金子河水庫除險加固設計

王豐鍵

（臨汾市水利勘測設計院 山西 臨汾 041000）

1 工程概述

金子河屬于臨汾盆地東部汾河水系巨河一級支流，發源于賀家村東、下莊村北，在劉村匯入巨河水庫，主河道縱坡28.10‰。金子河水庫位于臨汾市堯都區縣底鎮許村東北，是一座以灌溉為主兼有防洪、養殖的小型水庫，壩址以上控制流域面積23.40km2。設計水庫總庫容99萬m3，水庫樞紐工程由大壩、溢洪道、輸水管組成。該水庫興建于1976年4月，1982年6月竣工投入運行。大壩壩體為均質土壩，最大壩高27.00m，壩頂高程為582.00m，壩頂長150m，壩頂寬3m。溢洪道位于大壩左岸，為寬淺式矩形斷面。輸水管進口型式為臥管，臥管位于庫區左岸，進口高程561.00m。工程等別為Ⅴ等，按照《防洪標準》（GB50201-94）規定，設計洪水為20年一遇，校核洪水為200年一遇。

金子河水庫除險加固工程2009年7月，由省水利廳組織有關專家結合安全鑒定報告進行了現場察看和技術評審，安全鑒定結論為三類壩。2010年10月，完成《臨汾市金子河水庫除險加固工程初步設計報告》。2011年3月，完成《臨汾市金子河水庫除險加固工程技施設計報告》并開始組織工程施工。

2 水庫現狀

水庫樞紐工程由大壩、溢洪道、輸水管組成。本節先對水庫現狀進行陳述（現狀為本次除險加固工程前工程現狀）。

2.1 壩體現狀

金子河水庫為一座小型水庫，大壩為均質土壩，分兩期筑成（即1976年和1980年）,大壩為水中倒土和碾壓土壩，最大壩高27m，壩頂高程 582.00m，壩長 150m，壩頂寬3m。根據施工方法不同分兩部分，第一部分為壩高16m的水中倒土壩，第二部分為壩高11m均質碾壓土壩。由于大壩采用水中倒土和碾壓法施工，密實度不勻及上壩土料不同，所以各段壩體質量也不相同。根據大壩安全鑒定時鉆孔中發現，壩體填筑土中局部含有煤屑、白灰渣以及磚瓦屑等，說明上壩土料不純，影響壩體質量。

2.2 溢洪道現狀

溢洪道位于大壩左岸，寬淺式矩形斷面，進口底高程578.90m，進口寬度約8m，長度105m，縱坡1/520，溢洪道現狀尺寸不規則，無襯砌及消能設施，沒有達到原設計要求。

2.3 輸水管現狀

輸水管進口型式為臥管，臥管位于庫區左岸，輸水管采用φ426鑄鐵，進口高程561.00m?，F狀下游輸水管漏水，造成下游壩坡局部塌陷。

2.4 其它

水庫現狀上壩道路狹窄、陡峭，不滿足應急搶險要求。大壩無觀測設施、無水情測報系統，不利于安全監測。

3 工程主要問題分析

3.1 大壩部分

首先，壩頂寬約3m不符合規范要求，為了解壩體填筑質量和壩體物理力學性質指標，在大壩壩體布鉆孔3個，取樣12組，進行了室內土的物理力學試驗，針對土工試驗數據的差異性，對成果進行了數理統計，從試驗結果看，壩體土按塑性指數定名為粉土、粉質粘土。水中倒土壩的物理力學性質為：干密度1.52g/cm3，密度 1.86g/cm3，含水量 23.70%，孔隙比0.80，C值24.5kPa，φ值21°，滲透系數4.70×10-5cm/s,壓縮系數0.3MPa-1。碾壓壩土的物理力學性質為：干密度1.55g/cm3，密度 1.89g/cm3，含水量 22.10%，孔隙比 0.80，C值為 21.70kPa，φ 值為 23°,滲 透系數6.90×10-5cm/s,壓縮系數 0.30MPa-1。屬弱透水性，中等壓縮性。結論:壩體填筑質量基本上能夠達到設計要求，且局部段土質不純。

建議：壩頂需加寬，并以實驗所得土工數據為基礎，建立土石壩計算模型計算壩體穩定，確定大壩結構。

3.2 溢洪道部分

現狀溢洪道位于大壩左岸，寬淺式矩形斷面，進口底高程578.90m，進口寬度約8m，長度105m，縱坡1/520，現狀尺寸不規則且無襯砌及消能設施，溢洪道結構不足行洪要求。

建議：溢洪道需進行改建，包括由調洪結果確定堰的形式及結構，增設消能設施等。

3.3 輸水管部分

現狀輸水管位于大壩左岸，壩樁號0+026，輸水管上游采用臥管進水方式，輸水管采用Φ426鑄鐵管，管進口高程560.80m，長162m，輸水管漏水引起下游壩坡局部塌陷，考慮到穿壩建筑物對大壩安全非常重要，必須采取穩妥的方式對該問題進行處理。

建議：對現狀輸水管進行封堵，另尋適當的位置新建輸水涵管。

4 工程措施

4.1 大壩部分

（1）針對上游壩坡存在的問題，先清除壩坡部分損壞的護坡，然后按設計斷面整治，壩坡仍分兩級，一級壩坡582m～576.50m，坡比1∶2.50，577m處設2m寬馬道，二級壩坡576.50m～555m，坡比為1∶3。護坡采用漿砌混凝土預制塊，下設墊層。

（2）因原壩頂寬度不滿足規范要求，且壩坡凌亂不堪，故將下游壩坡坡面清除0.50m，然后培厚至設計斷面，即壩軸線向下游側偏移1m。下游壩坡整治結合現狀壩坡分兩級，一級壩坡582m～573m，坡比1∶2.50，573m處設2m寬馬道，二級壩坡573m～555m，坡比為1∶3。為防止雨水對下游壩坡的沖刷，在壩軸樁號0+076處設300mm×300mm的砌磚橫向排水溝，并在左右岸坡設300mm×300mm的砌磚排水溝，縱向排水溝設在下游馬道，縱橫排水溝相互連接。溢洪道開挖的部分石渣運至下游壩坡坡腳碾壓，以作為下游壩坡貼坡排水之用。

（3）下游壩坡培厚至設計斷面后，壩軸線向下游偏移1m，壩頂寬度為5m，壩頂設20cm厚泥結石路面，壩頂上游側設1m高砌磚防浪墻。為便于雨天排水，壩頂路面向下游傾斜2%的坡度，壩頂下游側設300mm×300mm的砌磚縱向排水溝，并與下游壩坡的橫向排水溝及岸坡排水溝相接。

4.2 溢洪道部分

金子河水庫溢洪道位于大壩左岸，與壩軸線相交點樁號為0+006.20，溢洪道中心線與壩軸線夾角為88°32′44″。控制堰為無坎寬頂堰，進口底高程576.40m，進口凈寬2m×5m，校核泄量171.43m3/s，設計泄量60.60m3/s。關于溢洪道尾部消能防沖工程方案，設計時進行了分析比較，因該溢洪道基礎為較為堅固的巖基，且泄槽末端遠離壩腳，故消能防沖方案采用挑流型式。改建溢洪道總長124.22m，樁號溢0-041～溢0+083.22，由引渠段、控制段、泄槽段、挑流段及防沖護坦組成。

4.3 輸水管部分

對現狀輸水洞進行封堵，在大壩0+065處新建閥門井及輸水涵管，輸水涵管采用Φ1500鋼筋混凝土管，總長90m，上游80m采用頂管法施工，鋼筋混凝土管內設Φ500鋼管，進口高程566.00m，進口設工作閥門及備用閥門，閥門井為鋼筋混凝土結構，進口采用八字型翼墻，操作室為磚混結構。操作室與壩頂由工作橋連接，橋長37.80m，橋面寬1.60m，共三跨。管道在下游壩坡出口設漿砌石擋墻及八字型翼墻。設計調整后，既減少了土方開挖對大壩的影響，同時又減少了投資，但由于輸水涵管采用頂管法施工，故管道外壁可能存在滲漏通道，為防止管道外壁接觸滲漏對大壩安全產生不利影響，設計考慮采用管身反壓灌漿進行處理，施工時在管內鉆孔灌漿，鉆孔孔徑Φ50mm，鉆孔布置根據管身尺寸每排設6個孔，排距2m，要求鉆孔伸入管身外壩體50cm，灌漿分兩序孔施工，灌漿材料采用水泥漿，灌漿完畢后將孔周圍鑿毛洗凈，以1∶3水泥砂漿封口磨平。管身反壓灌漿處理后可在管身外壁形成一層保護層，防止管壁外側填土被水沖走、掏空，形成漏水通道，消除大壩壩體安全隱患。

5 結語

本次除險加固的任務和作用是為了讓0.027萬hm2農田興利用水量的保證率達到50%，同時，確保下游防護對象的防洪安全，下游防護對象主要有村莊1座，企業2個，人口1050人，耕地2000畝，工程灌溉效益每年增加50.95萬元，防洪效益每年可減免112.50萬元的洪災損失。陜西水利

[1]長江水利委員會長江勘測規劃設計研究院SL252-2000水利水電工程等級劃分及洪水標準[S].北京：中國水利水電出版社，2000,07.

[2]黃河水利委員會勘測規劃設計研究院SL274-2001碾壓式土石壩設計規范[S].北京中國水利水電出版社，2002，01.

[3]水利部天津水利水電勘測設計研究院SL253-2000溢洪道設計規范[S].北京：中國水利水電出版社，2000,08.