沙岩沟水库除险加固工程探析

董云飞

（长治市水利勘测设计研究院，山西　长治　046000）

1　工程概况

沙岩沟水库于1976年动工兴建，当年竣工，现水库防洪能力不能满足现行规范要求，是一座病险水库。水库位于海河流域浊漳河南源绛河支流上，坝址在屯留县吾元镇沙岩沟村南。水库控制流域面积2.35km2，原设计总库容17万m3。

沙岩沟水库是一座以防洪为主的小（二）型水库，枢纽工程由大坝、溢洪道、输水涵卧管组成。大坝为碾压式均质土坝，坝顶高程1030.40m，最大坝高16.3m，坝顶宽3m，坝长110m，未设防浪墙。上游坝坡坡度为1∶3～1∶2，干砌石护坡；下游坝坡坡度为1∶2.5，草皮护坡。坝前淤积高程1024.50m。溢洪道位于大坝右侧基岩上，长度80m，为开敞式石槽。进口底高程1027.80m，无闸门，底宽3m，左边墙直立，墙高2.7m，右边墙为砂岩山坡，出口无消能设施，最大泄量29.6m3/s。输水涵卧管位于大坝右侧，进口为卧管形式，输水铸铁管从坝下穿过，直径0.15m，进口高程1023.80m，设计最大泄量0.08m3/s。水库保护下游两个村庄、800余人及54hm2耕地，为下游农业灌溉和生活用水提供了支撑。

2　工程存在的主要问题

沙岩沟水库建成至今已运行40余年，目前存在的主要问题，水库防洪标准不达200a一遇校核洪水标准；大坝上游坝坡杂草树木丛生，干砌块石护坡风化损坏严重；下游坝坡无排水沟，局部冲刷严重，坝脚排水棱体损毁严重；溢洪道座落在大坝右岸风化岩基上，未衬砌，出口无消能设施，回水冲刷下游坝脚。溢洪道兼作上坝和乡村道路，存在泄洪与交通矛盾；卧管损毁严重，进口淤堵，不能运用；输水管出口在下游坝坡上，冲刷坝体；无单独上坝公路。

3　除险加固措施

为确保水库工程安全运行，保护下游人民生命财产安全，对水库进行除险加固，除险加固后总库容17.46万m3，工程等别为Ⅴ等，主要建筑物为5级，次要建筑物为5级，临时建筑物为5级。水库设计洪水标准为20a一遇，校核洪水标准200a一遇。

3.1　大坝加固

3.1.1大坝上游坝坡改造

大坝上游马道现为村民出行的乡间耕作道路，这对村民出行和大坝的稳定都存在一定的安全隐患。本次加固改造对上游坝坡马道（高程1028m左右）以上坝体,按1∶2.5坡度培厚碾压。大坝原干砌石护坡风化、损坏严重，本次设计拆除原干砌石护坡，于坝脚处（现状淤积高程1024.50m）起护300mm厚干砌石，至坝顶至，与防浪墙基座紧密联接，坝脚处做抛石护脚处理。护坡下面铺设反滤料，粗砂层、碎石厚各0.15m。

3.1.2大坝下游坝坡加固

现状大坝下游坝面无排水沟，坝脚排水棱体局部损坏，本次设计清除坝面表面腐殖土后设草皮护坡并设置横向排水沟2条（桩号0+030及0+070处），岸坡排水沟2条，采用M7.5浆砌石砌筑。坝脚设置贴坡式排水与原排水棱体相接，贴坡排水体顶高1022m。贴坡排水共三层，其中干砌石层厚度0.30m，下设反滤料，粗砂、碎石各0.15m厚。大坝原排水棱体干砌石损失较多,本次设计在原排水棱体外侧新包一层干砌石贴坡,厚0.8m左右。

为了大坝巡查及交通方便，下游坝坡中部（桩号0+050处）设置人行台阶，宽1m，采用M7.5浆砌石结构，台阶底部砌到高程1022m（排水棱体顶高程）。3.1.3大坝坝顶加固

大坝现状坝顶高程1030.40m，大坝上游坝坡培厚后坝顶总宽度变为4m，路面未铺设。根据《小型水利水电工程碾压式土石坝设计导则》（SL189—96）的规定及坝顶高程计算，坝顶上游侧需设置防浪墙。防浪墙总高度2m，坝顶以上高度1m，采用M7.5浆砌石砌筑，设10cm厚的C20混凝土压顶。路面采用泥结碎石硬化，厚度0.20m，路基原土夯实。坝顶下游侧设预制C20混凝土路沿石，路沿石宽0.15m，高0.5m，每块长0.4m，于排水沟处留缺口。

3.2　溢洪道改造

溢洪道位于大坝右侧，在原平面位置改建，总长130m，其中引渠段20m、控制段4m、泄槽段60m，陡坡消能段36m，海漫段10m。

3.2.1引渠段改造

引渠段（桩号0-020～0+000）长20m，其中0-020～0-010段边墙为护坡形式，边墙内边坡坡度1∶1；0-010～0+000段为渐变段，边墙内边坡度由1∶1渐变为直墙。引渠段左侧与坝坡砌石护坡连接，挡墙随护坡高度逐渐走高；右侧挡墙紧临石山坡，挡墙高度为较核洪水位加安全超高。边墙、底板均采用M7.5浆砌石砌筑，边墙底板表面采用20cm厚的C20混凝土衬砌。底板底宽15～6m，底坡为反坡i=-1%。

3.2.2控制段改造

控制段（桩号0+000～0+004）左侧与坝顶道路相连，右侧与新开乡村小路相通，长4m。设计堰顶净宽6m，堰顶高程为1026.50m。控制段采用C25混凝土箱涵结构，整体现浇。箱涵顶板、侧墙厚均为600mm，底板厚800mm，底板下设C15素混凝土垫层。

3.2.3泄槽段改造

泄槽段（桩号0+004～0+064）长60m，其中0+004～0+014为收缩渐变段，底宽由6渐变为4m，边墙内边坡由直墙渐变为1∶1。泄槽段底板纵坡为10%，全断面采用M7.5浆砌石加C20混凝土衬砌，混凝土衬砌厚度20cm，边墙采用护坡形式。混凝土表层配直径10mm间隔200mm×200mm的构造筋。

泄槽段横向每隔10m设横缝一道，纵向沿底板与边墙连接处设纵缝两道，缝内填沥青砂浆。

泄槽段底板下设排水系统，纵、横向排水沟沿纵横向伸缩缝布置，采用直径110mm排水管。排水管表层凿进水孔，管外包土工布，沟内填反滤料。横向排水沟高程略高于纵向排水沟，横向排水沟中的水流向纵向排水沟，最终排向消力池。

3.2.4陡坡消能段改造

消能段（桩号0+064～0+100）长36m，其中0+064～0+085为进口陡坡段，坡度1∶3，消力池池身长15m。消力池中部设中墩，末端设尾坎。消能段全断面采用M7.5浆砌石加C20混凝土衬砌，中墩、尾坎均采用C20混凝土现浇。混凝土表层配直径10mm间隔200mm×200mm的构造筋。

3.2.5海漫段改造

海漫段（桩号0+100～0+110）长10m，底宽由4m渐扩为10m，采用人工抛石，石料采用大坝上游护坡拆除的旧石料及溢洪道开挖时的弃料。

3.3　输水涵卧管改造

卧管年久失修，损毁严重，进口淤堵，不能运用。本次设计拆除原卧管，新砌C20混凝土卧管。卧管共8阶，每阶高0.4m，长1.4m，宽2m。进水孔为圆形，孔径200mm，孔进口加C20混凝土盖板。

卧管上部新砌M7.5浆砌石上坝台阶，台阶每阶高0.4m，长1m，宽2m。

输水涵管出口在下游坝坡上，放水时冲刷坝坡，本次设计新接30m长的无砂混凝土管顺延至下游坝脚外，管末端设消能池。混凝土管管径300mm，管基座由M7.5浆砌石砌筑，待管放好后，再现浇C15细石混凝土固定。

3.4　重新铺设上坝道路

溢洪道泄槽原来兼做上坝和乡村道路，改造后，溢洪道做为专用的泄水通道不能再兼做上坝和乡村道路，设计在溢洪道右侧石山坡上新修乡村小路连接大坝和两侧村庄。新修小路宽3m，长110m左右，上下游与原有乡村小路相接。新修小路左侧（靠近溢洪道一侧）设置栏杆防护，右侧高边坡设计开挖坡度1∶1。

4　小结

综上所述，沙岩沟水库除险加固工作，不仅对促进当地经济社会发展，改善生态环境起到重要作用，更关系到水库下游人民的生命财产安全。水库运行管理的主要任务是防洪及兴利调度。总的原则是局部服从总体、兴利服从防洪，以防洪安全为前提合理调配水资源。鉴于除险加固工程的复杂性与重要性，工程参建单位和相关责任人必须充分分析导致水库老化的多方原因，逐步设计相应的改造方案，以提高工程建设的效率，确保水库的长久性安全。