郭利東

（山西省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030024）

1 工程概況

張家莊水庫位于孝義市新城南，是孝河干流上一座兼顧防洪、灌溉、養(yǎng)魚等綜合利用的中型水庫，壩址以上河道長45 km，控制流域面積465.1 km2，總庫容4697萬m3。工程區(qū)地震基本烈度為7度。

水庫樞紐工程由大壩、溢洪道、輸水涵管組成。工程等別為Ⅲ級(jí)，主要建筑物級(jí)別為3級(jí)，洪水標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇洪水設(shè)計(jì)，1000年一遇洪水校核。大壩壩頂公路是連接孝河兩岸的主要道路，2011年，在滿足水庫防洪、灌溉等要求下，將大壩壩頂公路拓寬至36m，溢洪道交通橋加寬至36m。大壩加寬后壩頂長617m，壩頂高程 768.11～767.82m，下游壩坡 1∶2.5，高程762.00m處設(shè)2m寬的馬道，采用漿砌石護(hù)拱和造型花草網(wǎng)格護(hù)坡。大壩上游壩坡1∶1.25，高程758.60m處設(shè)2m寬的馬道，采用混凝土預(yù)制塊防護(hù)。溢洪道位于大壩右岸，進(jìn)口為寬頂堰，4孔弧形閘門控制泄水，每孔凈寬10m，堰頂高程758.61m，設(shè)4扇10m×7m的弧形鋼閘門。輸水涵管位于大壩左端樁號(hào)0+066.1處，總長度延長到171.1m， 涵管進(jìn)口底高程751.61m，進(jìn)口設(shè)2.45m×2.0m的檢修鋼閘門，出口安裝2個(gè)直徑1m的工作閥門。

2 存在問題

2013年，省水利廳對水庫蓄水安全進(jìn)行了專項(xiàng)檢查，并形成了《張家莊水庫蓄水安全檢查報(bào)告》。通過檢查發(fā)現(xiàn)水庫目前存在以下問題：2003年水庫除險(xiǎn)加固尾工問題，包括溢洪道海漫、輸水涵洞洞身加固、壩基液化三項(xiàng)未實(shí)施；輸水涵洞與外側(cè)建筑物存在接觸滲透破壞問題；溢洪道檢修門毀壞嚴(yán)重，不能正常運(yùn)行，備用電源設(shè)施陳舊老化，啟動(dòng)困難，閘墩表面存在剝蝕現(xiàn)象；輸水涵洞進(jìn)口檢修門不能啟閉；大壩下游壩腳管涌現(xiàn)象未徹底解決；大壩安全監(jiān)測設(shè)施不完備，測壓管內(nèi)大部分無水。

3 除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)

3.1 除險(xiǎn)加固工程尾工問題

由于省、市、縣級(jí)配套資金沒有全部到位，造成2003年除險(xiǎn)加固工程初步設(shè)計(jì)提出的建設(shè)內(nèi)容未全部完成。

3.1.1 溢洪道海漫

2003年除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)海漫長55m，采用干砌石護(hù)面，因資金短缺沒有實(shí)施。2007年，孝義市對大壩以下孝河河道進(jìn)行了治理，河道治理后，原海漫段河床已用鋼筋混凝土襯砌并蓄水，底板厚200 mm，邊墻厚500 mm，因此，2003年除險(xiǎn)加固時(shí)設(shè)計(jì)的55m長的干砌石海漫不需要進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。

3.1.2 輸水涵洞洞身加固

輸水涵管位于大壩左端，分為主管和支管，主管長95.0m，兩道支管分別長76.1m。取水口為鋼筋混凝土塔式進(jìn)水塔，進(jìn)水塔后95m為鋼筋混凝土圓形主管，內(nèi)徑1.4m，壁厚30 cm，鋪設(shè)在混凝土管座上，每10m設(shè)截流環(huán)一道，基礎(chǔ)為亞黏土。主管后叉分成兩根內(nèi)徑1.0m的鋼筋混凝土管12.1m（支管），除險(xiǎn)加固和壩頂公路拓寬加長的64m全部采用鋼管外包裹20 cm厚的鋼筋混凝土。

目前，鋼筋混凝土主管在距檢修閘門45m處，管頂有長約2m的環(huán)向裂縫，頂部縫寬2～4 mm，因輸水涵洞為有壓涵洞，洞身開裂后涵管內(nèi)的壓力水將向外流出，會(huì)加劇管周圍土體的滲漏變形。另外，涵管運(yùn)行幾十年，管內(nèi)表面由于氣蝕及沖刷需進(jìn)行加固處理。

考慮施工因素，采用壁厚12 mm，內(nèi)徑1m鋼管襯砌，水泥砂漿灌漿的加固方法。

3.1.3 壩基液化土層處理

2003年除險(xiǎn)加固時(shí)對大壩從下游進(jìn)行了加寬培厚，加固后壩頂高程為768.75m，寬10m，壩底寬130m，2010年采用下游培厚法對大壩壩頂路面加寬，大壩加寬后壩頂高程768.11～767.82m，壩頂長617m，壩頂公路寬36m，壩底寬142m。加寬后原壩腳處覆土厚度達(dá)7.1m。

根據(jù)《構(gòu)筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》，結(jié)合工程實(shí)際，認(rèn)為原壩腳以上地基土液化較輕微，可不計(jì)入液化影響，但路基坡腳下游的液化可能影響到下游壩坡安全。

目前大壩下游河床有2個(gè)大口井，該井建于1999年，距大壩下游原壩腳約150m，大口井直徑30m，井深19m，井壁為無砂混凝土，井底至相對隔水層，單井出水量120m3/h，曾用于臨時(shí)供水，運(yùn)行以來未見有細(xì)粒土帶出。井內(nèi)水面距地面9～10m，由此可見，大壩壩基地下水位在卵石層中，上層粉細(xì)中砂中無水，據(jù)此認(rèn)為壩基不會(huì)產(chǎn)生液化，不予處理。

3.2 下游壩腳管涌現(xiàn)象處理

大壩下游壩腳在工程初期運(yùn)行時(shí)曾出現(xiàn)過管涌，20世紀(jì)70年代對大壩發(fā)生管涌部位采取了反濾措施，80年代管涌現(xiàn)象逐漸減少直至消失，1995年后再次出現(xiàn)管涌。其中1988年、2007年、2012年水庫水位曾達(dá)到正常蓄水位764.0m以上，但均未發(fā)生管涌現(xiàn)象，因此認(rèn)為壩體滲流基本穩(wěn)定，不予處理。

3.3 大壩安全監(jiān)測設(shè)計(jì)

3.3.1 大壩安全監(jiān)測工程現(xiàn)狀

2010年大壩壩頂路面加寬后，在壩前設(shè)置1個(gè)水位監(jiān)測點(diǎn)，在壩體內(nèi)設(shè)置16個(gè)大壩浸潤線觀測點(diǎn)，在壩基布置9個(gè)滲透水壓力觀測點(diǎn)，但設(shè)備已全部損壞，不能正常觀測。由于大壩無變形觀測設(shè)施，無法監(jiān)測整個(gè)大壩的滲透和壩體變形情況，故不能準(zhǔn)確掌握工程運(yùn)行狀態(tài)。

3.3.2 安全監(jiān)測設(shè)計(jì)

水庫安全觀測除日常巡視檢查外，本次加固設(shè)置了壩體表面變形觀測和壩體浸潤線觀測項(xiàng)目。

外部變形觀測包括壩面沉降觀測和壩面水平位移觀測。根據(jù)壩長和壩基地形情況，本次加固設(shè)變形觀測橫斷 6 個(gè)，分別為 0+060，0+160，0+260，0+360，0+460，0+560，變形觀測縱斷4個(gè)，其中上游壩坡正常蓄水位以上設(shè)1個(gè)，壩頂下游側(cè)壩坡設(shè)1個(gè)，壩下游758.00m，751.80m高程各設(shè)1個(gè)，大壩兩岸每排測點(diǎn)連線的延長線上各布置1個(gè)工作基點(diǎn)和1個(gè)校核基點(diǎn)，大壩下游1～3 km范圍內(nèi)布設(shè)2個(gè)水準(zhǔn)基點(diǎn)，共布設(shè)測點(diǎn)22個(gè)，工作基點(diǎn)8個(gè)，校核基點(diǎn)8個(gè)，水準(zhǔn)基點(diǎn)2個(gè)。測點(diǎn)采用混凝土墩，豎向位移采用精密水準(zhǔn)法測量，橫向水平位移采用視準(zhǔn)線觀測。

浸潤線觀測共設(shè)4個(gè)觀測橫斷面，觀測斷面與壩體表面位移觀測斷面結(jié)合布置，樁號(hào)分別為0+060，0+260，0+360和0+560，每個(gè)橫斷面上布設(shè)4根測壓管，其中上游壩坡正常蓄水位以上設(shè)1個(gè)，壩頂?shù)缆分虚g設(shè)1個(gè)，壩頂下游側(cè)壩坡設(shè)1個(gè)，下游壩腳處設(shè)1個(gè)，共設(shè)壩體浸潤線觀測管14根，測壓管均深入至壩基砂卵石層中，采用人工觀測。

3.4 電氣及金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本次除險(xiǎn)加固工程金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括更新輸水涵洞進(jìn)口檢修閘門及其啟閉設(shè)備。

根據(jù)閘門運(yùn)行條件，閘門設(shè)計(jì)為定輪式平板鋼閘門，上游止水。閘門使用原門槽，本次更新門葉和起吊設(shè)備。啟閉設(shè)備選用QPQ-10 t固定卷揚(yáng)式啟閉機(jī)起吊，啟閉機(jī)容量100 kN，揚(yáng)程13m，電機(jī)功率3.5 kW，數(shù)量為1臺(tái)。

電氣改造內(nèi)容：更換溢洪道備用電源柴油發(fā)電機(jī)組，功率50 kW。更換柴油發(fā)電機(jī)電纜為VV-3×35+1×16。在箱變內(nèi)的變壓器低壓側(cè)增加一個(gè)雙投開關(guān)，型號(hào)為HS13BX-100/31，用于備用電源與主電源的切換。更換輸水涵洞啟閉機(jī)動(dòng)力配電箱，型號(hào)為XXL-53型壁掛式動(dòng)力配電箱。配電箱兼作啟閉機(jī)的啟動(dòng)控制箱，啟閉機(jī)的啟動(dòng)采用星三角啟動(dòng)方式，啟閉機(jī)回路斷路器額定電流為16 A。

3.5 搶險(xiǎn)石料堆放

水庫配備搶險(xiǎn)石料3000m3，放置在大壩左壩肩處。堆碼石垛要求每垛高1m，長10m，寬10m，共30垛，垛間距1m。石垛采用水泥砂漿抹邊、抹角，抹面寬度0.2m，石垛的五個(gè)面要求平整，縱橫斷面范圍內(nèi)凹凸不超過5 cm，石垛無缺石、坍塌、倒垛、雜草等。石垛編號(hào)和方量應(yīng)標(biāo)注清晰。標(biāo)注尺寸長0.6m，寬0.4m，用水泥砂漿抹平，邊角整齊，白底黑體紅字油漆噴制，邊框2 cm，線寬1 cm。

4 結(jié)論

通過此次除險(xiǎn)加固，張家莊水庫的病險(xiǎn)問題得到了有效解決，提高了大壩的穩(wěn)定性，使水庫的運(yùn)行更加可靠，同時(shí)充分發(fā)揮了水庫的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，確保了沿岸群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。