白美華

（神池縣水利水保站，山西 神池 036100）

1 大羊泉淤地壩基本情況

1.1 大壩原設計情況

大羊泉淤地壩位于神池縣大羊泉村東，1998年建成投產(chǎn)。屬黃河水系?？刂泼娣e3.4 km2，壩型為均質土壩，樞紐組成為大壩和放水建筑物“兩大件”，放水建筑物布置在大壩左岸，主要構筑物包括臥管、涵洞和明渠。洪水標準20年一遇設計，200年一遇校核，設計淤積年限15年；設計壩高17.4 m，壩頂高程1 594.9 m，溝底高程1 577.5 m，設計總庫容為51.6萬m3，設計攔泥庫容27萬m3，設計淤積壩高11.88 m，相應高程為1 589.38 m，可淤地面積3.19 hm2。壩頂寬 4 m，壩頂長 90 m，上游壩坡坡比 1∶2，下游壩坡坡比1∶1.5。放水建筑物臥管斷面尺寸為0.5 m×0.5m，臺階高0.4 m，總高度24 m，放水孔每臺布置，孔徑為21 cm；涵洞長60 m，斷面為0.8 m×1.2 m，Q加＝0.48 m3/s。

該壩壩址下游3.5 km處主溝內有陳家窯骨干淤地壩，形成壩系。陳家窯壩洪水標準為20年一遇設計，200年一遇校核，壩下游有小大線鄉(xiāng)道和人畜飲水井。

1.2 大壩現(xiàn)狀情況

經(jīng)實地勘測，大壩下游溝底高程為1 569.08 m，臥管頂高程1 595.55 m，第一放水孔高程為1 571.55 m，現(xiàn)有壩高為17.4 m，現(xiàn)淤面高程1 581.58 m（未達到淤積壩高1 589.38 m），現(xiàn)淤積庫容為2.73萬m3，壩頂高程為1 594.9 m，淤面至壩頂高13.32 m。壩頂平均寬度4 m，壩頂有交通要求，上游壩坡平均坡比1∶2，下游壩坡平均坡比1∶1.5。該壩放水建筑物臥管與輸水涵洞完好。

2 除險加固必要性分析

經(jīng)現(xiàn)狀分析大羊泉淤地壩樞紐組成為壩體和臥管涵洞“兩大件”，與下游主溝陳家窯淤地壩形成壩系，且沒有泄洪設施，抗洪泄洪能力不足，不滿足水利部《關于進一步加強淤地壩等水土保持攔擋工程建設管理和安全運行的若干意見》（水?！?010〕455號）的要求。

該壩缺少日常管護，邊坡及壩坡有沖溝，影響工程安全運行，潰壩后會對下游人民生命財產(chǎn)安全造成較大的危害，根據(jù)《水土保持工程技術規(guī)范》（GB51018—2014）中“失事后損失巨大或影響十分嚴重的淤地壩工程2級、3級主要永久性水工建筑物，經(jīng)過論證，可提高一級”的要求，急需增加泄洪設施及維修壩坡和邊坡沖溝，進行除險加固，消除安全隱患。

3 大壩除險加固方案

3.1 防洪標準復核

3.1.1 設計暴雨量

設計暴雨量采用以下公式計算：

式中：H24p——頻率為P的24 h暴雨量，mm；

Kp——頻率為P的皮III型曲線模比系數(shù)；

H24——最大24 h暴雨均值。

查省《規(guī)范》得：H24=60 mm，又由Cv=0.58，Cs=3.5Cv，由此查得：P=5%時，Kp=2.16，P=0.5%時，Kp=3.51，則：H24，5%=2.16×60=129.6 （mm）H24，0.5%=3.51×60=210.6（mm）

3.1.2 設計洪峰流量

設計洪峰流量采用以下公式計算：

式中：Qp——頻率為P的洪峰流量，m3/s；

C1——洪峰地理參數(shù)；

F——產(chǎn)流面積，km2。

因壩控區(qū)間為黃土丘陵溝壑區(qū)，查晉Q834～85《規(guī)范》表得：C1=0.17，控制面積：F=3.4 km2，則：Q5%=0.17×129.6×3.42/3=49.82 m3/s；Q0.5%=0.17×210.6×3.42/3=80.95 m3/s。

3.1.3 設計洪水總量

設計洪水總量采用以下公式計算：

式中：Wp——頻率為P的洪水總量，萬m3；

K——小面積洪水折減系數(shù)；

Rp——設計暴雨的一次洪水模數(shù)，萬m3/km2。

查晉 Q834～85《規(guī)范》附表得：K=1，當P=5%時，Rp=4.07，P=0.5%時，Rp=10.8，控制面積：F=3.4 km2，則：W5%=1×4.07×3.4=13.838萬m3；W0.5%=1×10.8×3.4=36.72 萬 m3。

3.1.4 調洪演算

（1）粗調

粗調計算采用以下公式：

假設溢洪道地板高程為1 590.47 m，溢洪道以下為淤積庫容，淤積庫容為33.29萬m3。起調水位相應的壩高為12.97 m，粗調結果見表1。

表1 調洪演算結果表

經(jīng)過調洪演算，選用溢洪道底高程1 590.47，底寬B=5.0 m。

（2）詳調

根據(jù)某一時段內進庫水量與出庫水量之差，求得該時段內庫水量增減的變化過程，采用基本公式如下：

詳調結果見表2。

查原設計壩高～庫容曲線，已淤積庫容為2.73萬m3，現(xiàn)狀剩余攔泥庫容為30.56萬m3。調洪演算總庫容為51.60萬m3，與原設計51.6萬m3相近，說明假定的攔泥庫容33.29萬m3可行，現(xiàn)有壩高17.4 m，滿足設計要求，故壩體不需要加高。

表2 調洪演算結果表

3.2 壩坡復核

根據(jù)《水土保持工程設計規(guī)范》（GB51018-2014），對于碾壓壩不同壩高應分別采取不同的上下游坡比，設計如表3所示。

表3 碾壓壩不同壩高

現(xiàn)狀壩上游壩坡平均坡比1∶2，下游壩坡平均坡比 1∶1.5，滿足規(guī)范要求。

3.3 除險加固方案

經(jīng)過上述分析，該壩壩體滿足設計要求，不需加高；上下游壩坡滿足規(guī)范要求。為滿足抗洪泄洪要求，本次除險加固只增設溢洪道泄洪建筑物。

4 除險加固初步設計

本次除險加固后樞紐組成為大壩、放水建筑物、溢洪道“三大件”，放水建筑物為臥管式、布置在大壩左岸，主要構筑物包括臥管、涵洞和明渠；增設溢洪道為寬頂堰陡坡式，布置在大壩右岸。

4.1 溢洪道設計

據(jù)實地勘察計算，溢洪道布置在大壩的右岸，采用開敞式，總長度127.92 m，最大下泄量36.5 m3/s，由進口段，泄槽，消能設施三部分組成。

4.2 溢洪道斷面及結構尺寸

4.2.1 引水渠

引水渠采用土質梯形斷面，邊坡比為1∶1，底高程為1 590.47m，最大泄洪水深2.87m，引水渠長度26 m，底寬為5m，下泄流量為36.50m3/s，墻高為水深加0.5m的安全超高，墻高取3.4 m。

4.2.2 漸變段

漸變段為扭面，與溢流堰側墻用縫分開。采用M7.5漿砌石結構，水深2.87 m，墻高為水深加0.5 m安全超高，墻高取3.4 m，進出口底寬為5 m，漸變段長度按下式計算：

式中：H——堰上最大溢流水深，取2.87 m，L≥2H=2×2.87=5.74 m，根據(jù)地形條件取漸變段長度為6 m。

4.2.3 溢流堰

壩頂有交通要求，本次溢流堰采用寬頂堰箱涵結構，根據(jù)《規(guī)范》取堰上水深的3～6倍，由此計算溢流長度為：

L溢=（3～6）×2.87=8.61 ～17.22 m。結合當?shù)貙嶋H情況確定溢流堰長取10 m。

根據(jù)調洪演算結果，溢流堰寬5 m，墻高為水深加0.5 m安全超高，取3.4 m。底板高程為1 590.47 m，消力池底板高程為1 567.3 m，跌差為23.17 m，底坡比選用1∶3.32，則水平長度為76.92 m，斜長為80.34 m。

4.2.4 泄槽

泄槽為矩形斷面，水平長度76.92m，斜長80.34m，底坡1∶3.32，過水底寬5 m，兩側翼墻采用懸臂式擋土墻形式，墻頂寬0.4 m，墻踵根部高0.3 m，懸挑長0.5 m，墻踵側加腋，腋寬0.3 m，高0.3 m，墻趾根部高0.3 m，懸挑長0.5 m，進口側墻高1.9 m，10 m處側墻高0.9 m，出口側墻高0.8 m。

4.2.5 消力池

消力池為矩形斷面，長9 m，寬5 m，厚0.4 m，側墻凈高3.7 m，墻頂寬0.4 m，側墻墻踵懸挑長各為0.5 m，高0.4 m，背坡家腋尺寸為0.3×0.3 m。在進口設置一道齒墻，齒墻寬0.5 m，埋深1 m，消力池出口擋墻高2.5m，底部設置一道齒墻，齒墻寬0.5 m，埋深1 m。消力池底板設置排水孔，孔排距均為2 m，呈梅花型布置，消力池下鋪設0.3 m反濾層，反濾層自上而下由卵石、碎石、砂層層鋪筑。

5 結語

通過對大羊泉淤地壩的除險加固，提高了原工程的防洪能力，有效控制了區(qū)域水土流失，保障了下游水利工程及交通設施安全，改善了人民群眾生產(chǎn)生活條件。病險淤地壩除險加固工作要最大限度發(fā)揮好技術優(yōu)勢，使得除險加固方案在技術上可行、經(jīng)濟上合理，確保質量和加固成效，促進淤地壩的可持續(xù)利用和發(fā)展。對當前開展的淤地壩病險壩除險加固工作具有借鑒意義。