打虎溝水庫除險加固方案探析

宋麗麗

（府谷縣防汛辦 陜西 府谷 719499）

1 工程概況

打虎溝水庫位于府谷縣黃甫川左岸支溝打虎溝上,屬暖溫帶、中溫帶干旱、半干旱大陸性季風氣候，特點是：冬長夏短，春秋不明顯，冬春少雨雪，多風沙，無霜期短，晝夜溫差大；多年平均降雨量435mm，降雨集中在7、8兩個月，占年降水量的56%。打虎溝水庫由府谷縣黃甫鎮(zhèn)黃甫前村組織群眾投勞投工實施，府谷縣水電局派員技術(shù)指導(dǎo)，1975年12月建成。樞紐建筑物包括均質(zhì)土壩、溢洪道。大壩為水墜均質(zhì)土壩，壩高 20m，壩頂高程 894.0m(假定高程120.0m)，壩頂長 109m，壩頂寬5m，壩基寬99m，迎水坡坡比1∶2.4，背水坡坡比1∶2.3。溢洪道建在大壩右岸，為窄深式簡易土質(zhì)渠道，未襯砌，堰頂高程889.0m（假定高程115m），寬1.6m，深5m，長33m。水庫控制流域面積3.4km2，總庫容80萬m3，是一座以防洪、攔沙為主，兼顧灌溉等綜合利用的小型水庫。

打虎溝水庫運行30多年來，發(fā)揮了較好的社會效益和經(jīng)濟效益：一是防洪保安，保護了下游三個自然村防洪安全；二是攔截泥沙，截止2006年底攔截泥沙45萬m3，減少了入黃泥沙；三是為庫區(qū)周圍500余畝農(nóng)田提供灌溉水源；四是改善了區(qū)域生態(tài)環(huán)境。但是，由于水庫目前帶病運行，水庫本身和下游村莊安全己受到嚴重威脅。

2 打虎溝水庫存在的主要問題

打虎溝水庫無設(shè)計、無批文、無施工、無竣工驗收文件和圖紙等資料，屬典型的“三邊”工程，施工質(zhì)量具有“先天不足”，多年來一直處低水位運行，沒有最大程度地發(fā)揮應(yīng)有的效益。水庫工程存在的主要問題有：

（1）水庫淤積嚴重。

打虎溝水庫無排沙設(shè)施，上游來沙全部攔截，減弱了水庫防洪和興利調(diào)蓄能力。打虎溝水庫建成運用以來，隨著水庫泥沙淤積的增多，庫水位在不斷上升。1987年溢洪道曾過水泄洪，僅排出少量泥沙，多年來上游來沙全部攔截在庫內(nèi)，近年來庫水位基本上在888.4m～889.0m范圍內(nèi)變化，現(xiàn)淤積高程為888.4m，大大降低了水庫的防洪調(diào)蓄能力。

（2）大壩損毀嚴重。

打虎溝水庫竣工投運以來，一直粗放管理。大壩迎水坡沒有防護和排水措施，壩內(nèi)坡風浪淘刷，壩外坡雨水沖溝多，背水坡出現(xiàn)滲水、流泥現(xiàn)象，影響大壩運行安全。水庫土質(zhì)溢洪道多年來不斷塌方，淤積堵塞嚴重。1987年溢洪道曾泄洪運行，出水過程中渠道刷深0.5m～1.5m，兩側(cè)塌土現(xiàn)象嚴重，陡坡段現(xiàn)已完全毀壞。

（3）水庫無放水設(shè)施影響灌溉效益發(fā)揮。

大壩無放水洞、溢洪道毀壞。目前，庫內(nèi)雖有水，庫下游有地，但無法灌溉或成本過高，現(xiàn)狀溢洪道不能泄洪運行。

（4）水庫無安全預(yù)警設(shè)施，大壩無安全監(jiān)測設(shè)施，不能滿足防汛搶險需要。

2007年4 月榆林市水利局組織有關(guān)專家，按照《水庫大壩安全鑒定辦法》之規(guī)定，對打虎溝水庫大壩進行了安全鑒定工作，評定打虎溝水庫大壩為三類病險壩，建議管理單位“應(yīng)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 工程任務(wù)

打虎溝水庫為已成工程，故本次除險加固工程的實施應(yīng)充分考慮到該工程的歷史和現(xiàn)狀，盡可能不影響水庫的正常運行。按大壩安全鑒定報告書并結(jié)合本階段水文等有關(guān)成果，此次除險加固工程的具體任務(wù)為：加高大壩，整修壩坡，增設(shè)壩坡防護、排水、壩下反濾設(shè)施；新建泄水洞，改造溢洪道；增設(shè)大壩安全監(jiān)測設(shè)施；改善管理條件，更新防汛通訊、預(yù)警設(shè)施等，購置防汛搶險交通工具，改造上壩道路。

3.2 正常蓄水位確定和調(diào)洪計算

打虎溝流域無實測徑流資料，根據(jù)打虎溝流域徑流特點及現(xiàn)有的水文資料情況，本次采用徑流系數(shù)等值線圖法、徑流深等值線圖法和面積比擬法計算。采用高石崖站面積比擬法計算成果，即打虎溝水庫多年平均徑流量為21.4萬m3。打虎溝水庫1975年12月建成，截止2006年底庫淤積泥沙45萬m3，多年平均淤積量1.45萬m3。據(jù)此推算水庫后續(xù)運行20年其淤積量為29萬m3，則水庫運行20年后的總淤積庫容為74m3，對應(yīng)淤積面高程為894.5m，由此確定本次除險加固設(shè)計正常蓄水位為894.5m。校核洪水位和設(shè)計洪水位通過調(diào)洪計算確定，起調(diào)水位為894.5m，溢洪道寬度4.0m，調(diào)洪演算成果為：校核洪水位897.73m，庫容 104.85萬 m3，溢洪道泄量33.14m3/s。設(shè)計洪水位 896.37m，庫容90.7萬m3，溢洪道泄量14.89m3/s。

3.3 大壩加固處理

（1）大壩壩頂?shù)缆吩O(shè)計

根據(jù)打虎溝水庫大壩壩頂高程計算結(jié)果，壩頂加高至898.70m高程。壩頂寬度5.0m，改造壩頂?shù)缆罚O(shè)計標準為四級道路，路面采用20cm厚的泥結(jié)石路面，下部鋪設(shè)20cm厚的碎石墊層路基，上游側(cè)設(shè)M7.5漿砌石路沿，下游側(cè)設(shè)M7.5漿砌石壩頂排水溝。

（2）迎水坡改造處理

原大壩上游坡面無護坡，為保護上游壩坡安全，本次加固設(shè)計結(jié)合對大壩的加高培厚對迎水坡進行整修改造處理。填土培厚清除表層0.5m左右的松動浮土，對上游壩坡采用0.3m厚漿砌石內(nèi)嵌干砌石護坡，砌石底高程至現(xiàn)淤積面以下1.0m，下部鋪設(shè)0.2m厚的砂礫料墊層。

（3）背水坡加固處理及增設(shè)坡面排水系統(tǒng)原大壩下游坡坡面破損不整、未砌護，且無排水系統(tǒng)。因此，對背水坡采用種植植物防護，下游壩坡及兩側(cè)岸坡設(shè)置縱向排水溝，馬道平臺設(shè)置橫向排水溝，與岸坡排水溝相接將水直接導(dǎo)入下游河床。壩坡、岸坡、馬道排水溝均采用漿砌石結(jié)構(gòu)。壩頂、下游壩坡，以及下游馬道設(shè)置0.3m×0.3m漿砌石矩形排水溝，左右兩岸坡設(shè)置0.5m×0.5m漿砌石矩形排水溝。下游壩坡腳設(shè)置排水棱體，排水棱體頂高程881.0m，頂寬2.0m，內(nèi)側(cè)坡比為1∶1.5，外側(cè)坡比為 1∶2.0。

3.4 新建放水設(shè)施

新建放水建筑物由放水臥管、輸水涵管及輸水明渠的組成，位于大壩左岸。臥管采用臺階式取水方式，其斷面最小尺寸為1.0m×0.6m。岸坡處地面高程為891.00m，臥管縱坡比為1∶2，臥管放水口采用階梯式布置，臥管共設(shè)14級，每級高差0.5m，采用C20鋼筋砼結(jié)構(gòu)。各級放水孔進口高程分別為891.00m～897.00m。其中正常蓄水位894.50m以下布設(shè)7級，校核水位至正常蓄水位之間設(shè)6級。各級放水孔孔口尺寸均為φ0.3m的圓孔。臥管采用預(yù)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894.50m，臥管底部地面高程為887.00m，故擬定涵管進口高程為889.00m，涵管壩后出口處高程維持原設(shè)計高程不變即為888.00m，涵管全長60m，設(shè)計坡比為0.02。臥管底部接φ1m預(yù)制鋼筋混凝土涵管，涵管按明流設(shè)計。涵管沿軸線基礎(chǔ)均為土基，為防止基礎(chǔ)發(fā)生不均勻變形，設(shè)置兩層基礎(chǔ)，即底部設(shè)厚0.3m的漿砌石，上部現(xiàn)澆鞍式混凝土管座，管座沿線設(shè)有適應(yīng)地基沉降的永久縫，縫間距為12m。為避免涵管上部填方發(fā)生過大沉降危及涵管安全，要求沿管線的所有填方（壩體范圍內(nèi)、外）的壓實度均需達到98%。為防止沿臥管發(fā)生集中滲流，臥管在壩軸線上游部分設(shè)置兩道截水環(huán)，截水環(huán)間距10m。

3.5 溢洪道加固設(shè)計

溢洪道按5級建筑物設(shè)計，洪水標準按20年一遇洪水設(shè)計、200年一遇洪水校核。當200年一遇洪水時，壩前達到最高洪水位為897.73m，溢洪道下泄量28.79m3/s；20年一遇洪水時，壩前達到最高洪水位為896.37m，下泄量14.83m3/s。考慮原溢洪槽未襯砌，淤積、分化嚴重，除險加固設(shè)計將在原溢洪道位置新建正向開敞式溢洪道。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100.728m。

現(xiàn)狀引渠段為土渠，渠道斷面形狀不規(guī)整。本次加固設(shè)計引渠為矩形斷面，長度8.5m，底寬由6m漸變?yōu)?m，底坡設(shè)計比降為i=0；進水渠底板高程為893.5m，墻頂高程898.7m；底板漿砌石厚度為0.3m，左側(cè)墻為重力式擋墻，側(cè)墻頂寬0.3m，坡比為1∶0.3；右側(cè)墻為斜坡式，側(cè)墻厚0.3m，坡比為1∶0.5。在設(shè)計壩頂壩軸線位置新建混凝土結(jié)構(gòu)寬頂堰，堰頂高程為894.5m，墻頂高程為898.7m，寬頂堰寬4m，順水流向長5m，左側(cè)墻為重力式擋墻，側(cè)墻頂寬0.3m，坡比為1∶0.3；右側(cè)墻為斜坡式，側(cè)墻厚0.5m，坡比為1∶0.5。墻頂設(shè)計交通橋與壩頂連通。

加固改造溢洪道泄槽采用梯形斷面，底寬4m，側(cè)墻坡比為1∶0.5，縱向采用兩級坡。第一級坡坡比i=0.2，總長13.56m；一二級陡坡之間設(shè)漸變段，漸變段轉(zhuǎn)角為15.26°，控制半徑為30m，長度為7.53m；第二級坡坡比i=0.5，總長20.4m；二級陡坡末端接挖深式消力池；泄槽段采用M7.5漿砌石和C20鋼筋砼結(jié)構(gòu)，即內(nèi)壁為0.15m厚C20鋼筋砼結(jié)構(gòu)，外側(cè)為0.3m厚漿砌石結(jié)構(gòu)。

3.6 大壩安全監(jiān)測設(shè)計

依據(jù)規(guī)范，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(shè)計中，設(shè)置2組水尺。同時為了及時監(jiān)測壩體及壩基的滲流量情況，在大壩下游側(cè)設(shè)置量水堰。

4 結(jié)語

打虎溝水庫是小（二）型水庫，屬三無工程，經(jīng)過30年運行，已出現(xiàn)的工程病害問題使水庫不具備基本運行條件和能力，無法進行正規(guī)化、規(guī)范化的管理，嚴重威脅下游群眾生命財產(chǎn)安全。通過分析水庫病險問題，分別給予加固和更新建設(shè)，可有效提高水庫運行能力，保障下游800人安全和540畝耕地的灌溉問題，可有效攔截1.1萬m3的泥沙入黃，經(jīng)濟生態(tài)效益顯著。陜西水利