張家莊水庫樞紐工程改造設計簡述

秦國強

（山西省水利水電勘測設計研究院，山西 太原 030024）

1 概況

張家莊水庫位于孝義市舊城西2.5 km的張家莊村，是孝河上一座兼顧防洪、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4 697萬m3。樞紐工程由大壩、溢洪道、輸水涵管組成。水庫于1959年興建，1963年攔洪蓄水后大壩壩頂路面成為連接孝河兩岸的唯一一條道路，給兩岸人民的出行、生產生活帶來了很大便利。隨著孝義市經濟的迅速發(fā)展以及城市規(guī)模的不斷擴展，解決跨越孝河的交通問題成為當務之急。但由于目前大壩和溢洪道交通橋路面寬僅9～10 m，遠不能滿足兩岸經濟發(fā)展的需求。為此，市委、市政府從城市發(fā)展的戰(zhàn)略高度和一切為滿足兩岸人民群眾生產生活及經濟發(fā)展的需要出發(fā)，決定在滿足水庫自身防洪、灌溉等的要求下，將大壩壩頂及溢洪道拓寬到36 m。

2 工程地質情況

2.1 壩址區(qū)域地質

張家莊水庫壩址段河谷寬520 m，河流比降為1/300，壩端兩岸為黃土沖積平原，河岸陡峭。壩址區(qū)河床基底為中更新統下部微紅色粉質黏土及砂、卵石層。根據《中國地震動參數區(qū)劃圖》，水庫壩址區(qū)地震動峰值加速度為0.15 g，相當地震基本烈度為Ⅶ度。

2.2 溢洪道工程地質

建筑物地區(qū)表層為黃土狀粉質黏土和粉土，具大孔性，干燥時堅硬，垂直節(jié)理發(fā)育；第二層為黃褐色粉質黏土與淡黃色粉砂土互層；第三層為灰黃色粉砂及淡黃色粉砂土互層；第四層為黃褐色黏質粉土，局部夾有粉質黏土；第五層為棕紅色粉質黏土，為上部透水巖層的隔水層。

溢洪道建筑地區(qū)地下水基本流向河流，埋深11～14 m，地下水由水庫和封家峪溝河水補給，溢洪道左岸地下水自水庫流向溢洪道成東北、西南方向；右岸地下水自封家峪溝河流方向溢洪道成西南、東北方向。兩股地下水匯合后流向河流。

3 工程總布置及主要建筑物

3.1 壩頂路面加寬設計

大壩軸線與溢洪道上的交通橋軸線呈2°夾角，此次道路拓寬工程以加寬后的交通橋中心線為道路軸線，對壩頂路面進行拓寬改造，從右壩頭至左壩頭，壩頂寬度由36 m漸變?yōu)?5.38 m。大壩壩頂路面加寬采用下游培厚法，即：拆除下游壩坡上漿砌石排水溝、草皮護坡并清基0.5 m后，從下游壩腳向壩頂培厚，保持左壩頭壩頂高程768.11 m不變，向右壩坡與溢洪道交通橋左端高程767.82 m連接，重做壩頂路面。拆除大壩壩頂50 cm厚路面及人行道和樁號0+500以右30 m長防浪墻，從樁號0+500開始，沿水庫右岸新建防浪墻186.93 m，并對該段上游壩坡進行整治。上游壩坡與原壩坡保持一致，下游壩坡1∶2.5，在高程759.0 m設2 m寬的馬道。新筑壩體采用粉質黏土填筑，分層壓實，壓實度不得小于96%。

大壩壩頂加寬后壩頂高程767.82~768.11 m，壩頂長687 m，寬36～55.38 m，交通道路寬36 m，其余作為綠化帶。其中行車道30.5 m，上下游人行道各2.0 m，中間分隔帶寬1.5 m。壩頂采用瀝青路面，路面結構為20 cm厚白灰砂礫石、20 cm厚水泥穩(wěn)定碎石、6 cm厚中粒式瀝青混凝土、3 cm厚細粒式瀝青混凝土。人行道采用10 cm厚C25鋼筋混凝土預制蓋板，下部由座落在壩體上的花崗巖路緣石和C30混凝土擋墻支撐，人行道鋪裝均采用2 cm厚水泥砂漿、6 cm厚面包磚鋪面，高出路面28 cm。上下游人行道每40 m設一路燈。中間分隔帶內填耕殖土，植樹種草。路面橫坡1.0%，從中間坡向上、下游側，以排除壩頂路面積水，上、下游路邊人行道內側每30 m設一個排水口，下設沉池，沉池長70 cm，寬40 cm，深40 cm，池頂鑄鐵篦子。壩頂路中央埋設管徑50 mm的塑料波紋排水管，縱坡2‰，埋深1.0～3.0 m，排水管上每30 m設一檢查井，每90 m設一沉泥井，檢查井與沉泥井結合布置，排水管與沉池之間通過直徑20 cm的PVC管連接。上、下游人行道外側設不銹鋼欄桿，高1.2 m。

大壩右端樁號0+500以右原防浪墻拆除，依右岸地勢重做防浪墻。新建部分防浪墻長186.93 m，在平面上呈圓弧狀布置，圓弧半徑170.05 m，圓心角63.0°，斷面形式與原防浪墻相同，壩面以上采用C25鋼筋混凝土，以下為漿砌石結構。

3.2 上、下游壩坡處理

與上游新建防浪墻相應，從樁號0+500開始，對水庫右岸上游壩坡進行整治，拆除原有的混凝土預制塊，用砂礫石墊層料把壩坡整修為圓弧狀，壩坡1∶2.5，然后鋪設混凝土預制塊。大壩下游加寬培厚后，在下游壩坡面759.0 m以下布置排水溝，沿壩長方向約100 m設一道豎向排水溝，共5道，采用漿砌石砌筑。排水溝斷面尺寸：壩面上為矩形斷面，斷面尺寸0.3 m×0.3 m，左右岸坡處排水溝斷面為梯形，底寬0.5 m，高0.5 m，邊坡1∶1；縱向排水溝分別布置在高程759.0 m馬道內側和下游壩腳處，共2道，采用漿砌石砌筑，高程759.0 m馬道處排水溝斷面尺寸0.3 m×0.3 m，下游壩腳處排水溝斷面為梯形，底寬1.0 m，深0.5 m，邊坡1：1，橫向、縱向及岸坡排水溝形成一個完整的壩面排水系統。下游壩坡采用漿砌石網格草皮護坡，網格為拱形，間距2.0m，寬30cm、高50cm，高出壩面10cm。

3.3 大壩下游閥室改造

大壩加寬培厚后，原輸水涵管出口閥室將被埋在壩下，為方便閥室運行，對閥室進行改造。在原閥室上游及兩側新建混凝土扶壁式擋土墻，將原閥室及閥室下游明渠圍護起來。擋土墻高2.0～11.73m，頂寬 50cm，底板寬2.5～11.5 m，每3.0 m設一扶壁，扶壁厚65 cm。扶壁式擋土墻兼做閥室圍墻使用，通過穩(wěn)定計算分析，擋土墻基地應力較大，對墻下基礎采用三七灰土進行換基處理，換基厚度1.5 m，房頂覆土種草。

3.4 溢洪道交通橋加寬

原交通橋為預應力鋼筋混凝土空心板橋，寬度為10 m，長80 m，共5跨，基礎為混凝土灌注樁，布置于溢洪道閘室后明渠段，與大壩壩頂公路相連。

本次設計需加寬至36 m，以原交通橋下游邊線為道路軸線，上游加寬8 m，下游加寬18 m。因地基情況及荷載標準與原交通橋相同，所以加寬段也采用預應力混凝土空心板橋，共5跨，每跨長16 m。基礎采用樁基，樁徑及墩徑尺寸同原交通橋，即樁徑1.2 m，墩柱直徑1.0 m，橋墩高7 m，樁長43.5 m。原交通橋上游側新加部分每個橋墩下布置2根樁基，下游側新加部分每個橋墩下布置4根樁基，新加寬部分采用70 cm高預應力鋼筋混凝土空心板。加寬后新建行車道寬32m，上、下游人行道寬2.0 m。拆除原交通橋兩側混凝土欄桿，重做不銹鋼欄桿。為使新舊橋面銜接，將原橋面混凝土拆除，與加寬段橋面一起鋪裝，橋面自中心以1.0%的坡度坡向兩側延伸，橋面鋪裝采用10～28 mm厚的C30混凝土，表層為6 cm厚中粒式瀝青混凝土、3 cm厚細粒式瀝青混凝土。橋上人行道采用花崗巖路緣石，鋪裝均采用2 cm厚水泥砂漿、6 cm厚面包磚鋪面，高出路面28 cm。

4 結語

通過對張家莊水庫大壩壩頂道路及溢洪道交通橋路面加寬改造，滿足了孝義市城市道路交通規(guī)劃要求，在很大程度上緩解了沿河兩岸的交通狀況，為城市經濟快速發(fā)展發(fā)揮了重要作用。