郭蓉蓉

（榆林市榆陽(yáng)區(qū)水產(chǎn)工作站 陜西 榆林 719000）

1 概況

中營(yíng)盤(pán)水庫(kù)位于榆林市榆陽(yáng)區(qū)境內(nèi)的榆溪河支流五道河上游，是榆溪河水庫(kù)群中的一座中型水利樞紐工程，大壩位于榆陽(yáng)區(qū)孟家灣鄉(xiāng)中營(yíng)盤(pán)村，在榆林市區(qū)以北約45km處。該工程于1970年3月動(dòng)工興建，1972年10月竣工建成，工程等級(jí)為三級(jí)，是一座以灌溉為主，兼有防洪、養(yǎng)殖、發(fā)電、攔沙等綜合利用的中型水庫(kù)。中營(yíng)盤(pán)水庫(kù)大壩由主壩和副壩組成，為水力沖填均質(zhì)水墜沙壩，最大壩高為27 m，壩頂全長(zhǎng)820 m（主壩長(zhǎng)650 m，副壩兩處長(zhǎng)170 m），壩基高程為1197.30 m，壩頂高程為1223.40 m。大壩迎水坡坡比為1∶8；背水坡在壩頂以下2.5 m范圍內(nèi)為1∶4，以下為1∶10。有效庫(kù)容742萬(wàn)m3，死庫(kù)容210萬(wàn)m3。

2 大壩病險(xiǎn)問(wèn)題及壩址地質(zhì)情況

2.1 大壩病險(xiǎn)問(wèn)題

中營(yíng)盤(pán)水庫(kù)大壩現(xiàn)壩頂高程為1223.17 m～1224.93 m，受當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)水平和施工條件限制，水庫(kù)大壩設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)較低，壩體填筑料來(lái)自兩岸風(fēng)積砂，壩體砂粒含量占88%～99%，粉粒含量占1%～12%，粘粒含量極少，為粉細(xì)砂，按《水利水電工程天然建筑材料勘察規(guī)程》對(duì)壩體填筑土料評(píng)價(jià)可知，壩體粉細(xì)砂料質(zhì)量均不符合規(guī)程要求。依據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》，采用標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)查表法計(jì)算和室內(nèi)土工試驗(yàn)資料表明：壩體填筑質(zhì)量不符合標(biāo)準(zhǔn)要求，壓實(shí)質(zhì)量較差，水平滲透指標(biāo)差異性大，壩體屬中透水性，滲透指標(biāo)不符合質(zhì)量要求。加之壩坡未砌護(hù)，無(wú)任何防滲措施，加劇了大壩的風(fēng)險(xiǎn)性。同時(shí)副壩較低，經(jīng)過(guò)三十多年運(yùn)行和泥沙淤積，已經(jīng)難以滿足蓄水要求，急需加高。

2.2 壩址區(qū)工程地質(zhì)條件

壩區(qū)河谷兩岸地形較為平緩，壩后河床高程1201.66 m，河谷呈寬緩對(duì)稱(chēng)的“U”型，兩岸高程1215 m～1235 m，相對(duì)高差14 m～34 m，岸坡坡角15°～25°，左右壩肩為沙漠灘地，區(qū)內(nèi)沖溝不發(fā)育，筑壩段河谷為N～S向發(fā)育，在壩軸線處河谷寬度200 m～250 m，階地不發(fā)育。壩址區(qū)地下水主要賦存于上更新統(tǒng)河湖相堆積（Q3al+l）松散細(xì)砂層中，建庫(kù)前兩岸地下水補(bǔ)給河水，建庫(kù)后庫(kù)水補(bǔ)給地下水。壩基巖性主要為粉砂、細(xì)砂構(gòu)成。

3 大壩加固設(shè)計(jì)

3.1 大壩穩(wěn)定復(fù)核計(jì)算

3.1.1 滲透穩(wěn)定分析

依據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，計(jì)算上游正常蓄水位1219.10 m，校核洪水位1220.85 m時(shí)，下游水位為1201.30m情況下下游的壩坡穩(wěn)定滲流分析。選取河床最大斷面作為計(jì)算斷面，滲流計(jì)算參數(shù)指標(biāo)為：壩體填筑沙土滲透系數(shù)為5.66×10-3cm/s，大壩填土滲透坡、出逸點(diǎn)高程計(jì)算成果見(jiàn)表1。

從表1可知，壩體和壩基的單寬滲流量為q=2.342m3/d·m；壩體和壩基每天最大滲流量為795m3/d，年最大滲漏量為29.02萬(wàn)m3，約占設(shè)計(jì)總庫(kù)容的1.3%，滲流量較大。下游壩坡的滲流出逸點(diǎn)在壩坡上，壩體的滲透坡降大于規(guī)范允許的滲透坡降I允，說(shuō)明壩體滲透穩(wěn)定不滿足要求，需進(jìn)行防滲處理。

表1 大壩填土滲透坡、出逸點(diǎn)高程成果表

表2 土料物理力學(xué)指標(biāo)

表3 大壩穩(wěn)定計(jì)算安全系數(shù)成果

3.1.2 壩體穩(wěn)定分析

依據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》第7.3.2條，本次穩(wěn)定分析計(jì)算主要復(fù)核以下工況：正常運(yùn)用情況下（穩(wěn)定滲流期）的下游壩坡，即上游庫(kù)水位為正常蓄水位1219.10 m，下游水位為1201.30 m條件下，下游壩坡的穩(wěn)定計(jì)算；非常運(yùn)用情況下（穩(wěn)定滲流期）的下游壩坡，即上游庫(kù)水位為校核洪水位1220.85 m，下游水位為1201.30 m條件下，下游壩坡的穩(wěn)定計(jì)算。采用北京理正《土石壩穩(wěn)定計(jì)算程序》進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算斷面取河床最大斷面。各土層的物理力學(xué)指標(biāo)見(jiàn)表2。計(jì)算成果見(jiàn)表3。

通過(guò)計(jì)算可見(jiàn)，中營(yíng)盤(pán)水庫(kù)大壩下游壩坡在正常運(yùn)用情況下的最小安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求。

3.2 壩體整修加固

水庫(kù)大壩現(xiàn)壩頂高程為1223.17 m～1224.93 m，本次對(duì)壩頂進(jìn)行整平，恢復(fù)至原設(shè)計(jì)壩高，整平后壩頂高程為1223.50 m。主壩頂寬度維持原6.0 m不變，總長(zhǎng)變?yōu)?62 m。經(jīng)穩(wěn)定分析計(jì)算壩體抗滑滿足規(guī)范要求，大壩上下游壩坡均不需進(jìn)行培厚處理，只進(jìn)行簡(jiǎn)單地整修處理。處理后上游壩坡坡比為1∶6；下游壩坡坡比壩頂至1219.00 m為1∶5，1219.00m～1213.00m為1∶6。副壩由于加壩不能按原副壩走向進(jìn)行加高，從右壩肩沿水庫(kù)沙梁填筑副壩，長(zhǎng)度為223 m，頂寬4.0 m。主、副壩的內(nèi)外坡比保持一致，均為1∶4。

3.3 大壩防滲處理

本次中營(yíng)盤(pán)水庫(kù)防滲加固處理是建立在大壩滲透安全的條件下進(jìn)行設(shè)計(jì)的。從所測(cè)壩下游的滲透量可知，大壩的滲透主要由壩體產(chǎn)生，所以大壩防滲加固的主要內(nèi)容由兩部分組成：一是壩基防滲加固處理，為了使防滲體伸入壩基砂層中，在蓄水位增高、壩基防滲后，以達(dá)到增長(zhǎng)滲徑、減少直接從壩基出滲量；二是壩體防滲加固處理，目的是減少滲透量，降低浸潤(rùn)線、降低出逸點(diǎn)。

根據(jù)地質(zhì)勘探情況及工程現(xiàn)狀，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)查勘情況，選定壩基防滲軸線為：沿大壩縱向在上游壩坡1219.10 m高程線，布設(shè)垂直防滲幕墻方案。根據(jù)中營(yíng)盤(pán)水庫(kù)壩基地質(zhì)情況，其壩基主要為Q4al中沙層，由風(fēng)積砂及河湖相細(xì)砂夾薄層砂壤土組成，左岸厚3 m～20 m，河谷處3 m～5 m，右岸15 m～30 m，實(shí)測(cè)其物理力學(xué)指標(biāo)為：ρd=1.48g/cm3，D r=0.74，K20=5.19×10-3cm/s，頂板高程左岸1194.50 m～1196.70 m。

根據(jù)上述情況，本次設(shè)計(jì)中營(yíng)盤(pán)水庫(kù)大壩防滲的截滲范圍主要是伸入壩基中砂層中，以達(dá)到增長(zhǎng)滲徑、減少直接從壩基出滲的目的。鑒于上述情況，根據(jù)中營(yíng)盤(pán)水庫(kù)壩基地質(zhì)及截滲目的，本次設(shè)計(jì)中營(yíng)盤(pán)水庫(kù)大壩防滲加固處理方案選用砼墻垂直截滲處理方案。大壩砼防滲墻布設(shè)在上游壩坡1219.10 m高程處，防滲墻軸線與主壩軸線平行，防滲墻總長(zhǎng)度693.6 m，深度為20 m和25.0 m，墻厚0.4 m。壩基砼墻垂直截滲墻防滲指標(biāo)為：滲透系數(shù)小K≤1.0×10-6cm/s，允許滲透坡降J＞50。

3.4 壩后排水設(shè)計(jì)

針對(duì)下游壩坡運(yùn)行中存在的問(wèn)題，為了避免雨水漫流而造成對(duì)下游坡面沖刷，增設(shè)其壩坡排水設(shè)施。由1219.00 m、1213.00 m分別設(shè)兩條馬道。馬道寬2.0 m，內(nèi)側(cè)設(shè)排水溝，設(shè)計(jì)排水溝過(guò)水?dāng)嗝鎎×h=300mm×300mm，壁厚30cm，排水溝橫向通至壩體兩端排水溝。沿壩軸線間隔250 m設(shè)置2條排水溝，斷面結(jié)構(gòu)同上所述。考慮到大壩觀測(cè)、運(yùn)行管理及今后整修，沿壩軸線間隔250 m設(shè)置一條豎向踏步，共設(shè)2條，踏步寬150cm，厚15cm。中營(yíng)盤(pán)水庫(kù)下游壩坡沒(méi)有設(shè)反濾排水體，本次設(shè)計(jì)為貼坡式反濾排水體，設(shè)計(jì)頂高程為1205.8 m，底高程為1201.30 m，高4.5 m，頂寬4.86 m，沿主壩縱向布設(shè)，壩后長(zhǎng)度240 m。

3.5 上下游壩坡坡面設(shè)計(jì)

針對(duì)下游壩坡沖溝，安排在上游防滲工程實(shí)施后，清除雜物，外運(yùn)壤土進(jìn)行回填處理，設(shè)計(jì)回填壓實(shí)度η≥0.93。為保持坡面完整，坡面進(jìn)行植物護(hù)坡。由于大壩上游壩坡未砌護(hù)，隨著泥沙淤積和庫(kù)水位的抬高，壩坡有淘刷破壞的可能。本次設(shè)計(jì)結(jié)合上游防滲墻對(duì)上游壩坡進(jìn)行砌護(hù)，壩坡護(hù)面采用拱形骨架護(hù)坡，骨架采用M 7.5漿砌石，格內(nèi)植物護(hù)坡。

3.6 大壩安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)

為確保大壩安全運(yùn)行，建立一套比較完善的大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是十分必要的。根據(jù)工程的實(shí)際情況，本次僅按常規(guī)監(jiān)測(cè)進(jìn)行設(shè)計(jì)。依據(jù)《土石壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》，結(jié)合大壩特點(diǎn)進(jìn)行如下觀測(cè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)：外部表面變形觀測(cè)、滲流觀測(cè)、水文、氣象觀測(cè)。

5 結(jié)語(yǔ)

在水資源極為緊缺的榆林市，中營(yíng)盤(pán)水庫(kù)起著舉足輕重的作用。限于當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)技術(shù)和多蓄水的思想，水庫(kù)大壩設(shè)計(jì)上存在眾多缺限，經(jīng)過(guò)三十多年運(yùn)行，病險(xiǎn)加劇。通過(guò)分析病險(xiǎn)原因，從大壩加固、防滲處理、壩面排水、壩坡處理、觀測(cè)道路以及運(yùn)行監(jiān)測(cè)六個(gè)方面，提出除險(xiǎn)加固方案，以確保大壩安全運(yùn)行。