牡丹江市軍馬水庫除險加固設計綜述

周 龍

(牡丹江市水務科學研究院，黑龍江 牡丹江 157000)

牡丹江市軍馬水庫除險加固設計綜述

周 龍

(牡丹江市水務科學研究院，黑龍江 牡丹江 157000)

軍馬水庫位于黑龍江省牡丹江市西部北拉古村北部的長溝上，距離北拉古村8.6km。控制流域面積8.16km2，水庫設計總庫容39.05萬m3。是一座以灌溉為主，兼顧防洪、養魚、旅游等綜合利用的小(2)型水庫。對土壩放緩邊坡、壩后設棱體排水，新建溢洪道和加固虹吸管。

水庫；特征水位；壩體加固；新建溢洪道；虹吸管加固

1 工程原概況

軍馬水庫位于黑龍江省牡丹江市西部北拉古村北部的長溝上，距離北拉古村8.6km，控制流域面積8.16km2，水庫原設計總庫容46萬m3。是一座以灌溉為主，兼顧防洪、養魚、旅游等綜合利用的小(2)型水庫。

軍馬水庫原設計正常蓄水位423.70m，相應庫容27.14×104m3，興利庫容20.15×104m3。

軍馬水庫始建2008年，完建于2010年，水庫樞紐建筑物由土壩、溢洪道、虹吸管組成。

土壩結構形式為均質壩，壩頂高程在425.81-426.01m，最大壩高16.20m，壩長225m，壩頂寬在8.1-11.3m，迎水坡為1∶3.1-4.1，背水坡1∶1.8-2.8，迎水坡425.20高程以下覆蓋混凝土護坡，以上為天然草皮護坡。背水坡為天然草皮護坡，背水坡中部設有馬道，坡腳修建干砌石固腳。

溢洪道位于大壩右側，樁號0+201m處，為敞開式正堰溢洪道，堰寬5m，堰頂高程423.70m，由進口段、控制段、陡坡段、消能段、尾水渠組成[1]。

2 水庫存在的主要問題

1)土壩：軍馬水庫大壩結構形式為均質壩，建庫時進行了簡單清基，清除雜草、浮土，致使壩基中等透水；庫區水面范圍內的表層細粒土被取走填筑壩體，庫區水平鋪蓋被破壞，加劇了壩基滲漏。筑壩土料來源主要由碎石混合土組成，大壩壩體土料礫石含量較高。現場發現5處較大出水點，其中3處出水量較大，能見流動，在壩后干砌石鎮腳內能見流水聲，壩體滲漏嚴重。土壩迎水面425.20高程以下覆蓋混凝土護坡，護坡表面平整度一般，護坡與溢洪道擋墻銜接段局部出現坍塌[2]。

2)溢洪道：溢洪道存在開裂的現象，但未見裸露的鋼筋，溢洪道進口段八字墻后基礎出現塌陷。溢洪道西側的擋墻后身滲水嚴重，迎水面與壩坡銜接處壩坡已出現塌陷，局部點墻后已掏空，如繼續惡化可能導致沉陷、傾斜。消能設施采用挖深式消力池聯合跌井消能，但消力池及跌井位置設計不合理，無法起到合理的效能作用。尾水渠為人工開挖的土質渠道，無防沖設施，渠道比降在1∶8-12之間，渠底比降較大，流速較快，岸坡沖刷嚴重。

3)現狀大壩沒有設置輸水洞，僅設置口徑極小的虹吸管，屬于建筑結構上的缺失，工程缺陷。

4)無水文和大壩監測設施，管理及通訊設施簡陋。

3 水庫規模及防洪標準的確定

依據《水利水電工程等級劃分及防洪標準》(SL252-2000)，確定軍馬水庫為小(2)型，工程級別為Ⅴ等，主要建筑物為5級。由于水庫最大壩高16.2m，按山丘區洪水標準，設計洪水標準采用20a一遇洪水，校核洪水標準采用200a一遇洪水。

4 主要特征水位的確定

4.1 死水位

現有庫底高程415.29m，本次水文分析成果，壩址多年平均懸移質輸砂量70t/a，推移質按懸移質20%計，泥砂比重取1.3t/m3，除險加固設計后按運行期30a計算，30a泥砂淤積需庫容2.37×104m3，根據實測的庫容曲線，泥砂淤積庫容相應高程417.97m。從滿足泥沙淤積的角度，水庫死水位應≥417.97m，考慮養魚過冬確定水庫死水位為420.00m，死庫容6.99×104m，可滿足灌溉引水和泥沙淤積要求。

4.2 正常蓄水位

實際調查，下游有水田66.7hm2，其中軍馬水庫灌溉水田112hm2，石頭溝水庫灌溉水田29.33hm2。根據軍馬水庫灌溉面積，按來水過程，灌溉用水和水庫損失，進行興利計算，確定正常蓄水位422.20m。依據《除險加固工程初步設計報告提綱》要求消險水庫正常蓄水位采用原設計或現狀控制運行水位，水庫所需正常蓄水位至原有正常蓄水位之間范圍為422.20-423.70m，在此之間選定不同的正常蓄水位，再根據不同的堰頂寬度進行方案經濟技術比選，選擇工程造價少，水庫運行安全的方案，最終確定正常蓄水位423.20m。

4.3 設計洪水位和校核洪水位

1)洪水調度原則：

軍馬水庫不承擔下游的防洪作用，洪水調節的主要目的是保證樞紐建筑物本身安全的基礎上確定泄洪建筑物尺寸和大壩規模，同時以不加高壩頂高程為原則。

2)泄洪建筑物方案初擬：

水庫所需正常蓄水位至原有正常蓄水位之間范圍為422.20-423.70m，在此之間選定不同的正常蓄水位，再根據不同的堰頂寬度進行方案經濟技術比選，比選方案見表1。

表1 不同方案比較表 m

3)泄洪建筑物方案比選：

軍馬水庫溢洪道泄洪計算采用《溢洪道設計規范》中寬頂堰泄流能力計算公式：

(1)

式中：Q為流量，m3/s；B為溢流堰總凈寬，m；H為堰上水頭，m；m為流量系數，無坎寬頂堰結構，采用0.385；ε為閘墩收縮系數，ε=0.909。

不同堰寬技術經濟方案比選成果見表2。

表2 不同堰寬技術經濟方案比選

設計方案以不加高壩頂高程為原則，溢洪道隨著堰頂高程的增加，堰寬增大，同時堰上擋墻高度減少，從表2可以看出，方案一至方案三工程造價逐漸減小，當寬度達到第四方案時，溢洪道堰頂上的交通橋設中墩，同時開挖量大增，工程造價最高。根據方案比選，最終確定堰頂高程為423.20m，堰寬9m。

4)設計與校核水位：

根據選定的溢洪道堰高、堰寬確定水庫20a一遇設計洪水位為424.43m，相應庫容32.69×104m3，相應泄量為18.42m3/s；200a一遇校核洪水位為425.23m，相應庫容39.05×104m3，相應泄量為39.05m3/s。

5 水庫除險加固的主要工程措施及技術要點

5.1 大壩工程處理措施

根據校核洪水，確定壩頂高程為425.88m，現有壩頂高程425.81-426.01m，設計壩頂高程為425.90m，壩頂寬為8.0m。壩前采用水平鋪蓋，解決壩基滲流。土壩迎水坡維持現狀，只對重建溢洪道破壞的部分進行重建；樁號0+181-0+222設計路面寬為4m，15cm厚混凝土路面，下設18cm厚水穩砂。背水坡加固培厚、放緩壩坡，背水坡在高程為420.90m處設馬道，馬道寬3.0m，馬道以上坡比1:3.0，馬道以下坡比1:4.0。壩后設置排水棱體，排水棱體頂寬為2.5m，高3.4m[3]。

5.2 溢洪道工程處理措施

新建溢洪道，溢洪道布置在大壩樁號0+201處，由進口段、控制段、陡槽段和消能段組成。

進口段采用八字墻形式U型槽結構，進口段長10.5m，反坡1/20，進口底板頂高程422.68m，進口寬13.2m，底板厚0.8m，邊墻頂寬0.4m，迎水面鉛直，背水面坡比1∶0.1。

控制段由閘底板、邊墻和交通橋組成。溢流堰為寬頂堰，堰頂高程423.20m，閘室長12m，堰寬9m，邊墻頂寬0.4m，迎水面鉛直，背水面坡比1∶0.15,閘底板厚1.2m；交通橋寬4m, 交通橋采用T型梁結構，橋面板厚0.2m，梁高0.3m,梁寬0.5m。為解決繞滲問題，閘室兩側各設一道刺墻,刺墻頂寬3m，底寬4m，墻厚0.5m。

陡槽總長105m，U型槽結構形式，其中漸變段長15m，底寬由9m變至5m，陡槽段陡坡1/7。陡槽段平面布置由直線和圓弧段構成，其中圓弧段圓弧長30.0m，軸線半徑100m，轉彎角17.19°。起始高程423.20m，末端高程408.20m，邊墻高2.70-2.0m，邊墻頂寬0.4m，迎水面鉛直，背水面坡比1∶0.1，底板厚0.8m。

消能段采用底流消能，U型槽結構形式，消力池長18m，寬5m，底板頂高程407.00m，池深1.2m，底板厚0.8m；墻頂高程410.20m，邊墻頂寬0.4m，迎水面鉛直，背水面坡比1∶0.1。海漫段長30m，比降為1/20，采用塊石籠結構，梯形斷面，底寬5.0m，邊坡1∶2.0，海漫底塊石籠厚0.5m，邊坡塊石籠厚0.3m,下設20cm碎石，墊層10cm砂墊層和無紡布[4]。

5.3 虹吸管工程處理措施

為解決灌溉，同時考慮水庫工程造價問題，在溢洪道左側設虹吸管，在壩前及溢洪道左側設豎井兩座，為鋼筋混凝土結構，井內壁1.5m×1.5m，井壁厚0.3m。虹吸管管采用鋼管，管徑為0.4m，同時配備一臺注水離心泵，2個閥門。

[1]牡丹江市水利水電勘測設計有限公司.牡丹江市軍馬水庫大壩安全分析評價報告[R].牡丹江：牡丹江市水利水電勘測設計有限公司，2014.

[2]牡丹江市水利水電勘測設計有限公司.牡丹江市軍馬水庫除險加固工程初步設計報告[R].牡丹江：牡丹江市水利水電勘測設計有限公司，2015.

[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.

[4]黃河水利委員會勘測設計規劃研究院.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.

1007-7596(2017)07-0114-03

2017-06-22

周龍(1975--),男，黑龍江牡丹江人，高級工程師。

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