李順平

（忻州市忻府區(qū)云中河水利服務(wù)中心 山西忻州034000）

1 工程概況

雙乳山水庫(kù)位于云中河支流南云中河上游的雙乳山腳下，是海河流域子牙河水系滹沱河一級(jí)支流南云中河上的一座控制性工程。壩址以上控制流域面積330 km2，其中石山區(qū)面積252 km2，土石山區(qū)面積78 km2。雙乳山水庫(kù)原設(shè)計(jì)總庫(kù)容1 285萬(wàn)m3，最大壩高11.0 m。洪水設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)為百年一遇洪水設(shè)計(jì)，保壩設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)未說(shuō)明（經(jīng)復(fù)核其洪峰流量相對(duì)應(yīng)為千年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)），興利運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)為年調(diào)節(jié)運(yùn)行，控制灌溉面積5 800 hm2。

水庫(kù)運(yùn)行十五年后，于1976年又在雙乳山水庫(kù)上游8.4 km處修建了“米家寨水庫(kù)”。米家寨水庫(kù)設(shè)計(jì)總庫(kù)容為1 119萬(wàn)m3，最大壩高23.0 m。洪水設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇洪水設(shè)計(jì)，1000年一遇洪水校核標(biāo)準(zhǔn)。壩址以上控制流域面積305 km2，此后又于1979年在雙乳山水庫(kù)上游7.6 km處（南北云中河分水口處）修建了固定分洪工程，用以控制云中河干流洪水的渲泄，南北云中河分洪比例為4∶6。至此，雙乳山水庫(kù)控制流域面積縮減為25 km2，但仍承擔(dān)米家寨水庫(kù)下泄洪水40%的分洪任務(wù)及兩庫(kù)之間25 km2的洪水調(diào)蓄任務(wù)。為一座以灌溉為主，分洪、養(yǎng)殖為輔的半旁引水庫(kù)，其運(yùn)行方式與米家寨水庫(kù)的運(yùn)行方式密切關(guān)聯(lián)。米家寨水庫(kù)的主要任務(wù)為緩洪蓄清，雙乳山水庫(kù)的主要任務(wù)為分洪蓄清，灌溉興利。

2 工程現(xiàn)狀

雙乳山水庫(kù)現(xiàn)狀由主壩、副壩、七個(gè)小山包、溢洪道、輸水洞組成。

大壩座落在臺(tái)坡山與鳳凰山237 m長(zhǎng)的河谷之間，在大壩左側(cè)由四個(gè)相連的小山包（即臺(tái)坡山、饅頭山、紅山、暖泉山）和1 782 m長(zhǎng)的東副壩相連，形成庫(kù)區(qū)左側(cè)擋水壩；在大壩右側(cè)由鳳凰山、119 m長(zhǎng)的1#副壩、破頭山、50 m長(zhǎng)的2#副壩、黑龍彎山和2 043 m長(zhǎng)的西副壩相連，形成庫(kù)區(qū)右側(cè)擋水壩。雙乳山水庫(kù)原設(shè)計(jì)為年調(diào)節(jié)水庫(kù)，防洪標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇洪水設(shè)計(jì)，總庫(kù)容1 285萬(wàn)m3，設(shè)計(jì)主壩壩高11.0 m，壩頂寬7.0～12.0 m，壩頂長(zhǎng)317.5 m，大壩迎水面坡比1∶3，背水面坡比1∶2.5，下游壩坡腳設(shè)1.5 m高干砌石排水棱體。大壩坐落在原河床上，壩基未作防滲處理，壩基滲漏非常嚴(yán)重，庫(kù)水位達(dá)到8.5 m時(shí)，壩后滲水達(dá)0.113 m3/s。經(jīng)過(guò)四十余年運(yùn)行，現(xiàn)狀壩頂平均累計(jì)下沉62 cm，現(xiàn)狀壩高程為10.38 m。

1#副壩座落在大壩右側(cè)的鳳凰山與破頭山之間，設(shè)計(jì)壩高7 m，壩頂寬4 m，現(xiàn)狀壩頂寬8.5 m，壩頂長(zhǎng)119 m，迎水面邊坡為1∶3，背水面邊坡為1∶2.5，設(shè)計(jì)壩高為11 m。庫(kù)水位達(dá)到8.50 m時(shí)，壩后滲流成為一片沼澤，現(xiàn)狀壩體平均累計(jì)下沉46 cm，現(xiàn)狀壩高為10.54 m，壩坡迎水面干砌石護(hù)坡破爛不堪。

2#副壩座落在大壩右側(cè)的破頭山與黑龍彎山之間，設(shè)計(jì)壩高3.0 m，壩頂寬1.5 m，壩頂長(zhǎng)50 m，迎、背水面邊坡為1∶1，設(shè)計(jì)壩高11 m。壩體單薄，邊坡較陡，當(dāng)水庫(kù)水位達(dá)到8.0 m時(shí)，壩后滲水成為一片沼澤?，F(xiàn)狀壩體平均累計(jì)下沉50 cm，現(xiàn)狀壩高為10.50 m。

東副壩布設(shè)在庫(kù)區(qū)左側(cè)，從暖泉山相接向庫(kù)區(qū)上游延伸1 782 m，與南云中河河堤相連。東副壩設(shè)計(jì)頂寬2m，上、下游邊坡分別為1∶1.3和1∶1.0，壩高5～2 m，設(shè)計(jì)壩高11 m，為人工夯實(shí)的土壩?，F(xiàn)狀壩體單薄，邊坡較陡，防洪能力差，當(dāng)庫(kù)水位達(dá)到8.5 m時(shí)，壩后成為一片沼澤，滲水流量達(dá)到0.03 m3/s。現(xiàn)狀壩高為9.7～10.47 m。

西副壩布設(shè)在庫(kù)區(qū)右側(cè)，從黑龍彎山始，向庫(kù)區(qū)上游延伸2 043 m，與南云中河河堤相連。西副壩設(shè)計(jì)頂寬2 m，上、下游邊坡分別為1∶1.31和1∶1.0，壩高5～2 m，設(shè)計(jì)壩高11 m，為人工夯實(shí)土壩?，F(xiàn)狀壩體單薄，邊坡較陡，波浪沖刷嚴(yán)重，防洪能力差，當(dāng)庫(kù)水位達(dá)到8.5 m時(shí)，壩后成為一片沼澤，滲水流量達(dá)到0.045 m3/s。經(jīng)過(guò)四十余年的運(yùn)行，現(xiàn)狀壩頂高程為9.7～10.55 m。1997年，僅將西副壩最嚴(yán)重的地面接觸滲流滑坡隱患部位（樁號(hào)從0+025～0+605 m段），580 m長(zhǎng)的險(xiǎn)工地段進(jìn)行了局部粉噴樁防滲加固處理，其效果良好，其余的1 438 m副壩仍存在滲透變形問(wèn)題，尤其是在高水位蓄水期間，時(shí)刻威脅著水庫(kù)的安全，對(duì)管理工作帶來(lái)了極大的不便。

溢洪道布設(shè)在大壩（主壩）右壩肩，為開敞式溢洪道，溢洪道斷面為復(fù)式斷面，總長(zhǎng)103.7 m，進(jìn)口寬43.8 m，其中深槽凈寬7.8 m，閘墩厚0.7 m，高2.0 m；淺槽凈寬4 m×8 m，閘墩厚0.6 m。由閘室段、水平泄槽、陡坡、消力池組成，為漿砌石結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)最大泄量210 m3/s。在深槽內(nèi)設(shè)三扇平板木閘門，用螺桿啟閉機(jī)啟閉。由于該建筑物運(yùn)行四十余年，在水流沖刷、凍融的作用下，特別是消力池灰縫脫落，砌體錯(cuò)位，比較破爛，設(shè)備老化，不能正常運(yùn)行。

原灌溉放水洞工程布設(shè)在1#副壩右壩肩，建于基巖之上，閘室總長(zhǎng)4.0 m，寬2.8 m，為兩孔1.0 m寬、2.0 m高的放水洞，用兩扇平板木閘門及兩臺(tái)螺桿式啟閉機(jī)控制。閘墩厚0.8 m，為漿砌石結(jié)構(gòu)，洞頂為拱形砌石，閘室下游無(wú)消能工程，老化失修，沖刷嚴(yán)重。致使工程損壞嚴(yán)重，現(xiàn)狀已不能正常運(yùn)行。

原放水洞遭到破壞后，于1994年10月在修復(fù)溢洪道工程的同時(shí)，又在溢洪道進(jìn)水閘基下新鑿灌溉洞工程，其結(jié)構(gòu)為0.8 m×0.8 m的鋼筋砼暗洞，設(shè)計(jì)流量1.0 m3/s，由鑄鐵閘門控制，現(xiàn)狀運(yùn)行良好。

3 存在問(wèn)題

雙乳山水庫(kù)投入運(yùn)行四十余年來(lái)，在保護(hù)下游忻州城區(qū)以及鐵路、公路和通訊等基礎(chǔ)設(shè)施的防洪安全，保障下游4個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)5 800 hm2農(nóng)田的灌溉方面起著不可替代的作用。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和忻州城市的擴(kuò)張，對(duì)橫穿規(guī)劃市區(qū)的南云中河的防洪任務(wù)提出了更高的要求，加之經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，對(duì)水資源的需求日益緊迫。但水庫(kù)存在諸多不穩(wěn)定隱患，現(xiàn)狀水庫(kù)樞紐工程存在的主要問(wèn)題：

1）水庫(kù)主、副壩防洪能力低于100年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)。

2）主、副壩上游護(hù)坡塌陷、破損嚴(yán)重。副壩壩頂寬度及抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均不滿足規(guī)范要求。

3）壩體填筑質(zhì)量差，大壩壩基、副壩壩體、壩基及東西副壩漏水嚴(yán)重，存在嚴(yán)重的滲透破壞現(xiàn)象，滲流形態(tài)不安全。

4）溢洪道進(jìn)口閘室為漿砌石結(jié)構(gòu)，砂漿脫落，下游消力池兩側(cè)墻傾斜，出口消力坎掏刷破壞嚴(yán)重；進(jìn)口閘門、啟閉設(shè)施老化。

5）大壩左壩肩巖體較破碎，裂隙發(fā)育，滲漏嚴(yán)重。

6）防汛上壩公路不暢，無(wú)必要的大壩安全監(jiān)測(cè)與管理設(shè)施。

2007年3月，受忻府區(qū)水利局及云中河灌區(qū)管理處委托，忻州市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院進(jìn)行了“雙乳山水庫(kù)大壩安全鑒定論證”，同年8月完成《雙乳山水庫(kù)大壩安全鑒定論證報(bào)告》，并上報(bào)省水利廳，通過(guò)部、省專家組鑒定，鑒定結(jié)論為：

1）水庫(kù)綜合類別為三類病險(xiǎn)庫(kù)。

2）水庫(kù)現(xiàn)狀規(guī)模，不達(dá)100年一遇洪水設(shè)計(jì)，1000年一遇洪水校核標(biāo)準(zhǔn)，綜合考慮水庫(kù)防洪安全性復(fù)核為C級(jí)。

3）副壩下游壩坡的抗滑穩(wěn)定均不滿足規(guī)范要求；溢洪道結(jié)構(gòu)不安全，布置不合理。綜合評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性為C級(jí)。

4）大壩壩體填土不均勻，干密度偏低，滲透系數(shù)偏大；大壩壩基、1#、2#副壩體、壩基及東、西副壩漏水嚴(yán)重，存在嚴(yán)重的滲透破壞現(xiàn)象；1#、2#副壩壩后曾出現(xiàn)過(guò)管涌現(xiàn)象，滲流形態(tài)不安全。滲流形態(tài)安全性為C級(jí)。

5）副壩下游壩坡在遭遇地震時(shí)，抗滑穩(wěn)定不滿足規(guī)范要求；溢洪道結(jié)構(gòu)不安全，布置不合理，不滿足抗震要求?？拐鸢踩敌詾镃級(jí)。

鑒于水庫(kù)目前存在的問(wèn)題，為確保雙乳山水庫(kù)這一調(diào)蓄工程的安全性，充分發(fā)揮其水利樞紐工程的綜合效益，必須對(duì)其進(jìn)行除險(xiǎn)加固處理，徹底消除大壩不穩(wěn)定隱患。

4 工程布置

整個(gè)除險(xiǎn)加固工程由主、副壩防滲加固、溢洪道、左庫(kù)岸防滲以及上壩公路和其他工程組成。

4.1 主壩

大壩壩頂寬5～7 m，路面為20 cm厚的C25現(xiàn)澆砼鋪筑，并向下游成1%的坡比。在壩頂上游側(cè)增設(shè)1.0 m高C20鋼筋砼防浪墻，高6 m的路燈；下游側(cè)設(shè)20 cm×50 cm預(yù)制C20砼路延。上游壩坡坡比設(shè)計(jì)為1∶3，護(hù)坡設(shè)厚15 cm預(yù)制C20砼嵌固塊護(hù)坡，護(hù)坡下設(shè)一層200 g/m2-0.2 mm-200 g/m2兩布一膜防滲土工布，土工布同壩基防滲墻相連，形成一道防滲屏障。下游壩坡坡比設(shè)計(jì)為1∶2.7，采用草皮護(hù)坡和預(yù)制C20凹型砼塊排水溝。

壩基采用砼高噴防滲墻防滲，設(shè)計(jì)墻體厚度30 cm，防滲長(zhǎng)度為230 m，平均深度為11 m，總防滲面積2 530 m2。

4.2 1#、2#副壩

1#副壩上游壩坡護(hù)坡全部拆除，通過(guò)清理，然后重新碾壓回填土。同時(shí)將壩頂和后壩坡樹木全部拔除，并進(jìn)行整理維修，壩后增設(shè)1.5 m高的干砌石排水棱體。1#副壩設(shè)計(jì)壩頂長(zhǎng)119 m，設(shè)計(jì)最大壩高7.0 m，壩頂寬維持現(xiàn)狀為8.5 m，迎水面邊坡為1∶2.5，背水面邊坡為1∶2.0，路面為25 cm厚的C20預(yù)制砼六棱塊鋪筑，增設(shè)1.2m高C20鋼筋砼防浪墻，高6 m的路燈，下游側(cè)設(shè)20 cm×50 cm預(yù)制C20砼路延。上游護(hù)坡為厚15 cm預(yù)制C20砼嵌固塊護(hù)坡，其下鋪設(shè)一層400 g/m2無(wú)紡布。下游壩坡采用草皮護(hù)坡，并設(shè)橫向預(yù)制C20凹型砼塊排水溝。壩基防滲采用砼高噴防滲墻防滲，設(shè)計(jì)防滲墻打穿壩基亞砂土層和中細(xì)砂層到基巖面止，防滲墻厚度30 cm，防滲長(zhǎng)度為97 m，平均深度為7.42 m，防滲面積為719.74 m2。

2#副壩全部拆除重建。設(shè)計(jì)壩高11 m，壩頂長(zhǎng)54 m，壩頂寬4.0 m，路面為20 cm厚的C25現(xiàn)澆砼鋪筑，上游側(cè)設(shè)1.0 m高C20鋼筋砼防浪墻，下游側(cè)設(shè)20 cm×50 cm預(yù)制C20砼路延。上游壩坡坡比設(shè)計(jì)為1∶2，護(hù)坡為厚15 cm預(yù)制C20砼嵌固塊護(hù)坡。下游壩坡坡比設(shè)計(jì)為1∶1.75，采用草皮護(hù)坡，并設(shè)橫向預(yù)制C20凹型砼塊排水溝，壩基采用結(jié)合槽防滲。

4.3 東、西副壩

對(duì)東副壩340 m進(jìn)行防滲加固處理，同時(shí)考慮防洪搶險(xiǎn)的需要對(duì)壩體進(jìn)行培厚處理，壩高維持現(xiàn)狀高程10.5 m，壩頂寬4.0 m，在壩頂兩側(cè)筑漿砌石擋墻，中間填土壓實(shí)，上面鋪設(shè)25 cm泥結(jié)碎石路面。上游壩坡在原壩坡基礎(chǔ)上加以修整之后，增設(shè)厚15 cm預(yù)制C20砼嵌固塊護(hù)坡，護(hù)坡下從外到內(nèi)依次鋪設(shè)3 cm厚1∶10砂漿找平層和200 g/m2-0.2 mm-200 g/m2防滲土工布一層。下游壩坡在原壩坡基礎(chǔ)上加以修整之后，增設(shè)草皮護(hù)坡。

沿東副壩迎水面壩腳對(duì)壩基設(shè)砼高噴防滲墻防滲。防滲墻的設(shè)計(jì)深度通常由地質(zhì)條件和設(shè)計(jì)條件允許滲流深度兩個(gè)因素控制。根據(jù)本次地質(zhì)勘探資料東副壩13 m左右以下為較密實(shí)的不透水亞黏土層，防滲墻的墻底深入該土層1.0 m即可，結(jié)合水庫(kù)實(shí)際情況本次設(shè)計(jì)東副壩設(shè)計(jì)防滲長(zhǎng)度為340 m（樁號(hào)為0+000～0+340 m），設(shè)計(jì)墻厚30 cm，墻深14 m，以截?cái)鄩位鶑?qiáng)透水層，深入弱透水層亞黏土層1.0 m，防滲面積為4 760 m2。防滲墻澆筑完成后需打樁頭50 cm。

西副壩壩高仍維持現(xiàn)狀10.5 m（平均值），結(jié)合路面處理適當(dāng)加寬壩頂，壩頂寬4.0 m，路面為25 cm泥結(jié)碎石路面，上游增設(shè)1.0 m高漿砌石防浪墻。上游壩坡在原壩坡基礎(chǔ)上加以修整之后，增設(shè)厚15 cm預(yù)制C20砼嵌固塊護(hù)坡，護(hù)坡下從外到內(nèi)依次鋪設(shè)3 cm厚1∶10砂漿找平層和土工布200 g/m2-0.2 mm-200 g/m2土工布一層，土工布同壩腳水泥土連續(xù)防滲墻連為一體，形成一道防滲屏障。下游壩坡經(jīng)過(guò)削坡處理后方可進(jìn)行壩體培厚，再設(shè)草皮護(hù)坡。同時(shí)，沿西副壩迎水面壩腳設(shè)水泥土連續(xù)防滲墻對(duì)壩基防滲處理，設(shè)計(jì)墻厚30 cm，墻深10 m，以截?cái)鄩位鶑?qiáng)透水層，深入弱透水層亞黏土層1.0 m。防滲面積為8 000 m2。為便于同防滲墻和頂部墻帽更好地連接在一起，澆筑完成后需打樁頭50 cm。

4.4 溢洪道和灌溉輸水洞

設(shè)計(jì)將現(xiàn)狀溢洪道及灌溉輸水洞進(jìn)口全部拆除重建，新建溢洪道布設(shè)在溢洪道原址范圍內(nèi)。新的溢洪道全長(zhǎng)141 m，由進(jìn)口段、閘室段、陡坡段、消力池和海漫及防沖槽段五部分組成，設(shè)計(jì)最大泄量為249.62 m3/m。

進(jìn)口段：閘前進(jìn)口段長(zhǎng)22.5 m，由左、右導(dǎo)水墻和閘前鋪蓋組成。左右導(dǎo)水墻為M7.5漿砌石重力式擋土墻結(jié)構(gòu)，最大高度為4.8 m，閘前鋪蓋長(zhǎng)22.5 m，底板為厚30 cm現(xiàn)澆C20砼。

閘室段：閘室段全長(zhǎng)10.1 m，寬21.2 m，分為4孔凈寬3.2 m泄洪閘，和一孔凈寬0.8 m灌溉洞，泄洪閘進(jìn)口底板厚80 cm，上、下游設(shè)齒墻，上游齒墻深2.4 m。閘墩厚1.2 m，高6.0～8.35 m，設(shè)3.9 m寬20.2 m長(zhǎng)的啟閉機(jī)控制室，墩頂為5 m寬17.8 m長(zhǎng)的交通橋。泄洪閘工作門為3.2 m×3.5 m平板鑄鐵閘門，采用QPQ-2-100卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)啟閉。灌溉洞進(jìn)口位于閘室左側(cè)，進(jìn)口底板長(zhǎng)3.5 m，工作門和檢修門均選用0.8 m×0.8 m的平板鑄鐵閘門，用QL—30SD手電兩用螺桿啟閉機(jī)控制，出口接原輸水涵洞。

陡坡段：閘室段后接陡坡段，陡坡段水平投影長(zhǎng)50 m，縱坡為1∶5.0，陡槽為喇叭形，擴(kuò)散角10°，進(jìn)口寬16.4 m，末端26 m，側(cè)墻采用漿砌石重力式結(jié)構(gòu)，墻高6～2 m，底板為厚50 cm的C20砼。其下設(shè)10 cm厚C10混凝土墊層和30 m厚反濾層，分三層鋪設(shè)，并設(shè)縱橫向排水。每隔10 m設(shè)一齒檻，并在巖基和土基交界處設(shè)一齒檻。

消力池：陡坡后接消力池消能，經(jīng)水力計(jì)算消力池寬26 m，長(zhǎng)24 m，池深2.0 m。邊墻為5.8 m高漿砌石結(jié)構(gòu)，底板為C20砼結(jié)構(gòu)，厚0.7 m，底板設(shè)Φ10 cm排水孔，按梅花型布置，孔距2 m，消力池底板下設(shè)設(shè)10 cm厚C15砼墊層和30 m厚反濾層。

海漫及防沖槽段：消力池后設(shè)長(zhǎng)20 m寬26 m厚60 cm的鉛絲籠海漫，兩側(cè)為高3.8 m的漿砌石導(dǎo)流墻。最后為32 m寬，14 m長(zhǎng)拋石防沖槽。

4.5 左庫(kù)岸帷幕灌漿

設(shè)計(jì)對(duì)左岸埡口處135 m強(qiáng)滲漏段進(jìn)行帷幕灌漿處理，設(shè)計(jì)帷幕深度35 m，厚度為1.0 m，分兩排梅花布孔，排距1.0 m，終孔距1.5 m，防滲面積為4 725 m2。

4.6 防汛搶險(xiǎn)公路

結(jié)合雙乳山水庫(kù)旅游開發(fā)將其150 m上壩公路和左岸環(huán)庫(kù)公路454 m以及右岸通向1#、2#副壩、西副壩及管理站的道路463 m全部進(jìn)行硬化處理。設(shè)計(jì)路面高程以現(xiàn)狀路面為基礎(chǔ)，路面寬4.0m，路面為20cm厚現(xiàn)澆C25砼。

4.7 機(jī)電及金屬結(jié)構(gòu)

雙乳山水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程機(jī)電及金屬結(jié)構(gòu)主要集中在溢洪道和灌溉輸水洞，其中溢洪道設(shè)泄洪閘4孔，每孔只設(shè)工作閘門，灌溉輸水洞1孔，設(shè)工作門及檢修閘門，所有閘門均采用平板鑄鐵閘門，其中泄洪閘閘門選用3.2 m×3.5 m雙吊點(diǎn)平板鑄鐵閘門，灌溉輸水洞進(jìn)口選用0.8 m×0.8 m單吊點(diǎn)平板鑄鐵閘門。

泄洪閘閘門選用QPQ—2×100卷?yè)P(yáng)啟閉機(jī)起吊，電機(jī)功率7.5 kW。灌溉輸水洞閘門選用QL—30SD手電兩用螺桿啟閉機(jī)起吊，電機(jī)功率1.1 kW。

5 結(jié)語(yǔ)

雙乳山水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程完工后，能夠提高水庫(kù)防洪標(biāo)準(zhǔn)，徹底消除大壩不穩(wěn)定隱患，保證工程安全運(yùn)行，同時(shí)可保護(hù)下游及忻州城區(qū)的安全，充分發(fā)揮其水利樞紐工程的綜合效益，大大改善區(qū)域工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，增加當(dāng)?shù)剞r(nóng)民收入，為區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展提供有力的推動(dòng)作用。