龍門水庫除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)綜述

馮裕華

（晉城市城區(qū)水利局，山西 晉城 048000）

1 工程概況

龍門水庫位于晉城市城區(qū)北石店鎮(zhèn)東上村東北方向，距市區(qū)約5km，在沁河流域的丹河一級(jí)支流北石店河上。水庫壩址以上控制流域面積0.78km2，流域長度1.45km，平均流域?qū)挾?.537km，流域縱坡61.9‰，總庫容22.1萬m3，是一座以防洪為主、兼顧灌溉的小（二）型水利工程。

龍門水庫主要建筑物等級(jí)為5級(jí)，樞紐工程由大壩、溢洪道、臥管輸水洞等建筑物組成。大壩為碾壓式均質(zhì)土壩，壩頂高程823.7～826.4m，最大壩高19.4m，壩長83m。溢洪道位于右岸壩體之上，為寬頂堰涵洞型式，堰長15m，堰頂凈寬3m，堰頂高程820.73m，涵洞頂高程822.73m。臥管輸水洞位于大壩左岸，采用漿砌石砌筑，單排單孔。

2 存在問題

2011年，龍門水庫委托晉城市水利設(shè)計(jì)院進(jìn)行大壩安全鑒定，并經(jīng)省水利廳專家組審定，最終認(rèn)定龍門水庫大壩為三類壩。存在的主要問題有：水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)低，大壩壩坡較陡，壩體填筑質(zhì)量不均勻，壩坡穩(wěn)定不滿足規(guī)范要求；大壩滲流正常，但出溢點(diǎn)較高，大壩下游無排水設(shè)施；溢洪道位于壩體之上，且未設(shè)泄槽及消能設(shè)施，沖刷壩體，泄洪能力嚴(yán)重不足；臥管漏水嚴(yán)重且出口無任何防護(hù)措施；水庫運(yùn)行沒有按要求記錄運(yùn)行情況，大壩無監(jiān)測設(shè)施。

3 除險(xiǎn)加固必要性

3.1 防洪減災(zāi)的需要

龍門水庫擔(dān)負(fù)著下游5個(gè)村莊，153.33hm2耕地，9050人口，6500間房屋，北石店鎮(zhèn)公路和晉城礦務(wù)局專用線及晉城礦務(wù)局機(jī)關(guān)、鎮(zhèn)政府等地的防洪安全和下游66.67hm2耕地的灌溉任務(wù)，地理位置重要，水庫綜合效益顯著。

3.2 水庫正常運(yùn)行的需要

龍門水庫于1973年4月動(dòng)工興建，1974年10月建成。建庫時(shí)由于受歷史條件限制，資料短缺，資金不足，工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低，且未采取質(zhì)量控制措施，遺留問題多，樞紐建筑物多處存在安全隱患。為了提高大壩的安全性，對(duì)水庫陸續(xù)進(jìn)行過局部維修，但水庫遺留問題未能徹底解決。40年來水庫一直帶病低水位運(yùn)行，沒有發(fā)揮應(yīng)有的工程效益。

3.3 工程安全運(yùn)行的需要

龍門水庫原設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇，100年一遇洪水校核。水庫原設(shè)計(jì)總庫容26萬m3。因水庫屬“三邊”工程，工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低、質(zhì)量差。現(xiàn)壩體損壞嚴(yán)重，溢洪道因淤積造成泄洪能力不足，臥管輸水洞坍塌，放水設(shè)施失效，沒有必要的監(jiān)測設(shè)施，嚴(yán)重影響了當(dāng)?shù)毓まr(nóng)業(yè)及交通運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展。

3.4 水資源充分利用的需要

龍門水庫原設(shè)計(jì)灌溉面積66.67hm2。水庫建成初期，灌溉效益明顯，每年可灌溉耕地33.33hm2。后來由于庫區(qū)淤積嚴(yán)重，灌溉效益逐年下降。為保證龍門水庫灌區(qū)的農(nóng)田穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)，促進(jìn)灌區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)穩(wěn)定，實(shí)施龍門水庫除險(xiǎn)加固非常必要。

4 除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)

4.1 大壩加固工程

根據(jù)工程現(xiàn)狀及大壩安全鑒定結(jié)論，大壩加固工程主要包括：大壩上游壩坡削坡加混凝土六棱塊護(hù)坡；下游壩坡利用上游壩坡削坡料進(jìn)行修整并加草皮護(hù)坡、排水棱體、增設(shè)排水渠及馬道。

4.1.1 壩頂高程確定

本次復(fù)核計(jì)算選用防洪標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇洪水設(shè)計(jì)，200年一遇洪水校核，設(shè)計(jì)洪水位情況下所需壩頂高程為822.37m，校核洪水位情況下所需壩頂高程為823.25m，水庫現(xiàn)狀壩頂高程823.7m，壩高滿足規(guī)范要求，所以不需加高大壩即可滿足防洪標(biāo)準(zhǔn)。

4.1.2 壩頂改造設(shè)計(jì)

為保證壩坡抗滑穩(wěn)定，本次設(shè)計(jì)將大壩削坡，削坡后大壩壩頂寬6.0m，壩長89.4m，原壩頂路面保持現(xiàn)狀。壩頂上、下游側(cè)均設(shè)路緣石，路緣石頂高程和壩頂高程一致，為M7.5漿砌塊石結(jié)構(gòu)。

4.1.3 上游壩坡改造設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)工程措施采用削坡，在削坡后形成新的1∶2.2～1∶2.58壩坡，采用反濾層加干砌六棱塊護(hù)坡，反濾層厚0.6m，六棱塊厚0.1m，并在上游壩坡坡腳設(shè)置M7.5漿砌石護(hù)腳。

4.1.4 下游壩坡改造設(shè)計(jì)

下游壩坡的棄土堆填不滿足壩體填筑要求，所以本次設(shè)計(jì)將對(duì)下游壩坡進(jìn)行清基并利用上游削料修整壩坡，下游壩坡采用草皮護(hù)坡，新壩坡為1∶2.0。在高程815.0m處設(shè)馬道，馬道寬度2.0m，馬道材料為M7.5漿砌石。側(cè)設(shè)縱向排水溝，在下游壩坡岸坡處設(shè)岸坡排水溝，下游壩坡的排水溝斷面為0.3m×0.3m矩形斷面，材料為M7.5漿砌石。在下游壩腳處設(shè)排水棱體，排水棱體采用干砌石加反濾型式，頂寬2.35m，高 3.6m，上游坡 1∶1.0，下游坡 1∶1.5，排水棱體下游側(cè)設(shè)縱向排水溝，將壩體滲水排向下游，排水溝采用干砌石結(jié)構(gòu)，寬0.4m，深0.4m。

4.2 泄洪洞改造工程

根據(jù)工程現(xiàn)狀及大壩安全鑒定結(jié)論，溢洪道位于壩體之上，寬頂堰部分為涵洞型式，無泄槽及消能設(shè)施，洪水直接沖刷壩體，對(duì)大壩安全造成嚴(yán)重威脅。且壩頂為鄉(xiāng)村公路，涵洞頂部與壩頂之間埋深不足，會(huì)對(duì)溢洪道安全構(gòu)成威脅，針對(duì)溢洪道目前存在的問題，確定此次溢洪道改造工程的內(nèi)容為：拆除壩體部分原有溢洪道中間擋墻，并在其基礎(chǔ)上鋪設(shè)泄水管，以滿足壩頂?shù)叫购槎粗g的埋深要求，并在下游增設(shè)消能設(shè)施及護(hù)坦。改造后的溢洪道全長109.2m，其中洞身長83.2m，消力池11m，護(hù)坦段15m。泄洪洞進(jìn)口壩坡5m處采用漿砌石六棱護(hù)坡。泄洪洞采用兩根混凝土管，管徑為1m，混凝土管鋪設(shè)在原有溢洪道基礎(chǔ)之上，管底設(shè)置M7.5漿砌塊石管床，在轉(zhuǎn)彎段設(shè)置混凝土鎮(zhèn)墩。消力池邊墻與底板采用C20鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。護(hù)坦段過水?dāng)嗝娴装鍨殂U絲籠塊石，邊墻為漿砌石護(hù)坡。穿過壩頂段的邊墻頂設(shè)置寬度為4m、厚度0.5m的鋼筋混凝土蓋板，板上進(jìn)行回填并恢復(fù)原有壩上公路。

4.3 臥管輸水洞改造工程

現(xiàn)狀臥管輸水洞漏水嚴(yán)重，此次除險(xiǎn)加固工程增設(shè)鋼筋混凝土臥管蓋板，對(duì)原有漿砌石臥管輸水洞進(jìn)行清淤、勾縫處理。

4.4 大壩安全監(jiān)測設(shè)計(jì)

龍門水庫自興建以來，缺少必要的觀測設(shè)備，給工程管理帶來不便，給工程安全運(yùn)行帶來很大困難。此次除險(xiǎn)加固工程對(duì)大壩增加了變形觀測設(shè)施，包括大壩垂直位移觀測和水平位移觀測。大壩變形觀測垂直軸線在樁號(hào)0+020，0+040和0+060處布置3排，平行壩軸線在壩頂上下游側(cè)布置3排測點(diǎn)，共9個(gè)。在左右岸布置工作基點(diǎn)和校核基點(diǎn)共6個(gè)。

5 效益分析

龍門水庫除險(xiǎn)加固工程改建后，通過大壩改造工程的實(shí)施，使下游壩坡因降水造成的坡體水土流失情況得到明顯改善，大壩抗滑穩(wěn)定性增強(qiáng)。通過溢洪道改建工程的實(shí)施，水庫泄洪能力增強(qiáng)，水庫在遭遇20年一遇洪水時(shí)，溢洪道最大泄流量達(dá)到2.76m3/s，200年一遇校核洪水情況下，溢洪道最大下泄量達(dá)到13.02m3/s，溢洪道泄流更加暢通，可大大削減對(duì)壩體的沖刷能力。通過對(duì)臥管輸水洞增設(shè)鋼筋混凝土臥管蓋板，再進(jìn)行清理、勾縫處理，可使輸水洞滲漏得到明顯減少。給大壩增設(shè)必要的監(jiān)測設(shè)施，可大大改善長期以來無資料記載的局面，更加及時(shí)、準(zhǔn)確、有效地為大壩安全運(yùn)行提供必要的科學(xué)依據(jù)。

經(jīng)計(jì)算，龍門水庫除險(xiǎn)加固后，除保證大壩的正常安全運(yùn)行外，年防洪減災(zāi)效益達(dá)到30.2萬元，灌溉效益達(dá)到10.48萬元；本工程內(nèi)部收益率為18.36%，大于經(jīng)濟(jì)基準(zhǔn)收益率8%，經(jīng)濟(jì)凈現(xiàn)值270.23萬元，經(jīng)濟(jì)效益費(fèi)用比大于1.0。可見實(shí)施本工程項(xiàng)目社會(huì)效益顯著，國民經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)合理。

6 結(jié)語

龍門水庫樞紐工程改建實(shí)施后，抗洪能力將滿足20年一遇設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)、200年一遇校核洪水標(biāo)準(zhǔn)，水庫調(diào)蓄洪水能力進(jìn)一步增強(qiáng)，保障下游人口和耕地安全。庫區(qū)的周邊環(huán)境將得到大大改善，有效防治水土流失。改造后的水庫將在農(nóng)田灌溉和水產(chǎn)養(yǎng)殖以及周邊旅游等方面發(fā)揮積極作用，推進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展。