军民水库除险加固工程方案与措施探析

孔洁惠

(临汾市水利勘测设计院，山西 临汾 041000)

1 军民水库概况

军民水库位于临汾盆地中部洪洞县大槐树镇城东村东，为汾河三级阶地，属河流侵蚀堆积阶地地貌单元，库区四周地势较为平坦，地面海拔高程456-472 m，水库东北部为大坝坝体，西部为库岸，地形起伏变化较小。属黄河流域汾河水系，是一座以灌溉为主、兼有防洪和养殖的的小(2)型水库，水库坝址以上控制流域面积3.2km2。水库枢纽工程由大坝、泄洪洞组成。该水库于1971年动工修建并投入运行。大坝坝体为均质土坝，最大坝高8.0m，坝顶高程为108.0-110.3m，坝顶长484m，坝顶宽8-11m。泄洪洞位于东坝中部，为0.5m×0.5m城门洞型砌砖涵洞。

2 除险加固工程建设的必要性

军民水库运行近40a来，为水库附近农村农业增产、农民增收作出了巨大贡献，但因水库先天条件不足，加之年久失修，水库现状主要存在以下问题：①水库现状防洪能力不满足规范标准；②水库泄洪设施毁坏严重，失去泄洪功能；③大坝上游无护坡，下游无排水反滤保护；④大坝无管理、观测设施。

2011年8月，临汾市水利局组织专家对军民水库进行了大坝安全鉴定，安全鉴定结论为三类坝。鉴于水库目前的防洪能力不足等主要问题，如发生较大洪水，将会因防洪标准不够而形成溃坝，溃坝后将影响霍侯一级路的安全、淹没耕地66.67hm2。为此，根据水利部和山西省关于病险水库除险加固工作的有关精神，需实施水库除险加固工程，一是进行大坝整治，二是新建泄洪涵管，将为保证下游地区的防洪安全，土地灌溉，充分发挥工程效益、服务于地方经济建设起到应有的作用[1]。

3 坝基工程地质条件及库区地质问题

据钻探揭露，军民水库北坝主河槽坝基地层为第四系全新统冲、洪积物(Q4Pal)低液限黏土、粉细砂土厚约1.5m。东坝坝基为第四系中更新统冲、洪积物 (Q2Pal)：棕红色或棕黄色低液限黏土、低液限粉土，粉细砂土。建坝时未做黏土截水槽。军民水库经多年运行以来，在历史最高蓄水位106m时，大坝下游坡脚有渗水现象。

3.1 土坝填筑质量

军民水库为一座小(2)型水库，现状大坝为东坝及北坝围封而成，为典型平原水库。大坝为均质土坝，北部和东部均为坝体。①北坝现状最大坝高8.0m，坝长484m，坝顶宽约11m，坝顶高程108.0m。②东坝现状最大坝高8.0m，坝顶宽约7-11m，坝顶高程108.0-110.3m。上游坝坡比1∶2.0，下游坝坡比1∶2.4。设计正常蓄水位106.5m(假设高程)。整个大坝上游坝坡无护坡，下游坝坡无排水反滤保护且杂草丛生，部分坝段坡面极不规整，呈阶梯状。坝顶坑洼不平[2]。

3.2 库区地质问题

1)库区渗漏：

库区下部分布的低液限黏土，遍布整个库区，可视为相对隔水层，所以不存在库底渗漏问题。库区内未发现断裂构造，没有渗漏通道。水库两岸为宽旷的平地，也不存在邻谷渗漏。总之库区不存在永久性渗漏问题。

2)库区浸没：

根据地形地貌和地层岩性，按《水利水电工程地质勘察规范》中的初判条件，水库两岸下部为中更新统(Q2)地层，分布有含黏量较高的低液限黏土层，为相对不透水层。经过多年运行未发现有浸没问题发生，所以可判为不易浸没地区。

3)库岸稳定问题：

水库两岸经过多年运行，岸坡再造已经完成，库岸基本稳定。

4)水库淤积：

水库控制流域面积3.2km2，在此范围内分布大面积黄土，因此，水库固体径流中的悬移质多为黄土类颗粒，推移质多为以灰岩为主的卵、砾石。这些物质随着每年的洪水，沿着5.3‰的主河道纵坡，由上游向水库输送。水库运用40多年至今淤积库容3.5万m3，淤积面高程102m，所以存在淤积问题。

4 除险加固工程总体方案

针对水库存在的问题，结合当前我省对小型水库除险加固工程的具体要求，拟定除险加固工程方案如下：①采取工程措施，以使水库防洪标准达到规范要求；②对大坝上下游坝坡进行整治，对大坝上游坝坡进行浆砌混凝土预制块护坡，北坝下游坝坡增设贴坡排水。

水库现有泄洪建筑物为东坝泄洪洞，为砌砖城门洞型结构，无控制设施，且已堵塞，失去泄洪功能。本次水库除险加固设计以解决水库防洪达标为目的，使水库防洪能力达到规范规定的防洪标准。

军民水库现状大坝为东坝及北坝围封而成，为典型平原水库。本次设计结合水库现状，废弃现状泄洪洞，在大坝0-001.8处新建泄洪涵管，根据调洪结果，确定泄洪管直径为0.5m，进口底高程为106.5m。

5 大坝整治工程

5.1 坝顶高程确定

水库大坝级别为V等5级，吹程0.3km，多年平均最大风速18m/s。坝顶超高根据《碾压土石坝设计规范》(SL274-2001)中的公式进行计算，计算结果：正常运用风雍水面高度0.007 m，非常运用风雍水面高度0.003m。坝顶高程按设计洪水位加正常运用的坝顶超高和校核洪水位加非常运用的坝顶超高分别计算，取其大值。计算得知，现状坝顶高程可以满足防洪要求。

5.2 大坝整治

5.2.1 现状大坝概况

军民水库大坝为均质土坝，坝顶高程108.0-110.3m，坝顶长484m，北坝坝顶宽约11m，东坝坝顶宽约8m，最大坝高8m。上游坝坡无护坡，下游坝坡无排水反滤保护且杂草丛生，部分坝段坡面极不规整，呈阶梯状。坝顶坑洼不平。故需对大坝进行整治。

5.2.2 大坝整治措施

5.2.2.1 上游坝坡整治

针对上游坝坡存在的问题，将上游坡面清除50cm，然后按设计断面整治，坝坡坡比为1∶2.0。护坡采用浆砌混凝土预制块，下设粗砂垫层。预制块护坡厚度计算结果为0.13m，结合当地冻结深度取0.15m，垫层采用10cm厚粗砂。上游坝坡在大坝桩号0+000-0+484整修边坡及浆砌混凝土预制块护坡。

5.2.2.2 下游坝坡整治

因现状下游坡面不规整，故将下游坝坡坡面清除0.5m ，然后整治至设计断面。下游坝坡整治后坡比为1∶2.0。整治后坝顶长度为484m，在大坝下游坝坡大坝桩号0+084、0+134、0+283.3、0+334、0+390.3、0+437处设置六道横向排水沟，并在左右岸坡及0+182.1处设岸坡排水沟，排水沟尺寸为300×300mm，底板为C15混凝土现浇，侧墙采用M7.5水泥砂浆砌砖。为防止渗流发生渗透变形，在北坝下游坡脚设2.0m高的贴坡排水，自上而下采用30cm厚块石、20cm厚碎石及10cm厚粗砂。

5.2.2.3 坝顶整治

整治后坝顶高程为108.0m，北坝坝顶宽11m，东坝坝顶宽8m，坝顶设20cm厚泥结石路面，坝顶上下游设混凝土路沿石。为便于雨天排水，坝顶路面自中心向上、下游倾斜0.5%的坡度。

5.3 大坝稳定分析

坝坡稳定分析按简化毕肖普法静力分析，简化有效应力法计算。 选取主河床最大坝高断面对整治后的坝坡进行稳定计算，因坝基存在约1.5m厚砂性透水层，故坝体浸润线按照有限深透水坝基计算确定，坝体土料物理特性指标按照钻孔取样试验结果分析选用。

计算分正常运用和非正常运用两种情况。正常运用情况下，上游坡为正常高水位以及正常高水位缓降至死水位时的稳定渗流情况，下游坡为正常高水位时的稳定渗流情况；非常运用情况下，上游坡为库水位骤降以及正常高水位加地震时的稳定渗流情况；下游坡为正常高水位加地震的情况。

坝坡稳定安全系数按毕肖普法公式进行计算。计算得知，大坝整治后的坝坡在各工况下的抗滑稳定安全系数均满足规范要求。

6 结 语

本次除险加固的工程项目主要有大坝整治工程和新建泄洪涵管工程。大坝整治工程，将上游坡面清除50cm，然后按设计断面整治，坡比1∶2.0，护坡采用浆砌混凝土预制块，下设粗砂垫层。坝顶设20cm厚泥结石路面，坝顶上下游设混凝土路沿石。坝顶下游路沿石留缺口与下游横向排水沟相接。下游坝坡坡面清除0.5m ，然后整治至设计断面，坡比也为1∶2。北坝下游坝坡采用贴坡排水。整治后坝顶长度为484m，在大坝下游坝坡设置六道横向排水沟，并在左右岸设岸坡排水沟。

对于泄洪涵管新建工程，废弃现状东坝泄洪洞，并将砌砖洞身挖除，然后按土坝填筑标准回填。新建泄洪涵管位于大坝桩号0-001.8处，左坝头原状土上，校核泄量0.11m3/s，设计泄量0.05m3/s。涵管中心线与坝轴线夹角为 90°。桩号为涵0-002.5-涵0+148.5，由进口段、管身段、消力池段、海漫段组成。进口采用浆砌石翼墙，进口底高程106.5m，管身采用Φ500玻璃钢管，出口设钢筋混凝土消力池及铅丝笼海漫防冲。

另外，由于北坝在高水位情况下，有渗水现象，建议增设排水反滤设施。在施工过程中还要注意将新建泄洪涵管地基土夯实。

军民水库除险加固工程完工后，可使水库达到133.33hm2灌溉面积，灌溉保证率为50%的兴利用水量，防洪能力达到10a一遇洪水设计，20a一遇洪水校核标准。