府谷縣李家溝水庫除險加固方案探析

王 洋

（府谷縣皇甫川流域治理指揮部辦公室 陜西 府谷 719499）

1 概況

位于府谷縣皇甫川左岸支溝的李家溝水庫，距府谷縣城40km，壩址位于府谷縣麻鎮坪倫敦村。水庫總庫容為81萬m3，是一座以攔沙、防洪為主，兼有灌溉、養殖等綜合利用的小（二）型水庫。水庫樞紐建筑物包括均質土壩、溢洪道、輸水洞。大壩為水墜均質土壩，壩高22 m,壩頂高程915m,壩頂長135m，壩頂寬5m，壩基寬89m，壩基高程893.0m，迎水坡坡比1∶2，背水坡坡比1∶2。放水建筑物由臥管、輸水涵管組成，位于大壩左岸，均為砌石結構。臥管共設11級臺階，平孔進水，每級高差0.5m。輸水涵管為內徑60cm的鋼筋砼管，最大泄量為0.5m3。溢洪道設在大壩右岸，形式為窄深式，堰頂高程910.7m，底寬5m，深6m，長79m。

李家溝水庫于1977年3月動工興建，1979年5月建成，水庫運行30多年來，發揮了較好的社會效益和經濟效益：一是保護了下游三個自然村人民生命財產安全；二是攔截38萬m3入黃泥沙；三是改善生態環境，保持水土流失；四是為下游660畝農田提供灌溉水源。

2 水庫存在的主要問題

雖然李家溝水庫為當地農業灌溉、供水及下游防洪保安發揮了顯著作用，但因工程施工質量留下先天隱患，隨著運行時間的延長，淤積量的增加，庫水位相應抬高，水庫出現了不少隱患，主要表現在以下幾個方面：

（1）水庫質量先天不足，屬典型的“三邊”工程

由府谷縣水電局派員技術指導，府谷縣麻鎮公社與坪倫敦村組織群眾投勞投工實施的李家溝水庫，屬典型的“三邊工程”。受當時歷史條件和技術水平限制，水庫沒有建設圖紙。在施工中，建設質量控制不嚴，使得水庫質量留下先天隱患。加之30多年的運行，昔日小問題如今已成大問題，嚴重影響水庫安全運行。

（2）水庫淤積嚴重

李家溝水庫地處陜北黃土高原北端，毛烏素沙漠東南緣，地貌單元屬黃土梁峁區，溝壑縱橫，梁峁起伏，植被差，水土流失嚴重。水庫建成運用以來，已累計淤積泥沙38萬m3，多年平均淤積量1.36萬m3。隨著水庫泥沙淤積的增多，庫水位在不斷上升，淤積高程達909.0m，近年來水庫只攔不排，庫水位上升基本上在1.5 m范圍內變化。1997年庫水位曾超過溢洪道底部高程1m。水庫在現狀淤積情況下，防洪能力僅能防御30年一遇設計洪水，不能滿足防御300年一遇校核洪水的要求，防洪能力不足是水庫存在的嚴重險情。

（3）大壩迎、背水坡沖刷嚴重

在建設時，李家溝水庫大壩迎水坡無防護設施，只有少量的自生植被，受庫水風浪淘刷嚴重，迎水坡已經有一些沖溝，并形成1.5m陡坎。背水坡無排水設施，有沖溝，壩腳未建反濾排水設施，滲水、流泥嚴重。大壩存在滲透破壞的隱患，下游壩坡不穩定。

（4）泄水建筑物老化嚴重

由于水毀淤積嚴重，泄水洞洞子斷裂，難以排洪、泄水。溢洪道未砌護，斷面小，土質差，且左側墻體為壩體，不能正常行洪。

（5）大壩無安全監測等設施，無管理設施，缺乏必要的通訊、交通設備

李家溝水庫建成投運以來，一直處于開放式管理。因無專人管理，大壩無安全監測和管理配套設施，所以歷年降雨量、庫水位、蓄水量無記載資料。運行管理難以操作，無法實現對大壩的科學管理。

2007年4 月，榆林市水利局組織有關專家，按照水利部《水庫大壩安全鑒定辦法》之規定，對李家溝水庫大壩進行了安全鑒定工作，評定李家溝水庫大壩為三類病險壩，并建議管理單位“應盡快對該水庫進行除險加固，確保大壩安全及正常運行”。

3 除險加固方案

3.1 除險加固設計原則

李家溝水庫為已成工程，其主要建筑物已成固定模式和格局，且多年水庫在灌溉、供水、防洪等方面對當地經濟發展和人民生活的改善起了重要作用。故本次除險加固工程的實施應充分考慮到該工程的歷史和現狀，盡可能不影響水庫的正常運行。

3.2 除險加固工程任務及規模

按李家溝水庫大壩安全鑒定報告并結合本階段水文、工程地質有關成果，本次除險加固工程的具體任務為：加高整修大壩、增設壩面防護排水設施；新建放水設施，封堵原泄水洞；溢洪道襯砌、加固；改造加固上壩防汛道路。按國家《防洪標準》規定，李家溝水庫防洪標準取20年一遇設計，200年一遇校核。

3.3 正常蓄水位確定和調洪計算

李家溝水庫多年平均淤積量1.36萬m3，據此推算水庫后續運行20年其淤積量為27.2萬m3，則水庫運行20年后的總淤積庫容為65.2m3，對應淤積面高程為913m，由此確定本次除險加固設計正常蓄水位為913m。校核洪水位和設計洪水位通過調洪計算確定。起調水位為913.0m，溢洪道寬度為5m。調洪演算成果為：校核洪水位917.41m，庫容127.38萬m3，溢洪道泄量65.7m3/s；設計洪水位915.31m，庫容94.65萬m3，溢洪道泄量25.24m3/s。

3.4 大壩加固處理

李家溝水庫大壩為均質土壩，改造后大壩壩頂高程918.70m，壩頂寬度4.0m，最大壩高24.5m，壩頂總長161m，最大壩底寬93.4m，上游壩坡分為1級，坡比為1∶2.5，下游壩坡分為3級，坡比分別均為1∶2.0，在高程910m和902m各設寬2.0m的馬道，排水棱體頂高程897.8m，頂寬2.0m，內側坡比為1∶1.5。

大壩所需土料主要來源于左壩肩上部斜坡地帶，儲量豐富，土料場運距短，開采運輸方便，各項技術質量指標均符合《水利水電工程天然建筑材料勘察規程》對土壩碾壓土料的技術要求，滲透系數要求小于1×10-4cm/s，壩體填筑土的最大干密度為1.64g/cm3，壩體的壓實度為96%。

（1）大壩壩頂道路設計。根據大壩壩頂高程計算結果，壩頂加高至918.70m高程。壩頂寬度4.0m，改造壩頂道路，設計標準為四級道路，路面采用20cm厚的泥結石路面，下部鋪設20cm厚的碎石墊層路基，上、下游側設M7.5漿砌石路沿。

（2）迎水坡改造處理。為保護上游壩坡安全，本次加固設計對迎水坡結合大壩加高培厚進行整修改造處理。填筑時清除表層0.5m左右的松動浮土，對上游壩坡采用0.3m厚漿砌石內嵌干砌石護坡，砌石底高程至現淤積面以下1.0m，即高程905.5m，下部鋪設0.2m厚的砂礫料墊層。

（3）背水坡加固處理及增設坡面排水系統。依據規范，對背水坡采用植物護坡，下游壩坡及兩側岸坡設置縱向排水溝，馬道平臺設置橫向排水溝，與岸坡排水溝相接，將水直接導入下游河床。壩坡、岸坡、馬道排水溝均采用漿砌石結構。壩頂、下游壩坡，以及下游馬道設置0.3m×0.3m漿砌石梯形排水溝，左右兩岸坡設置0.5m×0.5m漿砌石梯形排水溝。下游壩坡腳設置排水棱體，排水棱體頂高897.8m，頂寬2.0m，內側坡比為1∶1.5，外側坡比為 1∶2.0。

3.5 新建放水設施設計

新建放水建筑物位于李家溝水庫大壩左岸。放水建筑物臥管位于大壩上游岸坡約40m處，岸坡處地面高程為908.00m，臥管縱坡比為1∶2，臥管放水口采用階梯式布置，共設18級，每級高差0.5m，采用C20鋼筋砼結構。各級放水孔進口高程分別為908.90m～917.40m。其中正常蓄水位910.70m以下布設9級，校核水位至正常蓄水位之間設4級。各級放水孔孔口尺寸均為φ0.3m的圓孔。臥管采用預制圓臺體封蓋。為便于臥管放水孔操作運行，臥管頂部至右岸壩肩回填一條寬1.5m的運行管理便道。

本次除險加固擬定正常蓄水位為910.70m，臥管底部地面高程為908.40m，故擬定涵管進口高程為906.90m，涵管壩后出口處高程為903.00m。臥管底部接φ1m預制鋼筋混凝土涵管，涵管按明流設計。涵管上游起點高程為906.90m，下游壩后出口高程為903.00mm，涵管全長90m，設計坡比為0.044。涵管沿軸線基礎均為土基，為防止基礎發生不均勻變形，設置兩層基礎，即底部設厚0.3m的漿砌石，上部現澆鞍式混凝土管座，管座沿線設有適應地基沉降的永久縫，縫間距為12m。為防止臥管發生集中滲流，臥管在壩軸線上游部分設置四道截水環，截水環間距10m。

涵管末端接混凝土消力池，消力池寬3m，長3m，壁厚0.5m，高2.5m。消力池后接輸水明渠，輸水明渠斷面為矩形斷面，尺寸為0.8m×0.8m，渠底漿砌石厚度為0.3m。渠道下游段設退水渠，渠道與用水溝渠銜接。

3.6 溢洪道加固設計

李家溝溢洪道由引渠段、控制段、泄槽段及尾渠段等部分組成，總長度136m。本次加固設計引渠為矩形斷面，長10m，底寬由8m漸變為5m，底坡設計比降為i=0；進水渠底板高程為911.20m，墻頂高程與壩頂高程齊平；底板漿砌石厚度為0.3m，側墻頂寬0.3m，坡比為1∶0.3。

新建混凝土結構寬頂堰，堰頂高程為913.00m，墻頂高程為918.70m，寬頂堰寬5m，順水流向長8m，堰前設90°控制半徑為1m的圓弧轉角，底板澆筑1.8m厚的C20鋼筋砼；墻頂設計交通橋與壩頂連通。

加固改造溢洪道泄槽采用矩形斷面，總長83.00m；采用漿砌石內襯鋼筋混凝土結構，內襯混凝土厚度為0.15m，外包漿砌石頂部寬度為30cm，坡比為1∶0.3；其下鋪設20cm厚砂礫石墊層。

消力池采用底流消能方式，采用矩形平底消力池結構型式，長20m，底寬為5m，深1m，池底高程899.30m，邊墻頂高程902.80m。底板襯砌厚度0.5m，采用C20鋼筋砼襯砌，其下鋪設0.3m厚漿砌石，漿砌石下部鋪設0.2m厚的砂礫石墊層。為了消除余能及保護下游渠道，對消力池下游段采用鉛絲石籠護底，鉛絲籠厚度為1m，寬度為6m。

3.7 大壩安全監測設計

為了及時準確的掌握大壩水庫上下游水位情況，本次除險加固設計中，設置2組水尺。同時為了及時監測壩體及壩基的滲流量情況，在大壩下游側設置量水堰。

4 結語

李家溝水庫原設計總庫容80萬m3，現已淤積38萬m3。考慮原放水渠老化、淤積、未襯砌，不具備安全行洪要求，本次除險加固工程的主要內容為：大壩加固培厚，使其滿足滲流及抗滑安全性；改建溢洪道，保證水庫泄洪安全；新建放水設施；增設大壩安全監測及水庫管理設施，改造防汛搶險道路。陜西水利