故城水庫除險加固方案比選

冀永強

（山西省水利水電勘測設計研究院，山西 太原 030024）

1 工程概況

故城水庫位于武鄉縣西部故城鎮南溝村北0.5 km處的涅河上，距武鄉縣城30 km。水庫始建于1957年，壩址控制流域面積30 km2，總庫容275萬m3，灌溉面積0.087萬hm2，是一座主要以防洪、灌溉和養殖為主的小（一）型水庫。水庫壩址上游流域長12.5 km，平均坡降2.68%，河段為山區河道，地勢較高，海拔一般在1 000 m以上，流域地貌以石山區、土石山區為主，自然生態環境較好，植被一般。

2 除險加固必要性分析

故城水庫所在故城鎮位于武鄉縣西部丘陵山區，下轄33個行政村，1.71萬人，耕地面積0.268萬hm2，是武鄉縣的農業重鎮。故城水庫現狀實際抗洪能力不滿足規范要求的300年一遇校核洪水標準，水庫一旦失事，將影響位于水庫下游的14個村莊，1萬人，1 330 hm2耕地，縣鄉干線公路10 km。另外，水庫除險加固后可以進行正常的興利調度，恢復其設計功能，產生良好的經濟效益，因此對故城水庫進行除險加固非常必要。

3 水庫病險問題

故城水庫樞紐工程由黏土心墻土壩、溢洪道和放水洞組成。

大壩為碾壓式黏土心墻土壩，最大壩高24 m，壩頂長224.30 m，壩頂寬3.0 m，防浪墻高1 m。大壩上、下游壩坡均為干砌石護坡。現狀上游壩坡在高程1 046.5 m處設置1.2 m寬的馬道，現狀下游壩坡在高程1 040 m處設置1.2 m寬的馬道。壩體直接座落在三疊系中統二馬營組（T2er）暗紫紅色中薄層狀砂巖巖體壩基上。

溢洪道位于大壩右岸，為開敞式溢洪道，由引渠段、控制段、泄槽段、出口消能段等4部分組成，最大泄量為64.47 m3/s。引渠進口段位于右岸壩前庫區，進口段現狀底高程1 045 m，首部靠近庫區段由水庫管理部門臨時堆土成堰擋水，無控制設施；泄槽段和出口消能段位于右岸坡下游處，為人工開挖右岸巖石邊坡而形成的泄洪通道，且其右側巖石邊坡陡立，未做任何防護。溢洪道平均縱坡6%，下游無消能設備，直接泄入河床。

放水洞為臥管取水，后接輸水涵洞，位于大壩左岸肩。臥管為斜坡式，采用單排單孔，共26級，其中死水位以上17級，斷面形式為矩形。輸水涵洞埋置于壩體內，涵洞結構形式為城門洞形漿砌石結構。

水庫存在的主要問題有：一是水庫現狀實際抗洪能力僅能滿足10年一遇洪水標準，不能滿足30年一遇設計洪水標準和300年一遇校核洪水標準。二是溢洪道斷面狹窄，邊坡巖體較破碎、陡立，未做任何防護，坍塌堵塞，嚴重影響泄洪；底板和兩側擋墻未按設計要求完工，給水庫帶來安全隱患；泄洪時，有可能沖刷大壩下游坡腳，危及大壩安全。三是放水涵洞局部漏水，壩體土與涵洞接觸處存在接觸沖刷隱患。四是水庫無大壩安全監測和通訊設施。

4 除險加固方案比選

根據故城水庫現在存在的問題，結合設計過程中大壩滲流、穩定計算的結果，并考慮除險加固工程投資規模有限的實際情況，優先處理影響水庫安全的重要項目，確定故城水庫除險加固的工程內容為：大壩壩頂整修、壩坡坡面整修、溢洪道加固改造、放水洞臥管的放水孔蓋板更換、增設大壩安全監測設施。

同時，因勘察期間水庫蓄水位較高，無法徹底查清放水洞接觸沖刷滲漏部位，故考慮在除險加固施工過程中水位降低后進一步查明，并結合左壩肩滲漏問題一并加固處理。

在水庫除險加固中除溢洪道加固改造項目外，其余改造項目處理方案比較明確，因此著重對溢洪道的加固改造設計方案進行比較。

現狀水庫溢洪道無控制閘，根據地形、地質條件及溢洪道運行特點，為了滿足大壩防洪要求，溢洪道選3種設計方案：加高現有壩體、深挖溢洪道、擴挖溢洪道。水庫現有壩體結構完好，防浪墻結構完好，且上、下游壩坡均設置了干砌石，若加高壩體，工程量較大；水庫左壩肩緊靠權馬公路，壩頂道路與權馬公路相連，可作為防汛搶險路，壩體加高后將抬高洪水位，權馬公路泄水，無法滿足抗洪搶險交通要求。綜上所述，加高壩體方案難度較大。下面著重對深挖溢洪道方案和擴挖溢洪道方案進行比較。

4.1 方案一：深挖溢洪道方案

溢洪道引渠段進口現狀臨時堆積的土石堰頂高程1 046.4 m，右壩頭泄槽首部現狀底高程1 045 m，寬度為10.5 m。要滿足水庫防洪能力，需整體降低溢洪道高程以加大泄流能力。經水庫調洪計算，溢洪道引渠底高程需降低2.4 m，溢洪道泄槽底高程需降低1.0 m。同時，為保持水庫的正常蓄水位1 047 m不變，在溢洪道控制段需設閘門進行控制。

溢洪道右岸現狀為巖質邊坡，邊坡高20～50 m，受風化卸荷作用，表層巖體破碎，邊坡巖體局部已坍塌。目前右岸邊坡未做任何防護。若繼續下挖，必將對邊坡造成較大影響，可能造成巖體局部失穩、巖石崩塌，施工難度大。

根據溢洪道現狀的地形地質條件，堰頂高程降低后，開挖量較大，施工難度加大，施工防護措施投資較大；且還需設置閘門，工程量大、施工復雜、投資增加、運行管理不方便。

4.2 方案二：擴挖溢洪道方案

為滿足水庫防洪功能，需增加溢洪道寬度以加大泄流能力。經水庫調洪計算，溢洪道泄槽段加寬至16.0 m，泄槽段首部高程維持在1 045 m即可滿足泄洪要求。

根據溢洪道現狀的地形地質條件，溢洪道泄槽底高程不變，溢洪道向左擴挖，可以避開開挖溢洪道右岸的陡立巖石邊坡帶來的諸多問題，且開挖料均為人工堆積物，施工難度小，施工防護措施簡單。

溢洪道以現狀泄槽首部底高程1 045 m為堰頂高程，引渠進口現狀臨時堆積的土石堰需拆除、開挖至1 045 m，即汛限水位為1 045 m。若保證水庫興利庫容不變，需設置控制閘，這樣勢必增加投資。考慮到除險加固工程投資規模有限，結合徑流調節和洪水調節計算成果，確定控制段為閘門控制的無坎寬頂堰，這種方案對現有地形和地質條件適應性強，開挖量小，投資少，施工簡單，運行管理方便。

5 結語

通過對故城水庫現狀及主要問題進行分析，確定采取擴挖溢洪道方案對水庫進行加固，從而為工程的順利實施提供了技術支撐和施工保障。