淺談水溝水庫除險加固設計方案

仲偉娟

(遼寧省農村水利建設管理局，遼寧省 沈陽市 110003)

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淺談水溝水庫除險加固設計方案

仲偉娟

(遼寧省農村水利建設管理局，遼寧省 沈陽市 110003)

水溝水庫是一座以灌溉為主，兼顧防洪、養殖為一體的小(Ⅱ)型水庫，該工程已運行40余年，存在著嚴重的安全隱患和防洪隱患，已被列為三類險壩，需要除險加固。文章闡述了水溝水庫樞紐工程除險加固的必要性，從大壩、溢洪道、輸水洞等方面介紹了工程的設計方案及依據，及加固后水庫的防洪、社會和經濟效益等。

工程概況；除險加固；必要性；設計方案；大壩

1 工程概況

水溝水庫位于遼寧省建昌縣東南部的喇嘛洞鎮境內，屬于大凌河水系，壩址在宮山嘴上游肖杖子村東南溝內，水庫是以灌溉為主，兼顧防洪、養殖為一體的小(Ⅱ)型水庫，工程等別為Ⅴ等，主要建筑物為5級。

水溝工程始建于1970年4月，竣工于1971年。原設計標準為20 a一遇，校核標準為300 a一遇，正常高水位497.0 m，相應庫容11.72萬m3，死水位487.00 m，相應庫容0.003萬m3，設計洪水位498.17 m，相應庫容15.83萬 m3，校核洪水位498.46 m，相應庫容18.52萬m3。

工程由大壩、溢洪道、輸水洞三部分構成。水溝水庫于1994年完成大壩迎水坡護坡石翻修、溢洪道堰頂加寬、大壩背水坡填方等工程。

根據2007年葫蘆島市水利勘測設計院做的建昌縣水溝工程安全分析綜合評價報告，確認水溝水庫大壩為三類壩，屬病險水庫大壩，需要除險加固。

2 水溝水庫除險加固的必要性

水庫除險加固，具有很大的經濟效益和社會效益，可以改善大壩防洪體系、確保防洪安全，消除大壩安全隱患，使得河道防洪能力提高。加固后恢復原來的蓄水供水功能，提高農業灌溉工作效率，帶來了顯著經濟和社會效益[1]。

2.1 工程安全方面

水庫運行至今40余年，工程老化失修，屬病險水庫，存在以下安全隱患：①大壩產生不均勻沉降，護坡塊石風化嚴重，壩后無排水體；②溢洪道底板未襯砌，裸露的巖石為弱風化巖，出口沒有消能設施；③輸水洞進出口設施破損，啟閉設備結構簡單，運行不靈活，銹跡斑斑，已經不能啟閉，需要重建或更新。

2.2 防洪安全方面

水庫設計灌溉面積30 hm2，距壩址8 km就是宮山嘴水庫，距壩址2 km處是通往大青山風景區、賀杖子鄉的公路，如果該水庫垮壩失事，將直接危及下游1260萬人民群眾生命財產、33.33 hm2耕地及宮山嘴、大青山風景區公路的安全。

2.3 加固后社會效益

隨著國民經濟的快速發展，人民生活水平不斷提高，人民群眾迫切希望能得到一個安全舒適的環境，因此對水庫的綜合利用要求也越來越高，特別是下游的人民群眾，對水溝工程的安全更為關注。水溝工程除險加固，不僅對水溝本身產生經濟效益，也具有顯著的社會效益，同時解除了洪水對土地和主要交通設施、村莊的威脅，對社會穩定大有好處。

2.4 加固后經濟效益

遼西地區處于干旱半干旱地域，水資源十分寶貴。水資源的合理利用對于建昌縣的經濟發展有著特別重要的意義。小型水庫效益以防洪、灌溉效益為主，并兼有多種經營及生態環境效益[2]。水溝水庫工程正常運行后，可以發展旅游、養魚等多種經營項目，增加經濟收入。

3 工程設計方案

3.1 大壩

3.1.1 壩頂高程計算

根據《碾壓式土石壩設計規范》(SL 274-2001)[3]進行大壩超高計算。分兩種運用情況進行計算：①設計洪水位加正常運用條件的壩頂超高；②校核洪水位加非常運用條件的壩頂超高。計算公式見式(1)，高程確定取其中最大值。

(1)

式中：y為壩頂超高，m；R為最大波浪在壩坡上的爬高，m；e為最大風壅水高度，m；A為安全加高，m；A(正常)=0.3 m，A(非常)=0.5 m，A(地震)=1.2 m。

通過計算設計洪水位加正常運用情況的壩頂高程為499.02 m，校核洪水位加非常運用情況的壩頂高程為499.34 m。最后確定壩頂高程為499.34 m，大于現狀黏土心墻頂高程498.02 m，大于現狀壩頂高程499.23 m，因此壩頂高程、心墻頂部高程均不滿足要求。處理方法：填筑0.25 m厚泥結碎石路面后可達到校核高程，心墻采用土工無紡布銜接至校核洪水位以上。

3.1.2 壩坡

迎水坡：本次設計將上游壩坡砌石拆除，拋石護砌、修坡，坡比為1∶2.75、利用新石干砌，塊石厚度0.30 m，塊石粒徑大于30 cm，下設20 cm厚碎石墊層，砂墊層10 cm。

背水坡:由于背水坡抗滑穩定安全系數不能滿足規范要求，本次加固設計為培厚壩坡，表面采用草籽護坡。壩坡為一級坡，坡比為1∶2.0。新建干砌石貼坡排水，塊石粒徑大于40 cm，下設20 cm厚碎石墊層和10 cm厚的砂墊層。

壩體填筑：壩殼材料主要以細粒質礫石為主，一般粒徑為1～50 mm，個別達70～100 mm混10%～15%黏性土，級配一般，取材于附近山體的“山皮土”及水庫下游河道的砂礫石，運距3.5 km。填筑時相對密度控制在0.6～0.65之間。

3.1.3 安全觀測設備的布設

變形觀測：本工程主要布設大壩垂直位移(沉陷)和水平位移觀測點，在壩頂設3個位移觀測點。根據要求，觀測基點應設在穩定區域內，測點應與壩體或岸坡牢固結合[4]，因此選擇溢洪道右側山頭和大壩左側山頭各布設永久“水準基點”一個。

滲透觀測：為了觀測壩體的浸潤線和滲流量，布設兩個觀測斷面，每個斷面4個測壓點，第一點設在前坡心墻前，第二點設在后坡心墻后，第三點設在上游坡戧臺上，第四點設在排水體頂部。

3.2 溢洪道加固設計

水溝溢洪道位于大壩左岸,為開敞式溢洪道,溢洪道基巖為石灰巖，巖石節理發育完全，易于爆破。目前，水溝水庫溢洪道開挖斷面最大寬度18.36 m，最小開挖寬度15.2 m，溢洪道進口巖面高程496.81 m，出口巖面高程496.12 m,進出口平均長度37 m。本次除險加固設計內容主要有以下兩點。①溢洪道斷面整修。由于原斷面開挖不規則，形成瓶頸狀態，影響行洪，故需爆破清除，開挖方量2200 m3。根據調洪計算，溢洪道地面高程須降低0.2 m，方可保證大壩安全。②進口為C20混凝土寬頂堰，堰頂高程497.0 m，寬18 m，長10 m,厚度0.2 m,下部為0.1 m厚C10混凝土墊層。

3.3 輸水洞設計

現場檢測及實際調查情況：水溝水庫輸水洞全長50 m，為壩下圓涵，洞徑0.4 m。進口底高程487.00 m。應在輸水洞進口設啟閉塔一座，工作閘門一座。輸水洞出口設閘閥和消力池。輸水洞出口下游渠道已破壞，評價將輸水洞評定為B級。本次除險加固將新建分級臥管式進水閘門及出口啟閉室，對金屬設備進行更換，更新攔污柵，更新出口閘閥，出口漿砌石維修。

3.4 施工便道

原上壩路在大壩右側，為村級土路，坡度較陡，寬度較窄且彎曲，雨雪天氣泥濘不堪，無法滿足施工、防汛、搶險、運送物資的要求。本次除險加固將路面拓寬至3.5 m，鋪筑砂石，作為施工道路，滿足除險加固運料及防汛、搶險、運送物資的要求。

本工程壩址處沒有大面積平坦場地，施工場地布置存在一定困難，工程對外交通方便，場內交通不夠便利，不利于大型車輛作業。施工所需鋼筋水泥、木材等可于建昌縣城購買，運距30 km，其他材料可由附近料場購買，其中塊石運距50 km，砂運距35 km，碎石運距35 km，填筑砂礫料可于水庫下游河道自行采挖，運距4.0 km。施工用電可利用原有線路供電，施工用水可取自水庫。

4 結 語

遼西地區素有十年九旱之稱，水資源十分珍貴，所以水庫工程對于建昌縣農業發展有著特別重要的意義。鑒于水庫的功能及存在的問題，對水庫進行除險加固是非常必要的。通過徹底解決水庫存在的問題，使水庫恢復正常運轉，充分發揮效益，對建昌縣有重要的社會效益和經濟效益。對水庫進行除險加固，可加強水庫的防洪功能，充分發揮水庫的灌溉、養殖等綜合效益，使生態環境得到改善，促進我國水利事業的發展，更好地“服務于人民，造福于人民”。

[1] 姚小豐，胡長江.水庫大壩除險加固工程設計探究[J].河南水利與南水北調，2013(2)：26.

[2] 陳鳳，張華，吳玉柏.石灰巖地區小水庫除險加固工程的經濟社會效益分析[J].水利經濟，2011(1)：19.

[3] 中華人民共和國水利部.碾壓式土石壩設計規范：SL 274—2001[S].北京：中國水利水電出版社，2002.

[4] 中華人民共和國水利部.土石壩安全監測技術規范：SL 60-94[S].北京：水利電力出版社，1994.

Discuss the design of Shuigou reservoir reinforcement

ZHONG Weijuan

(LiaoningProvinceRuralWaterConservancyAuthority,Shenyang110003,China)

Shuigou reservoir is a small type Ⅱ reservoir which serves mainly for irrigation , both for flood control and aquaculture.The project has been running for more than 40 years and there were serious potential risks of security and flood.It has been listed as the third class risk dam.The paper presents the necessity of the reinforcement project and briefly introduces the design and the basis from the dam,spillway,the convey tunnel and so on.The paper also introduces the flood control effects , social and economic benefits which the reservoir can do after the reinforcement.

general situation; reinforcement; necessity; design; dam

仲偉娟(1963-)，女，高級工程師，主要從事水利工程管理工作。

TV697.3

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2096-0506(2016)10-0042-02