黃延賀，侯 鍇

(1.沈陽(yáng)市水利建筑勘測(cè)設(shè)計(jì)院，沈陽(yáng)110015;2.遼寧省水利廳供水局，沈陽(yáng)110003)

1 工程概況

花古水庫(kù)位于康平縣柳樹(shù)屯鄉(xiāng)花古窩堡村西南側(cè)，座落在遼河一級(jí)支流秀水河上游。由發(fā)源地至水庫(kù)壩址，總河長(zhǎng)44.76 km，總平均坡度為3.25‰，流域面積為257 km2。

花古水庫(kù)于1958年5月開(kāi)工，同年10月主體工程竣工，是一座以防洪灌溉為主，兼顧農(nóng)業(yè)灌溉及養(yǎng)魚(yú)的多年調(diào)節(jié)中型水庫(kù)。樞紐建筑物主要有大壩(主壩、南副壩、北副壩)、溢洪道、輸水洞2座。工程等別為Ⅲ等，工程規(guī)模為中型，水庫(kù)永久性主要建筑物(包括主壩、副壩、溢洪道、輸水洞)級(jí)別為3級(jí)，永久性次要建筑物(溢洪道尾水渠等)為4級(jí);臨時(shí)性水工建筑物為5級(jí)。

花古水庫(kù)原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為:100 a一遇設(shè)計(jì)，500 a一遇校核。按《水利水電樞紐工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》(SL252－2000)規(guī)定，本次除險(xiǎn)加固為50 a一遇設(shè)計(jì)，300 a一遇校核。

水庫(kù)總庫(kù)容2 403萬(wàn)m3，校核洪水位98.50 m，設(shè)計(jì)洪水位97.40 m，正常蓄水位94.85 m，死水位93.85 m，興利庫(kù)容290萬(wàn)m3，死庫(kù)容215萬(wàn)m3。設(shè)計(jì)灌溉面積229 hm2，實(shí)灌面積達(dá)到或超過(guò)設(shè)計(jì)面積。

花古水庫(kù)保護(hù)下游康平、法庫(kù)兩個(gè)縣區(qū)的8個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，35個(gè)村屯的近2.1萬(wàn)人口，耕地3 600 hm2，保護(hù)國(guó)道1條(101國(guó)道)及鄉(xiāng)級(jí)公路多條。

2 水庫(kù)存在的主要問(wèn)題

根據(jù)《遼寧省康平縣花古水庫(kù)安全評(píng)價(jià)報(bào)告》，以及水利部大壩安全管理中心對(duì)花古水庫(kù)三類(lèi)壩鑒定成果的核查意見(jiàn)，花古水庫(kù)主要存在以下問(wèn)題。

1)水庫(kù)大壩現(xiàn)有壩頂高程、壩頂寬度不滿(mǎn)足規(guī)范要求。

2)主壩迎水面護(hù)坡塊石較小，護(hù)坡塊石嚴(yán)重脫落、風(fēng)化，局部護(hù)坡塊石沉陷嚴(yán)重。

3)老河床段主壩壩基滲漏嚴(yán)重;主壩背水坡排水體失效。

4)溢洪道混凝土抗凍強(qiáng)度不夠。

5)南輸水洞有滲漏問(wèn)題，存在安全隱患;北輸水洞擋土墻及翼墻整體傾斜下沉，出口消力池剝蝕嚴(yán)重，裂縫發(fā)育，其閘墩混凝土凍融剝蝕，嚴(yán)重破碎，存在安全隱患;輸水洞閘門(mén)老化，開(kāi)啟不靈。

6)大壩無(wú)安全監(jiān)測(cè)設(shè)施。

3 水庫(kù)防洪標(biāo)準(zhǔn)確定

根據(jù)《水利水電樞紐工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》(SL252－2000)第2.1.1、2.2.1、2.2.6條及《防洪標(biāo)準(zhǔn)》(GB50201－94)第6.1條的規(guī)定，對(duì)于山區(qū)、丘陵區(qū)的水工建筑物擋水高度低于15 m，且上下游最大水頭差＜10 m，其洪水標(biāo)準(zhǔn)按平原、海濱區(qū)標(biāo)準(zhǔn)確定。

花古水庫(kù)地理位置十分重要，花古水庫(kù)保護(hù)下游康平、法庫(kù)兩個(gè)縣區(qū)的8個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，35個(gè)村屯的近2.1萬(wàn)人口，耕地3 600 hm2，保護(hù)國(guó)道1條(101國(guó)道)及鄉(xiāng)級(jí)公路多條。水庫(kù)年產(chǎn)魚(yú)20萬(wàn)kg。保護(hù)對(duì)象極為重要，水庫(kù)一旦潰壩，下游將遭受巨大損失，后果將不堪設(shè)想。因此，防洪標(biāo)準(zhǔn)取上限，即水庫(kù)永久性建筑物的洪水標(biāo)準(zhǔn):設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為50 a，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為300 a。

4 死水位選擇分析

由于花古水庫(kù)壩址以上11.5 km處為張家窯小(一)水庫(kù)，11 km處為滿(mǎn)斗小(二)水庫(kù)，沙漠非產(chǎn)流區(qū)可認(rèn)為不產(chǎn)沙，張家窯水庫(kù)和滿(mǎn)斗水庫(kù)并沒(méi)有排沙設(shè)施。因此，花古水庫(kù)入庫(kù)沙量計(jì)算中產(chǎn)沙面積可以只考慮張家窯水庫(kù)和滿(mǎn)斗水庫(kù)－花古水庫(kù)區(qū)間面積進(jìn)行計(jì)算。把計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)地形圖進(jìn)行比較分析，同時(shí)考慮冬季養(yǎng)魚(yú)的要求水深1.50 m，最后確定死水位93.85 m，對(duì)應(yīng)庫(kù)容215萬(wàn)m3。

5 正常蓄水位與興利庫(kù)容確定

花古水庫(kù)現(xiàn)狀正常蓄水位94.85 m，興利庫(kù)容290萬(wàn)m3。根據(jù)水庫(kù)發(fā)展規(guī)劃可知，花古水庫(kù)的灌溉、養(yǎng)魚(yú)規(guī)模均維持現(xiàn)狀不變。因此，本次除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)不改變?cè)Ｐ钏弧?/p>

6 樞紐建筑物加固措施

6.1 大壩

6.1.1 上下游護(hù)坡型式的比選

由于花古水庫(kù)位于我國(guó)北方，設(shè)計(jì)護(hù)坡時(shí)需要考慮抗凍和冰推力的作用，因此，根據(jù)《水工建筑物抗凍設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL211－98)的規(guī)定，對(duì)上游護(hù)坡進(jìn)行了以下兩種型式比選。

1)干砌石護(hù)坡:主壩上、下游護(hù)坡均從壩頂護(hù)到壩底，護(hù)坡型式為干砌石護(hù)坡厚0.4 m，碎石墊層0.2 m，砂墊層0.2 m。

2)鋼筋混凝土菱形框格內(nèi)砌塊石護(hù)坡:

主壩:主壩上、下游護(hù)坡均從壩頂護(hù)到壩底，上游護(hù)坡結(jié)構(gòu)型式為:在高出正常蓄水位2 m以上進(jìn)行干砌石護(hù)坡，從高出正常蓄水位2 m以下采用鋼筋混凝土菱形框格內(nèi)砌塊石護(hù)坡。

3)分析:水庫(kù)現(xiàn)狀為干砌石護(hù)坡，水位變動(dòng)區(qū)塊石隆起嚴(yán)重，干砌石護(hù)坡向下傾斜和脫落，塊石風(fēng)化嚴(yán)重，凹凸不平，局部有較大的洼坑。根據(jù)《水工建筑物抗凍設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL211－98)的規(guī)定，康平花古水庫(kù)地區(qū)多年平均最大冰厚0.8 m，相應(yīng)單寬靜冰壓力215 KN/m，內(nèi)砌塊石的綜合容重γk為23.5 KN/m3，護(hù)坡與墊層的摩擦系數(shù)取0.8。

結(jié)論:根據(jù)以上分析及本地區(qū)獾子洞水庫(kù)的實(shí)驗(yàn)資料，鋼筋混凝土菱形框格內(nèi)砌塊石護(hù)坡的型式，沒(méi)有發(fā)生上述現(xiàn)象。本次推薦采用鋼筋混凝土菱形框格內(nèi)砌塊石護(hù)坡。

6.1.2 壩基防滲型式的比選

6.1.2.1 地質(zhì)情況

由地質(zhì)勘探表明，壩基未作處理，壩體直接座落在中等透水性的粉砂和強(qiáng)透水性的細(xì)砂上，地基第一層為粉土，第二層為粉砂，第三層為細(xì)砂，第二、第三層滲透系數(shù)為7.1×10－4～9×10－5cm/s。主壩0+310－0+610樁號(hào)之間壩后漏水嚴(yán)重。

6.1.2.2 方案選擇

1)高噴灌漿處理:由地質(zhì)資料可知，地基為粉細(xì)砂，厚度為6 m。因此，可灌性不好，細(xì)砂、粗砂級(jí)配單一，并且壩身較矮，高度不夠，保證不了灌漿的壓力;如果進(jìn)行高噴灌漿，砂性土難以固壁，并且高噴灌漿需要防滲墻伸入巖石層一定深度。因此，本水庫(kù)壩基不適合高噴灌漿。

2)垂直鋪塑處理:由于本水庫(kù)地基為粉細(xì)砂，并且壩前淤積的細(xì)砂達(dá)到1.2 m厚。根據(jù)《土工膜施工技術(shù)規(guī)范》，本次設(shè)計(jì)采用垂直鋪塑防滲處理，垂直鋪塑范圍為主壩全長(zhǎng)1 250 m，土工膜向下插入壩基6.17 m深。由于南北副壩壩基不滲漏。因此，本次設(shè)計(jì)對(duì)南北副壩壩基不進(jìn)行防滲處理。

6.2 溢洪道的選擇

溢洪道的選擇應(yīng)結(jié)合壩高進(jìn)行經(jīng)濟(jì)與技術(shù)上的論證，現(xiàn)有以下3種方案進(jìn)行分析確定。

方案一、溢洪道凈寬加寬至80 m增大泄量，輸水洞不參與調(diào)洪;

方案二、溢洪道寬度保持原狀，輸水洞參與調(diào)洪;

方案三、溢洪道寬度加寬至60 m，輸水洞參與調(diào)洪;

在以上的方案設(shè)計(jì)中對(duì)土壩、溢洪道、交通橋相關(guān)部分，進(jìn)行工程投資比較。

6.2.1 方案一:溢洪道凈寬加寬至80 m，輸水洞不參與調(diào)洪1)主壩工程，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 方案一設(shè)計(jì)水位及相應(yīng)的壩頂高程

主壩現(xiàn)壩頂高程為98.86～99.17 m，北副壩壩頂現(xiàn)狀高程為98.32～100.19 m可以看出現(xiàn)狀壩頂，壩頂高程不滿(mǎn)足規(guī)范要求。不滿(mǎn)足要求部分需加高至高程99.22 m，上游干砌石護(hù)坡拆除重建，采用框格混凝土護(hù)坡，下游采用草皮護(hù)坡，壩頂加寬至5 m。

2)溢洪道工程

原溢洪道全部拆除重建，溢洪道凈寬度加寬至80 m，在堰體段增設(shè)交通橋一座，設(shè)4個(gè)橋墩，總寬6 m，因此溢洪道總寬度為86 m。堰頂高程為94.85 m。新建溢洪道前鋪蓋底板為了與其庫(kù)區(qū)地形銜接高程定為93.5 m。尾水渠拓寬至100 m。

6.2.2 方案二:溢洪道寬度保持原狀，輸水洞參與調(diào)洪

1)主壩工程，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

主壩現(xiàn)壩頂高程為98.86～99.17 m，北副壩壩頂現(xiàn)狀高程為98.32～100.19 m可以看出現(xiàn)狀壩頂，壩頂高程不滿(mǎn)足規(guī)范要求。不滿(mǎn)足要求部分需加高至高程99.55 m，上游干砌石護(hù)坡拆除重建，采用框格混凝土護(hù)坡，下游采用草皮護(hù)坡，壩頂加寬至5 m。

表2 方案二設(shè)計(jì)水位及相應(yīng)的壩頂高程

2)溢洪道工程

原溢洪道全部拆除重建，溢洪道凈寬度為56 m，在堰體段增設(shè)交通橋一座，設(shè)3個(gè)橋墩，總寬4 m，因此溢洪道總寬度為60 m。堰頂高程為94.85 m。新建溢洪道前鋪蓋底板為了與其庫(kù)區(qū)地形銜接高程定為93.5 m。尾水渠寬度60 m。6.2.3 方案三:溢洪道寬度加寬至60 m，輸水洞參與調(diào)洪1)主壩工程，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 方案三設(shè)計(jì)水位及相應(yīng)的壩頂高程

主壩現(xiàn)壩頂高程為98.86～99.17 m，北副壩壩頂現(xiàn)狀高程為98.32～100.19 m可以看出現(xiàn)狀壩頂，壩頂高程不滿(mǎn)足規(guī)范要求。不滿(mǎn)足要求部分需加高至高程99.35 m，上游干砌石護(hù)坡拆除重建，采用框格混凝土護(hù)坡，下游采用草皮護(hù)坡，壩頂加寬至5 m。

2)溢洪道工程

原溢洪道全部拆除重建，溢洪道凈寬度為46 m，在堰體段增設(shè)交通橋一座，設(shè)3個(gè)橋墩，總寬4 m，因此溢洪道總寬度為50 m。堰頂高程為94.85 m。新建溢洪道前鋪蓋底板為了與其庫(kù)區(qū)地形銜接高程定為93.5 m。尾水渠寬度60 m。

結(jié)論:通過(guò)以上3個(gè)方案比較可以看出:

方案一溢洪道凈寬加寬到80 m，輸水洞不參與調(diào)洪，壩頂高程降下32 cm，而溢洪道隨著寬度的增加，工程量增加較多，整修下游河道寬度的增加也造成工程量大幅增加，并且下游渠道擴(kuò)寬，需要永久占地。同時(shí)下泄流量增加后，溢洪道下游的河流承泄能力不夠，最大承泄能力為420 m3/s，而溢洪道擴(kuò)寬后下泄流量變?yōu)?17 m3/s。

方案三溢洪道寬度加寬到60 m，輸水洞參與調(diào)洪，壩頂高程降下20 cm，而溢洪道隨著寬度的增加，工程量增加較多。

方案二在經(jīng)濟(jì)方面具有明顯的優(yōu)越性，在不改變溢洪道寬度的同時(shí)，能夠滿(mǎn)足水庫(kù)正常運(yùn)行的要求。因此，本次的水庫(kù)工程除險(xiǎn)加固方案采用方案二。

6.3 輸水洞

南輸水洞，北輸水洞維持原狀拆除重建。因此，此次設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)結(jié)合部位進(jìn)行重點(diǎn)處理，以防滲漏。處理方式為:大壩在做土工膜垂直防滲時(shí)，在輸水洞前不宜斷開(kāi)。在洞身兩側(cè)回填黏土，壓實(shí)度為1，底部水平寬1.5 m，坡比為1∶0.75。

7 結(jié)語(yǔ)

本水庫(kù)已圓滿(mǎn)通過(guò)遼寧省水利廳及松遼委的審查，現(xiàn)在已經(jīng)開(kāi)始施工。

［1］ 水利部.SL253－2000溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:水力水電出版社，2000.

［2］ 水利部.SL274－2001碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［3］ 顧慰慈.滲流計(jì)算原理及應(yīng)用［J］.北京:中國(guó)建材工業(yè)出版社，2000.

［4］ 李艷玲，王民壽，等.施工方案優(yōu)選方法的探討［J］.四川水力發(fā)電，2000.