□李新媛（新鄉(xiāng)市衛(wèi)河共產(chǎn)主義渠管理處）

一、工程概況

陳家院水庫位于海河流域衛(wèi)河支流淇河上游輝縣市西北55km處，是一座以灌溉為主，結(jié)合發(fā)電、防洪綜合利用的中型水庫。水庫控制流域面積117km2，壩型為漿砌石重力墻堆石壩，總庫容1370萬m3，興利庫容1017萬m3，死庫容12萬m3。水庫建于20世紀(jì)60年代初，受當(dāng)時(shí)條件限制，建筑標(biāo)準(zhǔn)低，水庫存在的主要問題一是防洪標(biāo)準(zhǔn)不足300年一遇，遠(yuǎn)低于規(guī)范要求的1000年一遇標(biāo)準(zhǔn)；二是水庫大壩下游堆石體抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)僅0.865，抗滑穩(wěn)定不能滿足規(guī)范要求。經(jīng)安全鑒定，水庫大壩為三類壩，需除險(xiǎn)加固。

二、溢洪道改建方案比選

陳家院水庫溢洪道位于水庫大壩右岸壩端，寬40～47m，堰型為不標(biāo)準(zhǔn)折線型實(shí)用堰，堰頂寬47m，堰頂高程776.5m，平壩頂時(shí)最大泄洪能力僅1939m3/s，防洪標(biāo)準(zhǔn)不足300年一遇，遠(yuǎn)低于規(guī)范要求的1000年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)。

為擴(kuò)大溢洪道泄洪能力，提高水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)堰流公式，有3種途徑，一是增加堰上水頭，二是增加堰寬，三是增加溢流堰流量系數(shù)。

（一）增加堰上水頭

途徑一或提高大壩壩頂高程，增加大壩高度，或降低堰頂高程。陳家院水庫壩頂高程與現(xiàn)有輝陵公路（輝縣至山西省陵川縣）高程相差很小，增加壩頂高程將需要對公路進(jìn)行改線，另外，增加壩頂高程還大大增加了壩體加固工程量，所以提高壩頂高程方案不可取。降低堰頂高程必然減少水庫的興利蓄水量，對于水資源嚴(yán)重缺乏的輝縣市北部山區(qū)，以及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展造成不利影響，方案不合適。

（二）增加堰寬

陳家院水庫現(xiàn)有溢流堰為不標(biāo)準(zhǔn)折線型實(shí)用堰，根據(jù)折線型實(shí)用堰要求及溢洪道現(xiàn)狀地形。使陳家院水庫溢流堰為標(biāo)準(zhǔn)折線型實(shí)用堰，上游堰高需要由1.0m增加到3.2m，下游堰高需要由1.5m增加到3.4m，即堰前挖深2.2m，堰后挖深1.9m。根據(jù)調(diào)洪計(jì)算，要滿足水庫千年一遇泄洪要求，梯形堰堰寬應(yīng)為62m，即溢洪道需拓寬15m，下游拓寬22m，溢洪道挖深和拓寬后，梯型堰外表面考慮0.5m厚混凝土護(hù)面。經(jīng)計(jì)算，完成上述工程需完成邊坡石方開挖8.37m3，基礎(chǔ)石方開挖7238m3，溢洪道進(jìn)口石方開挖6110m3，堰面混凝土澆筑722m3，估算投資402.1萬元。

（三）增加溢流堰流量系數(shù)

迷宮堰是一種新堰型，流量系數(shù)比一般直線堰大得多，維修費(fèi)用低，管理簡便，在山東省的數(shù)座水庫中達(dá)到成功利用。

根據(jù)山東省水利科學(xué)研究院的研究成果，經(jīng)過對迷宮堰堰高7.0、6.5、5.5m 3個(gè)方案進(jìn)行認(rèn)真分析比較，確定采用堰高5.5m方案。其主要參數(shù)為：最大水頭比1.2，寬高比2.27，展寬比4，堰體長24.2m，堰總寬50m，堰頂高程778.4m（較現(xiàn)狀堰頂高1.9m），堰底高程772.9m。迷宮堰流量系數(shù)隨堰頂水頭變化而變化，堰頂水頭越小，流量系數(shù)越大；堰頂水頭越大，流量系數(shù)越小。根據(jù)天津大學(xué)水工實(shí)驗(yàn)室陳家院水庫迷宮堰模型試驗(yàn)成果進(jìn)行調(diào)洪計(jì)算，1000年一遇校核洪水時(shí)堰頂水頭6.59m，迷宮堰泄量為3000m3/s，相應(yīng)庫水位784.99m（水庫大壩壩頂高程 785m）。

根據(jù)迷宮堰平面布置、迷面尺寸，現(xiàn)狀溢洪道需拓寬3m，下挖2.6m。經(jīng)計(jì)算，完成陳家院水庫迷宮堰改建工程需完成溢洪道進(jìn)口石方開挖5610m3，基礎(chǔ)石方開挖9238m3，護(hù)坦混凝土澆筑1628m3，堰墻混凝土澆筑1002m3，導(dǎo)水墻混凝土澆筑875m3，估算投資234.72萬元。

（四）溢洪道改建工程方案選定

經(jīng)過對上述三種途徑分析，增加堰上水頭需改建公路且大大增加壩體加固工程量，方案不可?。煌緩蕉?jīng)現(xiàn)有堰型改建后可滿足水庫泄洪要求，但工程量大，工程投資高，且現(xiàn)有溢洪道左岸為管理所，右岸懸崖陡壁，施工難度非常大；途徑三通過現(xiàn)有溢洪道改建迷宮堰，不僅使溢洪道泄洪滿足規(guī)范要求，還能提高興利庫容76萬m3，而且工程費(fèi)用低，施工難度小，因此，溢洪道改建方案選定為改建迷宮堰方案。

三、壩體加固方案比選

陳家院水庫大壩為漿砌石重力墻堆石壩，壩頂高程785m，最大壩高80m，壩頂長190m，壩頂寬4.7m。漿砌石重力墻位于大壩上游側(cè)，兼作防滲體，頂寬2.2m，底寬47.2m。堆石體位于大壩下游側(cè)，頂寬2.5m，底寬66.4m，在732m、759m高程處設(shè)兩級 2m寬的馬道，高程 705～732m、732～759m、759～783.5m間下游坡度分別為1∶1.2、1∶1.15、1∶1.0，高程783.5m以上至壩頂間為直立段。水庫堆石施工為人工拋填，經(jīng)計(jì)算，現(xiàn)狀大壩下游堆石體抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)僅為0.865，從運(yùn)行上看，大壩堆石體塌陷年年發(fā)生，后壩坡多處出現(xiàn)塌坑及外鼓，危及大壩自身安全，急需盡快進(jìn)行壩體加固。

根據(jù)陳家院水庫大壩情況，壩體加固設(shè)計(jì)對碾壓堆石貼坡加固和干砌塊石貼坡加固兩個(gè)方案進(jìn)行了設(shè)計(jì)。

（一）碾壓堆石貼坡加固方案

堆石體頂寬保持2.5m不變，依然在下游坡759m、732m高程處設(shè)置兩級2m寬馬道，在原有堆石體下游坡上加碾壓堆石貼坡，使下游坡自下而上分別達(dá)到1∶1.35，1∶1.35，1∶1.30。經(jīng)試驗(yàn)，碾壓堆石內(nèi)摩擦角為43°，空隙率30%；原有堆石內(nèi)摩擦角為39°，空隙率40%，采用折線法公式，利用計(jì)算機(jī)求得下游坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為1.21，大于規(guī)范要求的1.2，滿足規(guī)范要求。經(jīng)計(jì)算，碾壓堆石貼坡方案需堆石拆除2353m3，清基3.03萬m3，碾壓堆石6.93萬m3，干砌塊石護(hù)坡8000m3,兩岸清基2700m3，估算投資518.4萬元。

（二）干砌塊石貼坡加固方案

堆石體頂寬仍然保持2.5m不變，在下游坡759、732m高程處設(shè)置兩級2m寬馬道，在原有堆石體下游坡上加干砌塊石貼坡，使下游坡自下而上分別達(dá)到1∶1.35、1∶1.30、1∶1.25。干砌塊石內(nèi)摩擦角為39°，空隙率40%；采用折線法公式利用計(jì)算機(jī)求得下游坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為1.24，大于規(guī)范要求的1.2，滿足規(guī)范要求。經(jīng)計(jì)算，干砌塊石貼坡方案需堆石拆除2353m3，清基2.76萬m3，干砌塊石壩體6.43萬m3，干砌塊石護(hù)坡7800m3,兩岸清基2600m3，估算投資696.78萬元。

（三）壩體加固方案選定

經(jīng)過對上述兩方案分析，碾壓堆石貼坡盡管工程量稍大，但投資小，主要原因是碾壓堆石單價(jià)較干砌塊石單價(jià)低，另外，碾壓堆石施工機(jī)械化程度高，施工速度快，一年半內(nèi)可完成壩體加固工程任務(wù)（干砌塊石全部為人工施工，速度慢，完成陳家院水庫壩體加固需要兩年時(shí)間），工期短，質(zhì)量可靠，因此，壩體加固選用碾壓堆石貼坡加固方案。

四、結(jié)束語

通過對上述溢洪道改建及壩體加固方案比選，陳家院水庫除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)選定了溢洪道改建迷宮堰及對大壩堆石體進(jìn)行碾壓堆石貼坡加固方案，方案不僅經(jīng)濟(jì)合理，而且大膽采用新技術(shù)，不僅消除了水庫不安全隱患，而且還增加興利庫容76萬m3，對改善下游山區(qū)群眾生活及生產(chǎn)條件具有重大意義。