孔潔惠

(臨汾市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院，山西 臨汾 041000)

1 軍民水庫(kù)概況

軍民水庫(kù)位于臨汾盆地中部洪洞縣大槐樹鎮(zhèn)城東村東，為汾河三級(jí)階地，屬河流侵蝕堆積階地地貌單元，庫(kù)區(qū)四周地勢(shì)較為平坦，地面海拔高程456-472 m，水庫(kù)東北部為大壩壩體，西部為庫(kù)岸，地形起伏變化較小。屬黃河流域汾河水系，是一座以灌溉為主、兼有防洪和養(yǎng)殖的的小(2)型水庫(kù)，水庫(kù)壩址以上控制流域面積3.2km2。水庫(kù)樞紐工程由大壩、泄洪洞組成。該水庫(kù)于1971年動(dòng)工修建并投入運(yùn)行。大壩壩體為均質(zhì)土壩，最大壩高8.0m，壩頂高程為108.0-110.3m，壩頂長(zhǎng)484m，壩頂寬8-11m。泄洪洞位于東壩中部，為0.5m×0.5m城門洞型砌磚涵洞。

2 除險(xiǎn)加固工程建設(shè)的必要性

軍民水庫(kù)運(yùn)行近40a來，為水庫(kù)附近農(nóng)村農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、農(nóng)民增收作出了巨大貢獻(xiàn)，但因水庫(kù)先天條件不足，加之年久失修，水庫(kù)現(xiàn)狀主要存在以下問題：①水庫(kù)現(xiàn)狀防洪能力不滿足規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)；②水庫(kù)泄洪設(shè)施毀壞嚴(yán)重，失去泄洪功能；③大壩上游無護(hù)坡，下游無排水反濾保護(hù)；④大壩無管理、觀測(cè)設(shè)施。

2011年8月，臨汾市水利局組織專家對(duì)軍民水庫(kù)進(jìn)行了大壩安全鑒定，安全鑒定結(jié)論為三類壩。鑒于水庫(kù)目前的防洪能力不足等主要問題，如發(fā)生較大洪水，將會(huì)因防洪標(biāo)準(zhǔn)不夠而形成潰壩，潰壩后將影響霍侯一級(jí)路的安全、淹沒耕地66.67hm2。為此，根據(jù)水利部和山西省關(guān)于病險(xiǎn)水庫(kù)除險(xiǎn)加固工作的有關(guān)精神，需實(shí)施水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程，一是進(jìn)行大壩整治，二是新建泄洪涵管，將為保證下游地區(qū)的防洪安全，土地灌溉，充分發(fā)揮工程效益、服務(wù)于地方經(jīng)濟(jì)建設(shè)起到應(yīng)有的作用[1]。

3 壩基工程地質(zhì)條件及庫(kù)區(qū)地質(zhì)問題

據(jù)鉆探揭露，軍民水庫(kù)北壩主河槽壩基地層為第四系全新統(tǒng)沖、洪積物(Q4Pal)低液限黏土、粉細(xì)砂土厚約1.5m。東壩壩基為第四系中更新統(tǒng)沖、洪積物 (Q2Pal)：棕紅色或棕黃色低液限黏土、低液限粉土，粉細(xì)砂土。建壩時(shí)未做黏土截水槽。軍民水庫(kù)經(jīng)多年運(yùn)行以來，在歷史最高蓄水位106m時(shí)，大壩下游坡腳有滲水現(xiàn)象。

3.1 土壩填筑質(zhì)量

軍民水庫(kù)為一座小(2)型水庫(kù)，現(xiàn)狀大壩為東壩及北壩圍封而成，為典型平原水庫(kù)。大壩為均質(zhì)土壩，北部和東部均為壩體。①北壩現(xiàn)狀最大壩高8.0m，壩長(zhǎng)484m，壩頂寬約11m，壩頂高程108.0m。②東壩現(xiàn)狀最大壩高8.0m，壩頂寬約7-11m，壩頂高程108.0-110.3m。上游壩坡比1∶2.0，下游壩坡比1∶2.4。設(shè)計(jì)正常蓄水位106.5m(假設(shè)高程)。整個(gè)大壩上游壩坡無護(hù)坡，下游壩坡無排水反濾保護(hù)且雜草叢生，部分壩段坡面極不規(guī)整，呈階梯狀。壩頂坑洼不平[2]。

3.2 庫(kù)區(qū)地質(zhì)問題

1)庫(kù)區(qū)滲漏：

庫(kù)區(qū)下部分布的低液限黏土，遍布整個(gè)庫(kù)區(qū)，可視為相對(duì)隔水層，所以不存在庫(kù)底滲漏問題。庫(kù)區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)斷裂構(gòu)造，沒有滲漏通道。水庫(kù)兩岸為寬曠的平地，也不存在鄰谷滲漏?？傊畮?kù)區(qū)不存在永久性滲漏問題。

2)庫(kù)區(qū)浸沒：

根據(jù)地形地貌和地層巖性，按《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》中的初判條件，水庫(kù)兩岸下部為中更新統(tǒng)(Q2)地層，分布有含黏量較高的低液限黏土層，為相對(duì)不透水層。經(jīng)過多年運(yùn)行未發(fā)現(xiàn)有浸沒問題發(fā)生，所以可判為不易浸沒地區(qū)。

3)庫(kù)岸穩(wěn)定問題：

水庫(kù)兩岸經(jīng)過多年運(yùn)行，岸坡再造已經(jīng)完成，庫(kù)岸基本穩(wěn)定。

4)水庫(kù)淤積：

水庫(kù)控制流域面積3.2km2，在此范圍內(nèi)分布大面積黃土，因此，水庫(kù)固體徑流中的懸移質(zhì)多為黃土類顆粒，推移質(zhì)多為以灰?guī)r為主的卵、礫石。這些物質(zhì)隨著每年的洪水，沿著5.3‰的主河道縱坡，由上游向水庫(kù)輸送。水庫(kù)運(yùn)用40多年至今淤積庫(kù)容3.5萬m3，淤積面高程102m，所以存在淤積問題。

4 除險(xiǎn)加固工程總體方案

針對(duì)水庫(kù)存在的問題，結(jié)合當(dāng)前我省對(duì)小型水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程的具體要求，擬定除險(xiǎn)加固工程方案如下：①采取工程措施，以使水庫(kù)防洪標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到規(guī)范要求；②對(duì)大壩上下游壩坡進(jìn)行整治，對(duì)大壩上游壩坡進(jìn)行漿砌混凝土預(yù)制塊護(hù)坡，北壩下游壩坡增設(shè)貼坡排水。

水庫(kù)現(xiàn)有泄洪建筑物為東壩泄洪洞，為砌磚城門洞型結(jié)構(gòu)，無控制設(shè)施，且已堵塞，失去泄洪功能。本次水庫(kù)除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)以解決水庫(kù)防洪達(dá)標(biāo)為目的，使水庫(kù)防洪能力達(dá)到規(guī)范規(guī)定的防洪標(biāo)準(zhǔn)。

軍民水庫(kù)現(xiàn)狀大壩為東壩及北壩圍封而成，為典型平原水庫(kù)。本次設(shè)計(jì)結(jié)合水庫(kù)現(xiàn)狀，廢棄現(xiàn)狀泄洪洞，在大壩0-001.8處新建泄洪涵管，根據(jù)調(diào)洪結(jié)果，確定泄洪管直徑為0.5m，進(jìn)口底高程為106.5m。

5 大壩整治工程

5.1 壩頂高程確定

水庫(kù)大壩級(jí)別為V等5級(jí)，吹程0.3km，多年平均最大風(fēng)速18m/s。壩頂超高根據(jù)《碾壓土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL274-2001)中的公式進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果：正常運(yùn)用風(fēng)雍水面高度0.007 m，非常運(yùn)用風(fēng)雍水面高度0.003m。壩頂高程按設(shè)計(jì)洪水位加正常運(yùn)用的壩頂超高和校核洪水位加非常運(yùn)用的壩頂超高分別計(jì)算，取其大值。計(jì)算得知，現(xiàn)狀壩頂高程可以滿足防洪要求。

5.2 大壩整治

5.2.1 現(xiàn)狀大壩概況

軍民水庫(kù)大壩為均質(zhì)土壩，壩頂高程108.0-110.3m，壩頂長(zhǎng)484m，北壩壩頂寬約11m，東壩壩頂寬約8m，最大壩高8m。上游壩坡無護(hù)坡，下游壩坡無排水反濾保護(hù)且雜草叢生，部分壩段坡面極不規(guī)整，呈階梯狀。壩頂坑洼不平。故需對(duì)大壩進(jìn)行整治。

5.2.2 大壩整治措施

5.2.2.1 上游壩坡整治

針對(duì)上游壩坡存在的問題，將上游坡面清除50cm，然后按設(shè)計(jì)斷面整治，壩坡坡比為1∶2.0。護(hù)坡采用漿砌混凝土預(yù)制塊，下設(shè)粗砂墊層。預(yù)制塊護(hù)坡厚度計(jì)算結(jié)果為0.13m，結(jié)合當(dāng)?shù)貎鼋Y(jié)深度取0.15m，墊層采用10cm厚粗砂。上游壩坡在大壩樁號(hào)0+000-0+484整修邊坡及漿砌混凝土預(yù)制塊護(hù)坡。

5.2.2.2 下游壩坡整治

因現(xiàn)狀下游坡面不規(guī)整，故將下游壩坡坡面清除0.5m ，然后整治至設(shè)計(jì)斷面。下游壩坡整治后坡比為1∶2.0。整治后壩頂長(zhǎng)度為484m，在大壩下游壩坡大壩樁號(hào)0+084、0+134、0+283.3、0+334、0+390.3、0+437處設(shè)置六道橫向排水溝，并在左右岸坡及0+182.1處設(shè)岸坡排水溝，排水溝尺寸為300×300mm，底板為C15混凝土現(xiàn)澆，側(cè)墻采用M7.5水泥砂漿砌磚。為防止?jié)B流發(fā)生滲透變形，在北壩下游坡腳設(shè)2.0m高的貼坡排水，自上而下采用30cm厚塊石、20cm厚碎石及10cm厚粗砂。

5.2.2.3 壩頂整治

整治后壩頂高程為108.0m，北壩壩頂寬11m，東壩壩頂寬8m，壩頂設(shè)20cm厚泥結(jié)石路面，壩頂上下游設(shè)混凝土路沿石。為便于雨天排水，壩頂路面自中心向上、下游傾斜0.5%的坡度。

5.3 大壩穩(wěn)定分析

壩坡穩(wěn)定分析按簡(jiǎn)化畢肖普法靜力分析，簡(jiǎn)化有效應(yīng)力法計(jì)算。 選取主河床最大壩高斷面對(duì)整治后的壩坡進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算，因壩基存在約1.5m厚砂性透水層，故壩體浸潤(rùn)線按照有限深透水壩基計(jì)算確定，壩體土料物理特性指標(biāo)按照鉆孔取樣試驗(yàn)結(jié)果分析選用。

計(jì)算分正常運(yùn)用和非正常運(yùn)用兩種情況。正常運(yùn)用情況下，上游坡為正常高水位以及正常高水位緩降至死水位時(shí)的穩(wěn)定滲流情況，下游坡為正常高水位時(shí)的穩(wěn)定滲流情況；非常運(yùn)用情況下，上游坡為庫(kù)水位驟降以及正常高水位加地震時(shí)的穩(wěn)定滲流情況；下游坡為正常高水位加地震的情況。

壩坡穩(wěn)定安全系數(shù)按畢肖普法公式進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算得知，大壩整治后的壩坡在各工況下的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求。

6 結(jié) 語

本次除險(xiǎn)加固的工程項(xiàng)目主要有大壩整治工程和新建泄洪涵管工程。大壩整治工程，將上游坡面清除50cm，然后按設(shè)計(jì)斷面整治，坡比1∶2.0，護(hù)坡采用漿砌混凝土預(yù)制塊，下設(shè)粗砂墊層。壩頂設(shè)20cm厚泥結(jié)石路面，壩頂上下游設(shè)混凝土路沿石。壩頂下游路沿石留缺口與下游橫向排水溝相接。下游壩坡坡面清除0.5m ，然后整治至設(shè)計(jì)斷面，坡比也為1∶2。北壩下游壩坡采用貼坡排水。整治后壩頂長(zhǎng)度為484m，在大壩下游壩坡設(shè)置六道橫向排水溝，并在左右岸設(shè)岸坡排水溝。

對(duì)于泄洪涵管新建工程，廢棄現(xiàn)狀東壩泄洪洞，并將砌磚洞身挖除，然后按土壩填筑標(biāo)準(zhǔn)回填。新建泄洪涵管位于大壩樁號(hào)0-001.8處，左壩頭原狀土上，校核泄量0.11m3/s，設(shè)計(jì)泄量0.05m3/s。涵管中心線與壩軸線夾角為 90°。樁號(hào)為涵0-002.5-涵0+148.5，由進(jìn)口段、管身段、消力池段、海漫段組成。進(jìn)口采用漿砌石翼墻，進(jìn)口底高程106.5m，管身采用Φ500玻璃鋼管，出口設(shè)鋼筋混凝土消力池及鉛絲籠海漫防沖。

另外，由于北壩在高水位情況下，有滲水現(xiàn)象，建議增設(shè)排水反濾設(shè)施。在施工過程中還要注意將新建泄洪涵管地基土夯實(shí)。

軍民水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程完工后，可使水庫(kù)達(dá)到133.33hm2灌溉面積，灌溉保證率為50%的興利用水量，防洪能力達(dá)到10a一遇洪水設(shè)計(jì)，20a一遇洪水校核標(biāo)準(zhǔn)。