北杨村水库存在问题及加固措施

2021-01-07李超纲

河南水利与南水北调 2021年6期

李超纲

(孟州市水资源监测保护中心,河南焦作 454750)

1 水库存在问题

北杨村水库工程位于黄河流域杨村沟，坝址位于焦作市孟州市槐树乡北杨村，距孟州市区约20 km。上游有小(2)型水库王庄水库，控制流域面积2.38 km2,坝址以上干流长度2 km，干流比降1/500，王庄～北杨村水库区间流域面积为4.80 km2，干流长度2.20 km，干流比降1/500，流域属丘陵地区，总库容66.27万m3，水库属小(2)型水库，水库功能以防洪为主，同时具有渔业养殖、农田灌溉等综合利用。北杨村水库于2000年开工修建，2001年5月建成蓄水。水库设计灌溉面积100 hm2，主要靠提水灌溉。水库建成投入运行以来，防洪效益显著，对改善当地农业生产条件，补充地下水，解决当地人畜饮用水困难等方面发挥了巨大作用。水库下游为洛阳市吉利区，地理位置重要。

水库工程建成后已运用自己多年，存在的主要问题：大坝填筑施工质量水平较差；上游坝坡无护砌，凹陷变形，排水设施建设不完善；溢洪道交通桥桥台浆砌石部分出现脱落，溢洪道底板已损毁，两侧浆砌石挡墙部分损毁，出口消能设施已损毁；水库无观测、管理服务设施等。

由《水库大坝安全评价导则》和《水库大坝安全鉴定办法》的规定，孟州市水利局委托洛阳水利勘测设计有限责任公司编制了《河南省孟州市北杨村水库大坝安全鉴定报告》。2012年6月，焦作市水利局组织有关专家召开大坝安全鉴定报告会，审议通过了《北杨村水库大坝安全鉴定报告》。2012年9月，河南省水利厅组织有关专家对北杨村水库三类坝的鉴定结果进行了核查，确定了急需除险加固的三类坝鉴定意见。

针对水库存在的主要问题，根据有关规程、规定及地质资料，孟州市水利局委托洛阳水利勘测设计有限责任公司进行除险加固工程项目设计。

2 库区水文

孟州市北杨村水库位于属低山丘陵区，两岸坡基本对称，山体坡度多在30°～70°之间，相对高差约30～100 m之间。库区地形起伏不平，沟岭相间分布，沟谷横断面呈“U”字形，河谷底宽60～100 m左右，树木覆盖率较低，植被较发育，大部分处被第四系土层覆盖，水土流失较严重。多年平均降水量600 mm，年内分配不均，多集中在七、八、九三个月，约占全年降水量的60 %以上。水库所在流域多年平均年径流深R=100 mm，多年平均年径流量为48万m3。

3 库区工程地质

水库岸坡主要由第四系中更新统低液限黏土和第三系的石英砂岩、泥岩组成。山体宽厚，透水性较小，建库至今未发生规模较大的坍塌和库水渗漏现象。工程区地震动峰值加速度值为0.10 g，地震动反应谱特征周期值为0.40 s，地震基本烈度为Ⅶ度。大坝施工时，地基清理相对简单，坝基处理不彻底。据调查，高水位时坝基右侧存在浸湿现象。大坝工程坝基上部结构为第四系全新统含砾低液限黏土，坝基下部分布为第四系中更新统低液限黏土，大坝左、右坝肩分布为第四系中更新统低液限黏土，土质较均一，局部夹含少量钙质结核。溢洪道底板、边坡和交通桥基土分布岩性均为第四系中更新统低液限黏土，黏粒含量高，天然含水量小，塑形坚硬，可压缩性中等，机械强度高，工程地质条件好。然而，被水浸泡后土壤强度降低，岸坡稳定性差，抗冲刷能力差。

4 采取除险加固措施

4.1 工程等别及建筑物级别

北杨村水库总库容为66.27万m3，按《水利水电工程等级划分及洪水标准》，北杨村水库属于小(2)型水库，工程等别为Ⅴ等，永久性主要建筑物为5级，因此设计洪水标准采用20年一遇，校核洪水标准采用200年一遇。溢洪道消能防冲洪水标准采用10年一遇进行设计。

4.2 设计洪水

周边地区和流域内均没有记载的洪水流量实测资料，且水库控制集水面积小于200 km2。小流域推理公式法洪水计算。同时，洪水计算采用河南省水利设计院1984年编制的中小流域设计暴雨洪水图集和省水文局2005年编制的暴雨参数图集，利用与《84图集》相匹配的洪水查算图进行计算，经合理分析后选定洪水计算结果。经分析比较，按全流域计算北杨村水库的洪水比考虑上游水库的调洪排洪更安全，因此采用全流域计算洪水结果。北杨村水库10年一遇设计洪水流量为57.40 m3/s，洪水总量56万m3；20年一遇设计洪水流量为80.60 m3/s，洪水总量70.36万m3；200年一遇设计洪水流量为162.70 m3/s，洪水总量139.30万m3。

根据入库出库水量平衡方程，采用简化三角形法进行调洪演算，除险加固后规模指标：北杨村水库总库容66.27万 m3，兴利水位154.42 m，兴利库容19.02万m3；死水位151.73 m，死库容12.68万m3。设计洪水位157.17 m，校核洪水位159.04 m。

4.3 工程设计

4.3.1 大坝工程

4.3.1.1 大坝坝顶改造

对现状坝顶进行加高、整修，坝顶高程为159.85 m，坝顶宽度5.00 m，设4.22 m宽20 cm厚C20混凝土路面，坝顶道路上游侧设1.10 m高0.30 m厚C20混凝土防浪墙，下游侧设预制C20混凝土路缘石，路缘石规格100 cm×13 cm×40 cm。坝顶路面向下游倾斜坡度为1.50%，有利于坝顶排水。下游坝坡排水沟顶部与坝顶路面路缘石对应位置设排水口，尺寸20 cm×10 cm。

4.3.1.2 迎水坡护坡

迎水坡护坡采用C20现浇混凝土板护砌，板分块尺寸2 m(横向)×3 m(纵向)，板块间缝宽8 cm，缝下铺土工布，缝间回填无砂混凝土。混凝土齿墙标号为C20，齿墙深1.00 m，下部深入坝坡内0.60 m，齿墙底高程150.73 m，齿墙每6 m设一道伸缩缝，缝内设闭孔低发泡沫板。

4.3.1.3 背水坡整修加固及新建贴坡排水

首先对下游坝坡滑坡区表层腐殖土、杂草以开挖方式清除，然后用黏性土按设计坡比分层控制回填压实，压实度≥0.96；对高出设计坡面的坝坡进行削坡，最后再采用草皮种植进行绿化。该大坝在桩号0+045 m、0+085 m处各设两道横向排水沟，排水沟断面尺寸30 cm×30 cm；在高程151.60 m平台处设置一道纵向排水沟，两岸各设一道岸坡排水沟，排水沟断面尺寸40 cm×40 cm。背水坡高程151.60 m以下设贴坡排水，底部坡脚处设排水沟。贴坡排水结构由外到内的结构依次为15 cm厚200 cm×100 cm C20混凝土现浇板，20 cm厚5～60 mm粗砾、10 cm厚2～5 mm细砾、10 cm厚0.50～2 mm粗砂。

4.3.2 溢洪道工程

溢洪道位于水库大坝右岸，为开敞式矩形断面，进口高程为154.42 m，底宽为7.00 m。溢洪道为砌体结构，淤积严重，出口设三级消能设施，衬砌块石脱落严重。设计溢洪道总长度为95 m，由引渠段、控制段、1∶7泄槽段、消力池段、海漫段等部分组成，设计最大流量115.28 m3/s。

引渠段长5 m，底板设计高程154.42 m，宽7 m，厚0.40 m，采用C20混凝土浇筑；两侧采用仰斜式挡墙护砌，迎水面边坡1∶0.30，背水面边坡1∶0.25，墙顶宽0.80 m，墙高4.38～5.30 m，采用C20混凝土浇筑。

控制段长10 m，底板设计高程154.42 m，宽7.00 m，厚0.40 m，采用C20混凝土浇筑；两侧采用仰斜式挡墙护砌，迎水面边坡1∶0.30，背水面边坡1∶0.25，墙顶宽1 m，墙高5.30 m，采用C20混凝土浇筑。

控制段后接1∶7泄槽段，泄槽段水平投影长50 m，起始底板高程154.42 m，末端底板高程147.27 m。泄槽段底宽7 m，厚0.30 m，采用C25钢筋混凝土浇筑，下部铺0.10 m厚C15混凝土垫层；两侧采用仰斜式挡墙护砌，迎水面边坡1∶0.30，背水面边坡1∶0.25，墙顶宽0.80 m，墙高5.30～4.30 m，采用C20混凝土浇筑，挡墙距底板1.50 m高度设一排直径50 mm的PVC排水管，间距2 m，排水管进口设土工布包砾石作为反滤体。

泄槽段后接消力池，消力池底板高程147.27 m，池长15 m，池宽7 m，池深1.20 m。侧墙采用仰斜式挡墙护砌，迎水面边坡1∶0.30，背水面边坡1∶0.25，墙顶宽1 m，墙高4.30 m，采用C20混凝土浇筑，挡墙距底板1.50 m高度设一排直径50 mm的PVC排水管，间距2 m；消力池底板采用C25钢筋混凝土，厚0.50 m，下部自上而下设10 cm厚C15混凝土垫层、土工布(300 g/m2)和10 cm粗砂垫层；消力池底板布置PVC排水管，呈梅花形布置，间距2 m，直径50 mm。

消力池出口连接浆砌石海漫段，海漫段长10 m，底板厚0.50 m，纵坡1∶20；侧墙采用仰斜式挡墙护砌，迎水面边坡1∶0.30，背水面边坡1∶0.25，墙顶宽0.80 m，墙高由3.80 m渐变到1 m。浆砌石海漫段后设5 m长的铅丝笼块石防冲槽，宽9 m，厚0.50 m。

4.3.3 新建跨溢洪道交通桥

新建交通桥位于溢洪道控制段，桥面净宽4.50 m，桥长10 m，设计荷载标准为公路Ⅱ级折减。桥面板采用C40钢筋混凝土空心板，桥面采用C40防水混凝土。交通桥的下部结构由重力型桥墩设计。

4.3.4 大坝观测设施与管理设施

增设大坝校核桩1个，工作桩1个，变形观测桩2个。新建管理用房面积50 m2。