雷草溝二庫除險加固方案設計

方啟文

（漢中市湑惠渠管理局 陜西 漢中 723200）

1 工程概況

雷草溝二庫位于漢江北岸一級支溝雷草溝下游，地處洋縣謝村鎮境內，距洋縣縣城19km。水庫于1958年動工興建，1959年建成蓄水。

雷草溝二庫是一座以灌溉為主，兼防汛、養殖的?。ㄒ唬┬退畮旃こ蹋菧暬萸|干渠水量調節的主要設施。

水庫壩址位于雷草溝出谷口處的謝村鎮后灣村，壩址以上流域面積4.68km2，總庫容141.3萬m3，本次設計核定興利庫容85萬m3。有效灌溉面積0.92萬畝，養魚水面85畝。水庫自建成以來，對湑惠渠灌區水量調節,緩解湑惠渠東干渠下游城、洋兩縣夏灌供水的突出矛盾發揮了重要作用。

水庫樞紐由土壩、溢洪道、放水建筑物三部分組成。

擋水建筑物為粘土均質壩，壩頂寬5.0m，壩頂長 562m，最大壩高 14.6m，壩頂設計高程496.50m。迎水坡坡比分別為1∶1.75、1∶2.06、1∶1.5、1∶2.2 背水坡1∶1.96、1∶2.0。

泄水建筑物為開敞式正堰溢洪道，位于大壩中間的坡梁上，進口溢流堰與壩軸線基本平行，泄洪槽軸線與壩軸線呈50°夾角。溢洪道進口寬9.0m，堰頂高程494.00m,溢流堰2孔凈寬8.0m(每孔寬4 m)。溢洪道槽身寬2m；一級漿砌石陡坡跌水，跌差9.2m；溢洪道總長107m。

輸水建筑物2處，西岸由放水塔和放水涵洞組成，東岸由臥管和放水涵洞組成。

西岸放水塔高9.0m。放水建筑全長61.0m，其中有壓洞長13.0 m，無壓洞長34.9 m，涵洞進口高程486.50m，涵洞為砌石城門洞形，洞高 1.5m，寬1.0m，比降 1/250，設計引水流量1.5m3/s。

東岸臥管涵洞長57.0m，涵洞為砌石城門洞形，洞高1.5m，寬 0.8m，比降 1/250，設計引水流量0.4m3/s。

2 病險問題

雷草溝二庫屬“三邊”工程，且是通過兩次加壩才形成現在的工程規模。由于是群眾運動修建，工程質量差，工程地質復雜，且設計施工中均存在著不可忽視的技術問題，致使工程多次出現險情。雖經相應的技術措施補救，都未能從根本上解決影響工程安全的問題，樞紐仍存在著某些不容忽視的影響大壩安全的隱患，主要問題如下。

（1）大壩壩頂高程達不到“94國標”防洪標準。

（2）大壩碾壓不實，局部甚至未曾碾壓，土體不均勻，差異性大。壩體結構存在缺陷,上游壩坡未進行防浪砌護，下游壩坡腳無反濾體，壩面及岸角無排水設施。大壩上游壩坡不穩定，上游壩坡在正常運用情況下存在問題，在水位降落時不滿足規范要求。大壩缺乏安全監測儀器設備。

（3）溢洪道泄洪及抗沖能力不足，多次發生水毀。經復核，30年一遇設計洪水洪峰流量33.80m3/s，相應庫水位 494.83m，最大下泄流量 10.80m3/s；300年一遇洪峰流量63.20m3/s，相應庫水位495.20m，最大下泄流量18.78 m3/s。但溢洪道現狀最大泄流量能力不足10 m3/s，不能滿足安全泄洪要求。溢洪道為低標號砌石結構，側墻已折裂，消力池深度、長度均不足。下游排洪體系不健全。

（4）放水涵洞滲漏嚴重，放水設施老化失修。金屬結構僅有工作閘門及欄污柵，已運行了30余年，銹蝕嚴重，已不能正常使用。大壩放水設施漏水嚴重，設備老化。放水塔、有壓涵洞段漏水，灰縫脫落。閘板嚴重銹蝕；啟閉機無電動機，不能正常運行。

（5）水庫管理站房為建庫時修建的低標準瓦房，目前已成危房。上壩公路未硬化，防汛車輛不能上壩。

（6）庫區兩水域之間的連通涵洞過水斷面小，泄洪時連通涵洞過流能力不足；且上部交通道路垮塌極易阻塞涵洞，造成兩水域庫水位不能同步消落，危及大壩安全。

2007年4 月委托漢中市專家組對大壩進行安全鑒定，按現行國標SJ258-2000《水庫大壩安全評價準則》，雷草溝二庫判定為c級三類壩。2007年12月省水利廳專家組察勘工程現狀，核查確認了安全鑒定成果。

3 除險加固設計

3.1 大壩加固方案比較

根據土壩穩定分析，大壩上游壩坡現狀在正常運用條件和非正常運用條件下抗滑穩定不能滿足規范規定的最小安全系數分別為1.25和1.15的要求，脫坡段若不能及時加固，將會形成更大的安全隱患，除險加固勢在必行。加固設計結合工程現狀實際，初步擬定石塊石渣混合填筑壓重培厚干砌石護面(方案一)、粘土填筑壓實培厚干砌石護面(方案二)兩個加固方案，進行方案比較。方案一工程量小，施工簡單易行，技術可靠，投資少，明顯優于方案二，故迎水坡加固采用石塊石渣混合填筑壓重培厚干砌石護面的加固措施。

3.1.1 迎水坡加固設計

（1）壓腳體設計

石塊石渣填筑培厚壓腳體由483.00m高程起至488.00m高程,高4.0m、厚2.0m。壓腳體共兩個壩段樁號分別為 0+130～0+210、0+300～0+370。加固后坡比由1：1.75調整為1：2.5。面層干砌石砌護。488.00m高程以上只作防浪干砌石砌護。加固后經抗滑穩定計算最小安全系數在正常運用條件和非正常運用條件下分別為1.27、1.16，滿足規范規定的最小安全系數分別為1.25和1.15的要求。

（2）迎水坡砌護設計

迎水坡防浪砌護，經干砌石砌護和砼預制塊砌護兩個方案比較，干砌石砌護方案簡單易操作，方便水產養殖，投資合理，優于砼預制塊砌護方案，故采用干砌石砌護方案。坡面每15m設漿砌石縱肋一條，以保證坡面平整和干砌石密實度。護坡至壩頂后漿砌石壓頂,兼作壩頂上游面行車安全防護墩。墩頂高程為496.85m。

經計算護坡平均厚度確定為0.30m。由488.00m高程起到496.50m（壩頂）。

（3）反濾層設計

雷草溝二庫大壩為均質土壩，回填土料為粉質粘土，被保護土小于0.07mm顆粒含量約為85%，其反濾層按 D15≤0.7mm確定，同時應滿足D15≥4d15要求。經計算反濾料重量占總土重的15%的濾料粒徑應小于0.7mm，大于0.1mm。

結合本地區已成工程實踐，確定反濾料由中細砂、中砂、0～5mm、5mm～20 mm、20mm～40mm碎石組成。反濾層20cm厚。

3.1.2 土壩背水坡加固設計

雷草溝二庫大壩下游背水坡存在的主要問題是無反濾排水體；坡面、壩體與岸坡接觸面無排水措施。依據《碾壓式土石壩設計規范》要求，“除干砌石或堆石壩外，均必須設壩面排水。應包括壩頂、壩坡、壩頭及壩下游等部位的集水、截水和排水措施?！?/p>

（1）壩面排水設施設計

結合壩坡實際情況，在兩個主壩段壩岸交接處共設4條排水溝，由于壩坡短，壩面不設排水溝。排水溝斷面為0.3m×0.3m，漿砌石結構。

（2）壩踵反濾排水體設計

根據壩坡實際情況，兩個主壩段壩壩踵反濾排水體，使壩體經常保持在干燥的工作狀態，并可免除汛期下游洪水淘刷壩腳，危及壩體穩定安全。

采用干砌石貼坡排水體，基礎高程485.00m，頂部高程488.00m，反濾層由中細砂、中砂、0～5mm、5mm～20mm、20mm～40mm碎石組成。反濾層20cm厚。

3.2 溢洪道加固設計

依據《溢洪道設計規范》〔SL2532000〕，泄洪能力按30年一遇設計，泄洪流量10.80m3/s，300年一遇校核，校核泄洪流量18.87 m3/s。消能防沖按20年一遇設計，泄洪流量8.73m3/s。

3.2.1 溢洪道進口改造加固

溢流堰采用折線Ⅲ型實用堰型式。堰厚δ確定為 1.2m(δ/H=0.75)，堰后坡比為1:3。堰體采用砼結構。拆除舊堰面層，按本次堰型新建，側墻進行修補，堰體基礎維持現狀，堰頂高程仍為494.00m。進口和跨溢洪道交通橋兩側翼墻現已傾斜、斷裂，應拆除重建。堰體結構采用C20砼，其余均為M7.5砂漿砌石。

3.2.2 泄洪渠槽改造

泄洪渠槽由漸變收縮段和陡坡兩部分組成，漸變收縮段能滿足設計要求，維持現狀，僅進行整修。陡坡段側墻已折斷，應拆除重建。邊坡高3.00m頂寬50cm，底寬1.0m，M7.5砂漿砌石。陡坡底原為漿砌石，局部已沖毀，大部底面灰縫脫落。水力計算表明流速大于砌石允許流速，陡坡比降1：6，底部結構本次設計采用在原砌體上增設20cm厚現澆C15砼，以提高抗沖能力。為保證抗滑能力，每間距10m設一道抗滑齒槽，齒槽深50cm，槽寬30cm，與面層砼一次澆注。

3.2.3 消力池加固

根據水力計算成果，消力池長度為16m,現狀長度10m，加長6m。池深1.6m。池底面層增加C20砼護面，厚20cm。池下游增設消力檻檻高0.6m，原側墻只作修補加固，消力池新延長段側墻高3.4m，頂寬0.6 m，底寬2.0m，基礎厚0.80m。采用M7.5塊石砌筑。

3.2.4 下游銜接段改造。

現狀下游排洪溝道的連接砌護段末端仍在主壩段壩基保護范圍，未能將水流安全導入下游排洪溝道,易造成對壩基的浸泡和沖刷，威脅大壩安全。本次結合實際勘察,計劃將連接砌護延長30m。砌護采用梯形斷面，底寬3.5m坡比1：1護坡厚0.30 m。采用M7.5塊石砌筑。

3.3 輸水建筑物改造加固設計

3.3.1 東端輸水建筑物改造加固設計

東端輸水建筑物原為臥管放水涵洞，本次改造加固設計仍維持原結構形式，因臥管破損嚴重，孔徑小無法維修，故臥管拆除重建。臥管坡比為1：2.0，管坡寬3.0m，臥管臺高0.5m，臺寬1.0m，放水孔直徑0.4m，洞凈高1.6 m。側墻、管床基礎均為M7.5砂漿砌石，側墻內外為M10砂漿抹面。洞底面層為C15砼防沖護面。

3.3.2 西端輸水建筑物改造加固設計

西端輸水建筑物改造加固方案為：放水塔維持原狀，漿砌石有壓涵洞拆除重建，改為城門洞型，C20鋼筋砼涵洞，洞高1.6m。洞壁厚30cm。

放水塔內增設檢修閘，閘孔高仍為1.2m，寬 1.0m。

無壓涵洞本次進行修補,重新勾縫后采用粘土回填灌漿以堵填滲漏通道，灌漿孔共13排，每排4孔，排距3m。孔成梅花狀布設，孔深3m。灌漿壓力設計為0.2MPa～0.5MPa(按3m～6m土層厚度確定)。

3.4 庫區連通涵洞設計

根據現場勘察和工程實際情況，擬在原連同涵洞位置拆除新建涵洞，涵洞凈寬8.0m（根據閘孔出流公式計算確定，通過流域校核洪水時，兩水面差為0.1m，已滿足要求）。涵洞底設計高程490.10m。交通路面設計高程495.50m(校核水位495.20m)。涵洞采用城門洞型,漿砌石結構。涵洞孔高4.5m，拱半徑2.00m，拱頂厚0.40m。邊墻高2.50m，邊墻底寬 1.60m，頂寬 0.80m。基礎寬2.00m，厚0.40m?；A和底板為M7.5砂漿，拱旋和邊墻為M10砂漿。

同時對庫區交通路、上壩道路、放水金屬結構和大壩監測及雨量觀測設施進行了設計。為改善管理人員工作條件，本次設計中還將新建管理站房200m2，提高管理效能和水平。

4 結語

雷草溝二庫除險加固設計方案經省水利廳審查于2008年12月批復同意，2009年3月1日開始施工，12月31日竣工，2010年7月初通過了漢中市組織的工程驗收。通過近一年的蓄水運行和一個汛期洪水考驗，設計方案達到了除險加固的目的，不但消除對下游村鎮的安全威脅，還可以增加調蓄水量，有效緩解農田用水的緊張局面。除險加固設計方案是切實可行、合理的。陜西水利