变形，底板分缝处有多处渗水点。泄洪闸与两侧土坝连接段存在接触渗流破坏的安全隐患；现状输水洞取水塔工作平台低于兴利水位，取水塔浆砌石结构混凝土脱落形成空洞，进水口底部淤积严重，检修房墙体开裂。输水洞洞身大部分未衬砌，经常脱落石块，无衬砌段渗水；泄洪闸和输水洞闸门锈蚀严重，止水橡皮损坏漏水，启闭设施陈旧，启闭运行困难；大坝左坝肩山体出现大面积的脱坡现象，坡积物威胁输水洞取水口安全；无大坝安全监测设施，未建防汛道路，无防汛抢险物资和储备仓库，管理设施落后。大坝存在上述严重安全隐患，不能按设计正常运行。同意“三类坝”鉴定结论意见。

3 工程规模复核

3.1 死水位复核

死水位主要考虑淤沙库容，本次计算坝址以上多年平均年来沙量0.86×104t，水库已运行20余年，根据本次实测库区地形图量算死水位119.50m时，死库容为202×104m3, 根据水文分析成果，多年平均年输沙量为0.86×104t，泥沙容重取1.3t/m3，按水库再运行50a来沙量全部淤积考虑，估算的泥沙淤积库容为32.9×104m3，现状死水位能满足未来水库运用要求，因此本次仍推荐死水位119.50m。

3.2 正常蓄水位复核

1)汛期限制水位复核。

水库原设计汛期限制水位为126.50m，现状实际运行中主汛期为125.00m，后汛期为127.60m，本次除险加固后，汛期限制水位主汛期采用126.50m，后汛期由现状的127.60m提高到正常蓄水位128.20m。

2)兴利规模复核结论。

经本次复核，笔架山水库正常蓄水位为128.20m，相应库容2799×104m3，死水位为119.50m，死库容202×104m3，按上述规模可灌溉水田面积0.17万hm2，旱田300万hm2，现状汛期限制水位不能满足水库下游灌区设计灌溉用水要求，但设计汛期限制水位可以满足水库下游灌区设计灌溉用水要求。在系列延长后增加了枯水年，在来水量减少的情况下，通过优化调整调度线，仍能满足设计兴利用水要求，说明设计汛限水位126.50m对于保证设计用水要求是合理可行的。

3.3 防洪规模复核

经复核，笔架山水库防洪规模为：设计洪水位128.20m，相应库容为2779×104m3，最大入库流量509m3/s相应泄量为342m3/s，削减洪峰流量32.8%；校核洪水位为129.08m，总库容为3308×104m3，最大入库流量929m3/s，相应泄量为498m3/s，削减洪峰流量46.4%。与原设计相比，设计洪水位降低了0.30m，校核洪水位低了0.12m，本次设计洪水位偏低的主要是由于本次泄水建筑物泄流能力高造成的，原设计泄洪建筑物为底宽12m，堰顶高程122.0m的溢洪道，本次设计为底宽14m，堰顶高程121.00m的溢洪道。

4 工程布置及主要建筑物

4.1 工程等别和标准

笔架山水库以农业灌溉、防洪为主，兼顾养鱼、旅游的综合利用水库，水库总库容3308×108m3，依据《防洪标准》(GB50201-2014)和《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2000)规定，工程规模属中型工程，工程等别为Ⅲ等，拦河坝、溢洪道、输水洞等主要建筑物为3级，按100a一遇洪水设计，1000a一遇洪水校核；溢洪道消能放冲按30a一遇洪水设计，100a一遇洪水校核；临时导流建筑物等级为4级，按10a一遇洪水设计。

4.2 水库总体布置

水库枢纽工程由拦河坝、泄洪闸、输水洞等建筑物组成。

笔架山水库除险加固后工程总体布置为拦河坝为坝顶高程130.50m，防浪墙顶高程131.70m，坝顶宽6.0m，坝顶长850m，最大坝高18m。溢洪道布置在大坝桩号0+790，为开敞式有闸控制，堰顶高程为121.00m，闸室总净宽14m，分两孔布置。输水洞位于土坝左侧坝肩山体。

4.3 维修加固设计

1)土坝：

笔架山水库土石坝加固后的坝顶宽度为6.0m，坝顶高程为130.50m。坝顶设钢筋混凝土防浪墙，墙顶高程为131.70m，防浪墙底部与与黏土心墙及防渗墙顶相接，防浪墙底高程为128.50m。坝顶设混凝土路面厚20cm，混凝土标号为C25F250，下设碎石垫层20cm。上游坝坡在122.50m设一级马道，马道宽为2.0m，马道以上坝坡坡比为1∶2.5，采用混凝土板护坡，混凝土板厚20cm，混凝土标号为C25F250，下设砂砾石垫层20cm，下接混凝土固脚，混凝土护坡板在正常蓄水位以下设排水孔，孔径为50mm，呈梅花形布置。马道以下坝坡坡比为1∶3.5，部分坝段利用现有堆石护坡，部分坝段填筑堆石护坡。下游坝坡在122.50m设一级马道，马道宽2.0m，坝坡坡比均为1∶2.25，采用嵌草砖护坡，嵌草砖为六边形结构，边长为30cm，厚度为15cm，下设砂砾石垫层10cm，嵌草砖露空处铺设腐殖土。在坝脚处设贴坡排水，排水体采用干砌石结构，干砌石厚30cm，下设碎石及砂砾石垫层各20cm厚，排水体顶高程为120.50m，坝脚处设水平段，长2.0m。

拦河坝坝顶长度为850m，最大坝高18m。

2)溢洪道：

拆除重建溢洪道布置在土坝桩号0+790，其轴线与坝轴线垂直。溢洪道由进口段、闸室段、陡坡段、底流消能段及海漫段组成，总长度111m。进口段总长度15m，净宽由21.30m渐变至16.0m，底高程121.00m，钢筋混凝土U型槽结构。闸室段长度14m，单孔，净宽7m，堰顶高程121.00m，边墩顶高程130.50m，墩顶厚1.5m，底宽2.5m。宽顶堰，底板厚度为2.5m。设平板工作钢闸门和平板检修钢闸门，工作门由卷扬式启闭机启闭，检修门由电动葫芦启闭。控制段下游侧设6m宽的交通桥，上游侧设检修门工作桥。陡坡段总长度18m，纵坡1∶4，底高程由121.00m，降至116.50m，泄槽宽度16m，钢筋混凝土U型槽结构。底流消能段长度24m ，池底高程116.50m ，池深1.7m，钢筋混凝土U型槽结构。海漫段长40m，干砌石护砌30cm，下设碎石垫层、砂砾石垫层各20cm，防冲槽深1.5m。

3)输水洞：

输水洞由进口段、取水塔、洞身段、出口消力池及海漫段组成。

输水洞进水口底坎高程维持原进水口底板高程不变115.26m；进水口挡土墙采用钢筋混凝土U型槽结构，墙厚0.5-1.2m，底板厚1.2m；在进水口设有一道拦污栅和三道工作闸门，拦污栅单孔宽2.0m，垂直高14.0m，为保证水库内不同水位情况下的取水要求、同时保证隧洞内为无压洞工况，根据库区内水位变幅设置三层取水；闸门孔口宽2.0m，高3.0m，闸墩厚1.2m，底孔闸底板高程115.26m，中孔底板高程120.26m，顶孔底板高程125.26m，闸室段长10.0m，宽4.4 m；为了安装检修时搬运方便，将清污平台﹑检修平台均布置在同一高程130.50m。按拦污栅、闸门安装﹑检修时的悬吊高度及启闭机室板梁的高度，确定拦污栅、闸门启闭机室地面高程为135.50m，层高为5.0m，启闭机室面积为50m2，墙体为50cm厚的砖混凝土框架结构。到启闭机室的楼梯设在室外下游右侧高程130.50m平台上。

进水口后接输水隧洞，隧洞进出口原有衬砌部位凿除20cm厚混凝土面层，隧洞断面采用钢板衬砌，钢板衬砌段需进行接触灌浆，接触灌浆压力0.2 MPa(根据现场试验确定)；在灌浆过程中，应注意监测钢衬变形，防止鼓包变形，在正常灌浆压力作用下最大直径变形不得超过1.0mm；第一次试水过后应对钢衬空腔进行复查，如发现有≥1.0m2的空腔应开孔补浆，每一空腔范围开二孔，一孔灌浆，一孔排气；内衬钢板采用12mm厚Q235-C级钢板补强；对Ⅱ类围岩段采用喷混凝土10cm厚挂φ6×φ6@150钢筋网补强。

隧洞出口与消力池衔接，消力池采用底流消能，型式为下挖式消力池，池深1.0m，池长度15m(陡坡段4.0m)，消力池采用钢筋混凝土U型槽结构，墙厚0.5-0.8m，底板厚0.8m；消力池水平段上部设置交通桥，交通桥设计荷载等级为公路-Ⅱ，桥面宽度为5.5m，桥梁跨度6.0m，采用装配式预制空心板结构布置。

5 结 论

除险加固工程完成后，可对下游1.14万hm2耕地具有一定保护作用，其中水田面积0.46万hm2，旱田0.69万hm2。并对16个村屯、集佳铁路、哈同高速、富华公路、2.33万人民群众生命财产具有防洪保护作用。可灌溉水田0.17万hm2，旱田面积0.07万hm2，比现状将增加粮食产量114万kg，并可发展水库养殖，总产量13.65万kg，比现状增加水产6.53万kg。

[1]淮安市水利勘测设计研究院有限公司，黑龙江省双鸭山监狱笔架山水库除险加固工程初步设计报告书[R].淮安：淮安市水利勘测设计研究院有限公司 2017.

1007-7596(2017)08-0112-03

2017-07-16

李景权(1965-)，男，黑龙江集贤人，助理工程师，从事水利工程运行管理工作；慕景洋(1990-)，男，黑龙江大庆人，助理工程师。

TV697.3

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