侯庄水库现状及除险加固工程措施

2021-01-07万红

河南水利与南水北调 2021年6期

万红

(河南省信阳市淮滨县水利局，河南信阳 464400 )

1 工程现状

淮滨县侯庄水库位于信阳市淮滨县三空桥乡侯庄村，处在淮河水系大洪河支流二道港的支流上，控制流域面积20 km2，最大坝高8.50 m，总库容348.10万m3。是一座以防洪、灌溉为主，结合水产养殖等综合利用的小(1)型水库。水库主要建筑物由大坝、溢洪道、输水洞等组成，大坝为黏土均质坝，长740 m。水库于1972年2月动工兴建，1973年4月基本建成。侯庄水库下游保护区内有1.20万人和麻里等5个行政村，地理位置重要。投入使用至今，为当地的防洪、抗旱、养殖等发挥了很大作用。由于水库建设正值“文革”时期，属典型的“三边”工程。水库兴建时，建筑材料缺乏，加之群众性施工，施工质量差，加之管理等原因，又经过30多年的运行，存在诸多问题，主要有：大坝填筑质量差，大坝上游坡高程36.00 m以下为干砌石护坡，无垫层，护坡块石零乱、块径小，风化塌陷严重，高程36.00 m以上未护砌，坝顶路面凸凹不平，下游坡为草皮护坡，无纵横向排水沟，坝脚未设置排水反滤设施；坝顶和上、下游侧树木繁多，杂草丛生，存在白蚁危害；溢洪道进口引渠淤堵，阻水，溢流堰顶高程不能满足水库兴利要求；消力池不能满足消能防冲要求，下游无海漫,尾水渠断面狭窄，洪水不能安全下泄；输水洞进出口砖砌体风化，砂浆抹面碳化剥落，无闸室，闸门铁件锈死，启闭机已拆除，洞身塌陷，出口无消能设施。监测设施缺乏，管理设施失修。

针对上述存在的主要问题，依据SL258—2000《水库大坝安全评价导则》的要求，2007年4月，淮滨县水利局组织有关设计单位编制完成了《淮滨县侯庄水库大坝安全评价报告》，该报告从水库的防洪标准、工程质量、结构安全、输泄水建筑物安全、渗流安全、金属结构安全、大坝运行管理等主要方面，对水库的安全性进行了全面复核和综合评价。安全鉴定结论为：“大坝病险严重，属三类坝”。2010年，河南省水利厅组织专家组进行了现场核查，同意三类坝鉴定结论，急需进行除险加固。

2 工程地质

根据《中国地震动参数区划图》，侯庄水库工程地震峰值加速度为0.05 g，本场地的地震烈度相当于Ⅵ度。库区位置在区域构造单元划分上属三级构造单元之西峡-南湾地向斜褶皱束(Ⅱ14)，以水库大坝为中心100 km范围内的大断裂南有桐柏～商城深断裂，北有信阳～梅山深断裂，两条断裂呈北西西向平行展布，是二级构造单元界线。在库区调查范围内未发现通往库外大的断裂构造带及新构造运动的迹象。区域构造稳定性较好。大坝坝基为低液限黏土层，该层土沉积密实，厚度大，强度高，呈硬塑状，渗透系数<10-6cm/s，为不渗透地层，故坝基不存在渗透问题。由于大坝填筑质量差，施工时清基不彻底，坝基与坝体接合处存在渗漏问题。溢洪道地层岩性为第四系更新统洪积低液限黏土，黄色～棕黄色，稍湿，土的状态硬塑～坚硬状态，工程地质条件较好。

3 除险加固措施

3.1 工程等别及建筑物级别

侯庄水库总库容348.10万m3，按照《水利水电工程等级划分及洪水标准》的规定，属于小(1)型水库，工程等别为Ⅳ等，所属主要建筑物为4级，临时建筑物为5级。主要建筑物包括大坝、溢洪道、输水洞等。水库除险加固工程防洪标准采用20 a一遇洪水设计，100 a一遇洪水校核，泄水建筑物消能标准为20 a一遇洪水设计。

3.2 设计洪水

侯庄水库自建库以来没有水文观测资料，附近也没有可借鉴的降雨资料，分别采用《河南省中小流域设计暴雨洪水图集》(1984年版，简称《84图集》)和河南省水文水资源局2005年12月编制的《河南省暴雨参数图集》(简称《05图集》)进行设计暴雨、洪水参数计算，“84图集”洪水计算结果较大，为安全考虑，采用“84图集”洪水计算成果，20 a一遇设计洪峰流量130.80 m3/s，24 h洪量374万m3；100 a一遇校核洪峰流量213.00 m3/s，24 h洪量580万m3。

此次除险加固保持水库功能不变，经调洪演算，除险加固后，死水位32.00 m，死库容25.00万m3；汛限水位34.40 m，相应库容92.00万m3；兴利水位34.40 m，兴利库容67万m3；设计洪水位35.66 m，相应库容252.70万m3；校核洪水位36.07 m，总库容348.10万m3。

3.3 工程设计

3.3.1 大坝加固设计

3.3.1.1 坝顶工程

针对大坝坝顶不满足防洪要求及坝顶路面存在的问题，本次加固拟对0+000～0+520段重新铺设沥青混凝土厚6 cm，路面宽10.00 m，上游增设C20混凝土防浪墙，顶部高程为37.80 m，厚0.30 m，埋深1 m；下游增设C20混凝土路缘石，断面尺寸为0.15 m×0.50 m(宽×高)，路缘石高出路面0.15 m，正对横向排水沟处设排水缺口。

由于大坝桩号0+520～0+653段坝顶高程为37.00～36.10 m，比最高静水位36.07 m高，本次加固保留现状路面，增设上游防浪墙和下游路缘石，防浪墙顶部高程为37.50 m。

大坝桩号0+653～0+740段坝顶路面低于最高静水位，且存在与溢洪道新建交通桥连接问题，拟拆除现状坝顶路面，并将大坝加高培厚，使大坝与溢洪道新建交通桥平顺连接。加固后坝顶高程为36.10～37.00 m(交通桥桥面高程)，宽5.00 m，采用C20混凝土硬化，增设上游防浪墙和下游路缘石，防浪墙顶部高程为37.50 m。

3.3.1.2 上游坝坡工程

针对大坝上游坝坡存在的问题，此次加固拟对大坝上游坝坡进行整修和护砌。上游坝坡整修后坡比为1∶2，并在高程34.50 m处增设1.00 m宽平台一道。坝坡整修时坝体回填土料应满足规范要求，回填土压实度≥0.96；回填前应进行清基，平均清基厚度0.30 m。

0+000～0+400段上游混凝土护坡厚度较薄，不能满足规范要求，且经多年浪水冲击、淘蚀，大部分混凝土块已严重塌陷毁坏，无法继续抗御风浪袭击，危及坝体安全，拟对其重新护砌；护砌高程从死水位32.00 m高程到坝顶间，护坡类型采用C20混凝土护坡，厚0.13 m，下部为0.15 m厚的砂石垫层，单块板尺寸3.00 m×2.50 m，板间缝宽10 cm，错缝布置，缝中设无砂混凝土排水带，排水带下铺1.10 m宽无纺针织布。上游34.50 m高程的平台内侧及死水位护坡底部均设C20混凝土基墩。由于0+400～0+740段处在台地段，上游坝坡均处在水位变化范围以上，拟对其采用草皮护坡。

3.3.1.3 下游坝坡及坝脚工程

根据大坝下游坝坡存在的问题，对下游坝坡进行整修，0+000～0+520段整修坡比为1:2.5，0+520～0+740段整修坡比为1:2，均采用草皮护坡。为了解决坝坡雨水冲刷和坝体排水问题，此次加固在0+000～0+520段下游坝脚设置一道纵向排水沟，下游坝坡每隔50 m设置横向排水沟一道，0+060～0+335段坝脚新建贴坡排水。纵向排水沟断面尺寸为0.50 m×0.60 m(宽×高)，壁厚和底厚均为0.20 m，总长500 m；横向排水沟断面尺寸为0.30 m×0.30 m(宽×高)，壁厚和底厚均为0.15 m，共计11条，总长179 m；贴坡排水顶部高程为32.00 m，由内而外结构分别为0.20 m厚粗砂垫层、0.20 m厚卵石垫层和0.40 m厚干砌块石护坡。

3.3.1.4 清障工程

为保障大坝安全，将清理上下游坝顶及下游坝坡的树木，共需砍伐约1 300棵树木，树木砍伐后，还需对树根进行开挖、清理，以清除坝体内残留的树木根须，并进行回填土。

3.3.1.5 白蚁防治

白蚁防治应贯彻“预防为主、防治结合、综合治理”的方针。采用挖巢灭杀、药物灌浆和地表施药的治理措施。另外，对大坝两端100 m范围内，采用挖巢和药物防治相结合的方法，消灭原生白蚁，消除蚁源区白蚁生存繁衍，避免白蚁再次向大坝入侵。

3.3.2 溢洪道加固工程

针对溢洪道为土质，开挖后未护砌，溢洪道两侧边坡拉切坍塌严重，下游无消能设施，冲刷淘蚀严重，溢洪道工程质量差；尾水渠未开挖成形，断面狭窄，影响洪水安全下泄；堰顶无交通桥，致使泄洪时两岸交通中断等问题。此次加固将溢洪道堰顶高程恢复到34.40 m，宽39.00 m，过水断面为矩形，过流净宽37.20 m，溢洪道工程采用20年一遇洪水标准，依据调洪成果，相应库水位35.66 m，20年一遇洪水溢洪道下泄流量84.00 m3/s。加固后溢洪道由进口段、堰顶控制段、消能设施段及尾水渠段组成。

进口段0+000～0+061为引渠，底部高程33.40 m，宽40 m，两岸边坡为1∶2；0+061～0+066段为1∶5的倒坡，底部采用0.40 m厚C20混凝土护砌，下铺0.10 m厚C15混凝土垫层，底宽40.00 m渐变为39.00 m，两岸边坡由1∶2渐变为直墙，墙顶由34.80 m渐变为37.00 m，采用M7.5浆砌石扭曲面护砌。

堰顶控制段为开敞式宽顶堰，堰顶高程34.40 m，堰顶净宽37.20 m，顺水流长5.00 m，底板采用0.40 m厚C20混凝土护底，下铺0.10 m厚C15混凝土垫层，底板与上、下游接缝处设橡胶止水，两岸为C20混凝土交通桥桥台，临水侧为直墙，填土侧边坡为1∶0.30。堰顶交通桥总长40.00 m，共4跨，两边跨每跨净宽9.20 m，中间2跨每跨净宽9.40 m；上部结构采用C30钢筋混凝土空心板，两侧设C30钢筋混凝土护轮带和C25钢筋混凝土栏杆，桥面净宽3.89 m，高程为37.00 m，桥面向两侧设1%地找坡，并设有排水孔。

消能设施段：陡坡段水平投影长8.00 m，坡比1∶4，底宽39.00 m，底板采用0.40 m厚C25钢筋混凝土护底，下铺0.10 m厚C15混凝土垫层；两岸为C20混凝土重力式挡土墙，距消力池底板1.00 m处设φ75PVC排水管一排，间距1.50 m，墙顶高程由37.00 m渐变为35.30 m。消力池护坦长8.00 m，池深0.60 m，消力池底板高程为32.40 m，采用C25钢筋混凝土护砌，并设φ75PVC排水管，间距1.00m，梅花形布置，下设0.50m厚三层反滤层；两岸为C20混凝土重力式挡土墙，距消力池底板1.50 m处设φ75mmUPVC排水管一排，间距1.50 m。池后海漫段(0+087～0+107)底宽由39.00 m渐变为33.00 m，其中0+087～0+097段底宽由39.00 m渐变为36.00 m，采用M7.5浆砌石护底，厚0.40 m，两岸为M7.5浆砌石扭面，由直墙渐变为1∶2边坡；0+097～0+107段底宽由36.00 m渐变为33.00 m，底部及边坡均采用干砌石护砌，厚0.40 m。

开挖疏浚尾水渠(0+107～0+167)，底宽由33.00 m渐变为15.00 m，两岸坡比为1∶2，后接下游河道。

3.3.3 输水洞工程

输水洞位于大坝桩号0+275处，进口底部高程32.00 m，设计引水流量1.00 m3/s。针对输水洞存在的问题，采取拆除重建措施。新输水洞由进口段、闸室段、洞身段和出口段四部分组成。进口段长5.00 m，采用C20混凝土八字墙，底板C20混凝土厚0.40 m，前后设齿，深0.40 m；闸室进口尺寸1.20 m×1.20 m，闸室内设平板工作铸铁闸门、检修闸门各一扇，安装80kN手、电两用螺杆式启闭机2台，闸底板高程为32.00 m，与上下游接缝处采用“651”橡胶止水带防渗，C25钢筋混凝土底板厚为0.60 m，顶板厚0.50 m，闸室长为6.00 m，操作平台高程37.00 m；洞身为C25钢筋混凝土箱涵，断面尺寸为1.20 m×1.20 m，壁厚0.40 m，共2节，每节长9.00 m，接头处设有C25钢筋混凝土截水环。

洞身出口接下游消能设施，分别为：陡坡段、消力池段、海漫段。陡坡段水平投影长9.00 m，浇筑C25混凝土护底，厚0.40 m，下铺0.10 m厚C15混凝土垫层，坡比1∶3；边墙为M7.5浆砌石挡土墙，临水侧为直墙，填土侧边坡比为1∶0.50；每隔10.00 m一分缝，缝中采用闭孔泡沫塑料板填缝；消力池底板厚0.40 m，下设0.50 m厚砂石反滤层，底板上设置φ75UPVC排水管，间距1.50 m，呈梅花形布置。边墙为M7.5浆砌石挡土墙，临水侧为直墙，填土侧边坡比为1:0.50，边墙上设置φ75mmUPVC排水孔1排，距底0.50 m；海漫段长10.00 m，M7.5浆砌石护底厚0.40 m，两岸为M7.5浆砌石扭面，由直墙扭变到1∶1.50的边坡，底部宽3.50 m，两岸高程30.50 m，下游接现有灌溉渠道。

3.3.4 观测与管理设施工程

观测设施：此次设计计划在大坝桩号0+080、0+230、0+380断面增设共计7点浸润线观测管。管理房维修：维修管理房100 m2。水文测报设施：增设水位观测水尺1处，在桩号0+180处上游坝坡增设水尺一组，水尺旁设C20混凝土观测踏步。防汛照明灯：在坝顶0+000～0+520段内侧每隔100 m设置一组防汛照明灯，现浇C20混凝土灯座，预埋电杆基础垫板，共计6组。