陳區(qū)水庫大壩安全鑒定與加固方案

□梁 勇（山西省晉城市水利發(fā)展研究中心）

陳區(qū)水庫大壩安全鑒定與加固方案

□梁 勇（山西省晉城市水利發(fā)展研究中心）

陳區(qū)水庫屬小（1）型病險水庫，山西省水利廳核準(zhǔn)為三類壩，設(shè)計單位據(jù)此進(jìn)行設(shè)計工作。本文總結(jié)了設(shè)計思路與方法。

病險水庫；大壩安全鑒定；除險加固

一、概述

陳區(qū)水庫位于山西省高平市陳區(qū)鎮(zhèn)王村村北的大東倉河上，屬黃河流域沁河水系丹河支流。水庫壩址以上控制流域面積16km2。水庫原設(shè)計總庫容295萬m3，已淤積庫容75萬m3。

陳區(qū)水庫由樞紐和灌區(qū)兩大部分組成，是一座以防洪為主，兼顧灌溉、養(yǎng)殖的小（1）型水利樞紐工程。樞紐工程由大壩、溢洪道、臥管輸水洞三部分建筑物組成。灌區(qū)設(shè)計灌溉面積466.67hm2，有效灌溉面積133.33hm2。陳區(qū)水庫的興建，使大東倉河洪水得到了有效的控制，不僅保護(hù)了下游陳區(qū)鎮(zhèn)及2個行政村的0.17萬口人、266.67hm2耕地、高平至陳區(qū)公路；同時還緩解了下游水庫的洪水壓力。水庫于1959年10月開工興建，1960年3月竣工。1975年對大壩進(jìn)行了加高培厚，對溢洪道進(jìn)行翻修改造，擴(kuò)寬至16m。工程雖然建成，但防洪標(biāo)準(zhǔn)低，遺留問題較多，水庫一直帶病運(yùn)行。

二、陳區(qū)水庫現(xiàn)狀與大壩安全鑒定

（一）陳區(qū)水庫現(xiàn)狀

陳區(qū)水庫大壩為碾壓式均質(zhì)土壩，壩長280.0m，現(xiàn)狀最大壩高14.5m，壩頂寬3.5～4m，無防浪墻，壩頂高程在950.99～951.55m之間。上游壩坡在1:2.35～1:3之間，下游壩坡在1:1.85～1:3.5之間。大壩上游壩面為干砌石護(hù)坡，坍塌嚴(yán)重，下游壩坡無護(hù)坡，壩腳無排水設(shè)施。水庫現(xiàn)狀防洪標(biāo)準(zhǔn)僅為5年一遇，防洪不安全。

溢洪道位于大壩左壩肩，現(xiàn)狀總長約352m。溢洪道除邊墻和消力池襯砌有漿砌石外,其余均未完成襯砌,已襯砌的部分存在風(fēng)化現(xiàn)象,有些砂漿已經(jīng)脫落，影響正常泄流。溢洪道進(jìn)口為無坎寬頂堰型式，無閘門控制，堰頂高程948.80m。泄槽段未開挖襯砌成型，經(jīng)用曼寧公式計算，其最大過流量僅為68m3/s。溢洪道僅能滿足30年設(shè)計洪水泄洪量，不滿足300年校核洪水泄洪量。

臥管輸水洞位于大壩右岸。進(jìn)口由臥管控制，采用漿砌石砌筑，共19階，設(shè)計泄量1.0m3/s。壩下輸水洞總長80m，縱坡i=1%，為無壓漿砌石結(jié)構(gòu)，斷面為城門洞型，凈寬1.5m，高1.5m，頂部為半圓拱。經(jīng)過多年的運(yùn)用，輸水洞內(nèi)壁砌石灰縫大多已剝落，存在滲漏現(xiàn)象。

（二）大壩安全鑒定

根據(jù)山西省水利廳的安排，晉城市水利勘測設(shè)計院于2008年12月完成了《高平市陳區(qū)水庫大壩安全鑒定評價報告》，2009年2月山西省水利廳以晉水管［2009］148號文《關(guān)于對趙莊、陳區(qū)兩座水庫三類壩安全鑒定成果的核查意見》對此進(jìn)行了核準(zhǔn)。核查意見如下：

1.水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)僅為5年一遇，防洪不安全。

2.壩頂未設(shè)防浪墻且壩頂高低不平，大壩壩體單薄，上下游壩坡穩(wěn)定安全系數(shù)不滿足規(guī)范要求。壩體及壩基未發(fā)現(xiàn)滲漏異常現(xiàn)象。下游壩坡未進(jìn)行護(hù)坡，無排水設(shè)施。

3.溢洪道未建完，泄洪不安全。

4.輸水臥管進(jìn)口封閉不嚴(yán)，出口坍塌損壞嚴(yán)重不能正常運(yùn)行，洞內(nèi)有滲水。

5.無管理房、觀測、監(jiān)測設(shè)施和水雨情測報系統(tǒng)。

山西省水利廳同意陳區(qū)水庫三類壩的鑒定結(jié)論。晉城市水利勘測設(shè)計院據(jù)此進(jìn)行陳區(qū)水庫除險加固的設(shè)計工作。

三、加固原則

陳區(qū)水庫樞紐工程由大壩、溢洪道、臥管輸水洞組成，總庫容306萬m3。樞紐大壩為均質(zhì)土壩，根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252-2000）中的有關(guān)規(guī)定，本工程屬Ⅳ等水利樞紐工程，樞紐永久性主要建筑物大壩、溢洪道為4級建筑物，其它永久性次要建筑物及臨時性建筑物為5級建筑物。土壩設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)30～50年一遇；校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為300～1000年一遇。根據(jù)規(guī)范選用：陳區(qū)水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)為30年一遇洪水設(shè)計，300年一遇洪水校核。

合理確定防洪和興利水位，使水庫發(fā)揮其綜合效益是工程除險加固的主要內(nèi)容。考慮興利調(diào)節(jié)要求，確定汛限水位為948.80m，根據(jù)調(diào)洪演算，現(xiàn)有溢洪道開挖至設(shè)計高程后，泄量可滿足泄洪要求，壩頂不需加高。故除險加固原則為大壩不加高，按原設(shè)計改造現(xiàn)有溢洪道。

本次除險加固主要建設(shè)內(nèi)容有：

1.大壩護(hù)坡整修，增設(shè)下游貼坡排水，并增設(shè)壩頂防浪墻。

2.溢洪道開挖襯砌改造。

3.臥管輸水洞改造加固。

4.增設(shè)水庫大壩安全監(jiān)測設(shè)施。

5.左右壩肩回填整修。

四、加固方案

（一）大壩加固方案

大壩位于主河槽，總長280m，為碾壓式均質(zhì)土壩。本次設(shè)計對大壩進(jìn)行護(hù)坡整修，增設(shè)下游貼坡排水，整修后壩頂高程951.50m，最大壩高14.9m，大壩上游坡1:3.0，下游壩坡1:2.7。壩頂寬5.0m，并增設(shè)壩頂防浪墻。新加壩體填土設(shè)計壓實度≮0.96～0.98，干容重需達(dá)到1.65g/cm3以上。

大壩上游坡死水位以上至壩頂部分采用300mm厚干砌石護(hù)坡，下設(shè)300mm厚反濾層。下游壩坡采用草皮護(hù)坡。在大壩0+036～0+213段下游壩腳處設(shè)貼坡排水，貼坡排水采用干砌石加反濾型式，頂高程為939.10m，頂寬1.50m，高2.5m，干砌石厚500mm，反濾層厚300mm，坡度1:2.7。

由于左右壩肩頂部高程均低于設(shè)計壩頂高程，發(fā)生洪水時會繞壩沖刷壩體。本次設(shè)計將左右壩肩一并整修至951.50m。

（二）溢洪道加固方案

溢洪道位于大壩左岸，溢洪道軸線與大壩軸線夾角為90°。本次設(shè)計溢洪道基本沿原先軸線布置，利用原有側(cè)墻加高，并將原有跌水改造成消力池。改建后溢洪道由進(jìn)口引渠段、開敞式寬頂堰、泄槽、消力池和海漫組成，總長105m，寬度為16m。溢洪道30年設(shè)計洪水最大泄量65.04m3/s，300年校核洪水最大泄量112.42m3/s。

（三）臥管輸水洞加固方案

臥管輸水洞位于大壩右岸。進(jìn)口由臥管控制，共19階19孔，孔徑0.4m，設(shè)計泄量1.0m3/s。臥管進(jìn)口底板高程為940.90m，相鄰臺階高差0.5m。本次設(shè)計將臥管砌石蓋板改建為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，并對下部過水砌石斷面翻修加固，進(jìn)行勾縫防滲處理。

輸水洞總長80m，縱坡i=1%，為無壓漿砌石結(jié)構(gòu)，斷面為城門洞型，凈寬1.5m，墻高1.5m，頂部為半圓拱，輸水洞洞身砂漿剝落，有漏水現(xiàn)象，不能正常使用。本次設(shè)計對洞底板及側(cè)墻加襯10cm厚的C15混凝土防滲，并對頂拱進(jìn)行勾縫處理。

（四）綜合利用

本次設(shè)計修建上壩道路，以利水庫管理。經(jīng)實地測量，上壩道路長度為150m，高程為945.05～951.50m。上壩道路寬度采用5.0m，路面為10cm厚的泥結(jié)石路面，路面橫向坡度2%，坡向下游，以便排除路面積水。

為防止洪水繞壩沖刷，上壩道路壩頂上游側(cè)設(shè)寬50cm、高1.2m的M7.5漿砌石擋墻，從壩頂防浪墻連接至管理站右側(cè)高地，長度為35m。

陳區(qū)水庫自興建以來，從未設(shè)置任何觀測設(shè)施，給工程管理帶來不便，給工程安全運(yùn)行帶來很大困難。本次設(shè)計增設(shè)大壩變形觀測、浸潤線觀測、滲流量觀測等。

梁 勇（1976-），工程師，從事水利工程設(shè)計工作。

2011-07-10