南乔水库除险加固设计方案综述

李 霞

(临汾市水利勘测设计院，山西 临汾 041000)

1 工程概况

南乔河发源于临汾市尧都区卧虎山东侧李子角东沟内，属于黄河流域汾河水系。水库位于临汾市尧都区县底镇城隍村南约1.2km的南乔沟内，是一座以灌溉为主兼有防洪、养殖的小(2)型水库，水库坝址以上控制流域面积8km2。

该水库建成于1973年，水库枢纽由大坝、溢洪道、泄洪洞组成。大坝为均质土坝，最大坝高16m，坝顶高程为573.5m，坝顶长109m，坝顶宽3m。溢洪道位于大坝左岸，宽浅式矩形断面，进口底高程571m，进口宽度约6m，纵坡0.23，全部为土基且未按原设计开挖，无衬砌及消能设施。泄洪洞位于大坝左岸，进口损坏严重，进口底高程563.5m，洞身为宽1.2m，高1.5m的城门洞型，洞身长56m，纵坡1/47，最大泄量4.5m3/s。

2 工程现状存在的主要问题

水库运行30多年来，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大坝防洪不满足200a一遇洪水校核标准；②坝顶宽约3m，坝顶及上下游坝坡有多处损坏；③溢洪道现状尺寸不规则，为土基，无衬砌及消能设施；④泄洪洞进口损坏。

3 除险加固工程建设内容

2009年山西省水利厅对南乔水库进行了大坝安全鉴定,安全鉴定结论为三类坝，并提出水库除险加固意见和建议。主要内容有：①大坝整治工程；②溢洪道改建工程；③泄洪洞改造工程。

4 除险加固措施

4.1 大坝整治

4.1.1 现状大坝概况

南乔水库大坝为均质土坝，坝顶高程573.5m，坝顶长109m，坝顶宽约3m，最大坝高16m。上游坝坡坡比1∶2，上游坝坡干砌石护坡损坏严重。下游坝坡分为二级，一级坝坡坡比1∶2，设4m宽马道，二级坝坡坡比为1∶2.5，下游坝坡无护坡，杂草丛生。坝顶无防浪墙，路面为原填土面。经计算坝坡稳定安全系数不满足规范要求，故需对大坝进行整治。

根据《小型水利水电工程碾压土石坝设计导则》(SL189-96)6.2.1条规定，坝顶宽度可采用3-6m，坝顶宽度满足导则要求，故只需对大坝上下游边坡进行整治。

4.1.2 坝坡整治措施

1)上游坝坡整治

针对上游坝坡存在的问题，先清除坝坡损坏的护坡，然后按设计断面整治，坝坡坡比仍为1∶2。护坡采用0.3m干砌块石，下设反滤层,反滤层自上而下采用20cm厚碎石及10cm厚中粗砂。

2)下游坝坡整治

因现状坝坡凌乱不堪、杂草丛生，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1∶2，为防止雨水对下游坝坡的冲刷，并在左右岸坡设300×300mm的预制混凝土U型排水沟。为保护坝坡不被冲刷，防止坝坡冻胀并有效降低浸润线，本次设计在下游坡脚增设排水棱体。排水棱体顶宽1m，高1.5m，内坡1∶1，外坡1∶1.5。棱体反滤层自内而外依次为10cm厚中粗砂及20cm厚碎石。

3)坝顶整治

坝顶设20cm厚泥结石路面，坝顶上游侧设1m高M10浆砌石防浪墙。为便于雨天排水，坝顶路面向下游倾斜2%的坡度，坝顶下游侧120×300×500mm路沿石，路沿石在与下游坝坡的横向排水沟及岸坡排水沟相接处留排水缺口。

4.2 溢洪道改建工程

改建溢洪道位于大坝左岸，溢洪道中心线与坝轴线夹角为 90°。控制堰为无坎宽顶堰，进口净宽6m，校核泄量85.24m3/s，设计泄量48.71m3/s。改建溢洪道总长126m，由引渠段、控制段、泄槽段、挑流坎及护底组成。关于溢洪道尾部消能防冲工程方案，设计时进行了分析比较，由于溢洪道单宽流量较大，如采用底流消能方式时，尽管防洪标准采用20a一遇时，消力池挖深达3m，墙高6.3m，池长21m，海漫长度需50m，不但投资较大，且施工难度较大。如采用挑流消能方式时，经计算，不需要设灌注桩支撑的挑流板即可满足冲坑后坡要求，与底流消能方式相比，投资及施工难度均较小。故本次设计消能防冲方案采用挑流型式[1]。

1)溢洪道引水渠设计

引渠段长30.5m，整个引渠段为不规则喇叭型，向上游呈扩散布置。

引渠段左边墙为护坡转弯段，转弯半径40m，采用10水泥砂浆砌石扭面结构，墙顶宽0.5m，墙前趾宽为0.5m，底板厚0.8m。

引渠段右边墙为C25F150钢筋混凝土悬臂挡土墙结构，沿溢洪道轴线长8m，悬臂挡土墙顶宽0.3m，迎水面直立，背水面倾斜，底板厚0.5m。

引渠段底板采用300mm厚M10水泥砂浆砌石底板上衬100mm厚C15混凝土结构。

2)溢洪道控制段设计

控制段上接引渠段下接泄槽段，全长10m，进口为无控制矩形宽顶堰，底坡i=0，净宽6m，闸墩与底板为整体式C25F150钢筋混凝土结构。

控制段底板宽7.2m，厚0.6m，在其上下游各设一道齿墙，齿墙底宽0.5m，齿墙深0.5m，齿墙外侧直立，内侧坡比1∶1。边墩厚度为0.6m。

交通桥采用C25钢筋混凝土板式结构，净跨6m，桥面净宽3.0m。交通桥桥板厚0.3m，桥板两侧设1.0m高防撞栏，并与桥板整体现浇，桥面现浇C30细石混凝土铺装层。

控制段修建土质挡水堰，其位置位于该段首部，与其轴线垂直。根据水库正常高水位比控制段堰顶高程高出1.0m的实际情况，设计土堰长6m,高1.50m，顶宽1.5m,两面边坡均为1∶1.5。

3)溢洪道泄槽段设计

泄槽段布置于控制段后，全长67m(水平距离),设计纵坡i=1/4，底宽6m，矩形断面。泄槽侧墙与底板采用整体式结构。

泄槽底板采用0.4m厚C25F150钢筋混凝土结构，泄槽底板横缝间距10-7m，缝间均设651橡胶止水带一道，聚乙烯闭孔泡沫板填缝。为了避免底板承受渗透水压力，在底板外侧及横缝下部设纵横排水沟，为防止挑流坎水流影响泄槽整体稳定，故在泄槽末端设深1.2m的齿墙。

泄槽侧墙采用C25F150钢筋混凝土整体式挡土墙，左右侧墙对称布置，墙高由3.5-1.8m，侧墙顶宽0.3m，迎水面直立，背水面稍倾。为减小泄槽侧墙后的渗透水压，在侧墙背水面设粒径0.5-2cm碎石反滤体，碎石反滤体外包土工布，反滤体沿侧墙通长布置，墙身设Φ50PVC@3000的排水管，管内口包土工布且伸入墙后反滤体。左右侧墙墙背填土面低于墙顶0.5m。

4)溢洪道挑流坎设计

挑流坎为整体式钢筋混凝土结构，全长8.5m，反弧半径R为5.911m，鼻坎挑射角30°。

侧墙与底板为C30F150钢筋混凝土整体结构，侧墙高1.8-2.58m，侧墙为直立式，墙厚0.5m。为了满足冲坑后坡要求，在挑流坎下游侧设一道齿墙，墙深4.32m。在挑流坎上游侧也设一道齿墙，墙深1m，以加强挑流坎抗滑稳定。

5)护底设计

挑流坎后接10m长铅丝笼块石护底，净宽10m，铅丝笼块石护底厚0.5m，下设0.2m厚砂砾料垫层。

4.3 泄洪洞改造工程

南乔水库泄洪洞进口损坏严重，控制闸门失灵且漏水严重，整个泄洪洞已无法正常运行。泄洪洞洞身为城门洞型式，底宽为1.5m，直墙高1m，拱高0.75m，底板为50cm厚浆砌石，拱圈为37cm砌砖，洞长56m，纵坡1/47。

本次设计维修泄洪洞进口，由于泄洪洞洞身段最大过流能力为4.5 m3/s，故本次泄洪洞改造过流能力按4.5 m3/s控制，在现状洞内设φ800钢管，控制阀门设在泄洪洞出口，并设闸阀房，出口翼墙及底板维持现状，仅在其末端设1m厚铅丝笼块石防冲，宽度5m，总长10m[2]。

5 结 语

水库除险加固工程完工后，可使水库灌溉面积达到6.33hm2，灌溉保证率为50%的兴利用水量，防洪标准达到20a一遇洪水设计，200年一遇洪水校核的部颁标准。可保护下游村庄3座，人口7000人，耕地1.2万亩，使水库进一步发挥效益、服务于地方经济起到应有的作用。