北楊村水庫存在問題及加固措施

李超綱

(孟州市水資源監測保護中心,河南 焦作 454750)

1 水庫存在問題

北楊村水庫工程位于黃河流域楊村溝，壩址位于焦作市孟州市槐樹鄉北楊村，距孟州市區約20 km。上游有小(2)型水庫王莊水庫，控制流域面積2.38 km2,壩址以上干流長度2 km，干流比降1/500，王莊～北楊村水庫區間流域面積為4.80 km2，干流長度2.20 km，干流比降1/500，流域屬丘陵地區，總庫容66.27萬m3，水庫屬小(2)型水庫，水庫功能以防洪為主，同時具有漁業養殖、農田灌溉等綜合利用。北楊村水庫于2000年開工修建，2001年5月建成蓄水。水庫設計灌溉面積100 hm2，主要靠提水灌溉。水庫建成投入運行以來，防洪效益顯著，對改善當地農業生產條件，補充地下水，解決當地人畜飲用水困難等方面發揮了巨大作用。水庫下游為洛陽市吉利區，地理位置重要。

水庫工程建成后已運用自己多年，存在的主要問題：大壩填筑施工質量水平較差；上游壩坡無護砌，凹陷變形，排水設施建設不完善；溢洪道交通橋橋臺漿砌石部分出現脫落，溢洪道底板已損毀，兩側漿砌石擋墻部分損毀，出口消能設施已損毀；水庫無觀測、管理服務設施等。

由《水庫大壩安全評價導則》和《水庫大壩安全鑒定辦法》的規定，孟州市水利局委托洛陽水利勘測設計有限責任公司編制了《河南省孟州市北楊村水庫大壩安全鑒定報告》。2012年6月，焦作市水利局組織有關專家召開大壩安全鑒定報告會，審議通過了《北楊村水庫大壩安全鑒定報告》。2012年9月，河南省水利廳組織有關專家對北楊村水庫三類壩的鑒定結果進行了核查，確定了急需除險加固的三類壩鑒定意見。

針對水庫存在的主要問題，根據有關規程、規定及地質資料，孟州市水利局委托洛陽水利勘測設計有限責任公司進行除險加固工程項目設計。

2 庫區水文

孟州市北楊村水庫位于屬低山丘陵區，兩岸坡基本對稱，山體坡度多在30°～70°之間，相對高差約30～100 m之間。庫區地形起伏不平，溝嶺相間分布，溝谷橫斷面呈“U”字形，河谷底寬60～100 m左右，樹木覆蓋率較低，植被較發育，大部分處被第四系土層覆蓋，水土流失較嚴重。多年平均降水量600 mm，年內分配不均，多集中在七、八、九三個月，約占全年降水量的60 %以上。水庫所在流域多年平均年徑流深R=100 mm，多年平均年徑流量為48萬m3。

3 庫區工程地質

水庫岸坡主要由第四系中更新統低液限黏土和第三系的石英砂巖、泥巖組成。山體寬厚，透水性較小，建庫至今未發生規模較大的坍塌和庫水滲漏現象。工程區地震動峰值加速度值為0.10 g，地震動反應譜特征周期值為0.40 s，地震基本烈度為Ⅶ度。大壩施工時，地基清理相對簡單，壩基處理不徹底。據調查，高水位時壩基右側存在浸濕現象。大壩工程壩基上部結構為第四系全新統含礫低液限黏土，壩基下部分布為第四系中更新統低液限黏土，大壩左、右壩肩分布為第四系中更新統低液限黏土，土質較均一，局部夾含少量鈣質結核。溢洪道底板、邊坡和交通橋基土分布巖性均為第四系中更新統低液限黏土，黏粒含量高，天然含水量小，塑形堅硬，可壓縮性中等，機械強度高，工程地質條件好。然而，被水浸泡后土壤強度降低，岸坡穩定性差，抗沖刷能力差。

4 采取除險加固措施

4.1 工程等別及建筑物級別

北楊村水庫總庫容為66.27萬m3，按《水利水電工程等級劃分及洪水標準》，北楊村水庫屬于小(2)型水庫，工程等別為Ⅴ等，永久性主要建筑物為5級，因此設計洪水標準采用20年一遇，校核洪水標準采用200年一遇。溢洪道消能防沖洪水標準采用10年一遇進行設計。

4.2 設計洪水

周邊地區和流域內均沒有記載的洪水流量實測資料，且水庫控制集水面積小于200 km2。小流域推理公式法洪水計算。同時，洪水計算采用河南省水利設計院1984年編制的中小流域設計暴雨洪水圖集和省水文局2005年編制的暴雨參數圖集，利用與《84圖集》相匹配的洪水查算圖進行計算，經合理分析后選定洪水計算結果。經分析比較，按全流域計算北楊村水庫的洪水比考慮上游水庫的調洪排洪更安全，因此采用全流域計算洪水結果。北楊村水庫10年一遇設計洪水流量為57.40 m3/s，洪水總量56萬m3；20年一遇設計洪水流量為80.60 m3/s，洪水總量70.36萬m3；200年一遇設計洪水流量為162.70 m3/s，洪水總量139.30萬m3。

根據入庫出庫水量平衡方程，采用簡化三角形法進行調洪演算，除險加固后規模指標：北楊村水庫總庫容66.27萬 m3，興利水位154.42 m，興利庫容19.02萬m3；死水位151.73 m，死庫容12.68萬m3。設計洪水位157.17 m，校核洪水位159.04 m。

4.3 工程設計

4.3.1 大壩工程

4.3.1.1 大壩壩頂改造

對現狀壩頂進行加高、整修，壩頂高程為159.85 m，壩頂寬度5.00 m，設4.22 m寬20 cm厚C20混凝土路面，壩頂道路上游側設1.10 m高0.30 m厚C20混凝土防浪墻，下游側設預制C20混凝土路緣石，路緣石規格100 cm×13 cm×40 cm。壩頂路面向下游傾斜坡度為1.50%，有利于壩頂排水。下游壩坡排水溝頂部與壩頂路面路緣石對應位置設排水口，尺寸20 cm×10 cm。

4.3.1.2 迎水坡護坡

迎水坡護坡采用C20現澆混凝土板護砌，板分塊尺寸2 m(橫向)×3 m(縱向)，板塊間縫寬8 cm，縫下鋪土工布，縫間回填無砂混凝土。混凝土齒墻標號為C20，齒墻深1.00 m，下部深入壩坡內0.60 m，齒墻底高程150.73 m，齒墻每6 m設一道伸縮縫，縫內設閉孔低發泡沫板。

4.3.1.3 背水坡整修加固及新建貼坡排水

首先對下游壩坡滑坡區表層腐殖土、雜草以開挖方式清除，然后用黏性土按設計坡比分層控制回填壓實，壓實度≥0.96；對高出設計坡面的壩坡進行削坡，最后再采用草皮種植進行綠化。該大壩在樁號0+045 m、0+085 m處各設兩道橫向排水溝，排水溝斷面尺寸30 cm×30 cm；在高程151.60 m平臺處設置一道縱向排水溝，兩岸各設一道岸坡排水溝，排水溝斷面尺寸40 cm×40 cm。背水坡高程151.60 m以下設貼坡排水，底部坡腳處設排水溝。貼坡排水結構由外到內的結構依次為15 cm厚200 cm×100 cm C20混凝土現澆板，20 cm厚5～60 mm粗礫、10 cm厚2～5 mm細礫、10 cm厚0.50～2 mm粗砂。

4.3.2 溢洪道工程

溢洪道位于水庫大壩右岸，為開敞式矩形斷面，進口高程為154.42 m，底寬為7.00 m。溢洪道為砌體結構，淤積嚴重，出口設三級消能設施，襯砌塊石脫落嚴重。設計溢洪道總長度為95 m，由引渠段、控制段、1∶7泄槽段、消力池段、海漫段等部分組成，設計最大流量115.28 m3/s。

引渠段長5 m，底板設計高程154.42 m，寬7 m，厚0.40 m，采用C20混凝土澆筑；兩側采用仰斜式擋墻護砌，迎水面邊坡1∶0.30，背水面邊坡1∶0.25，墻頂寬0.80 m，墻高4.38～5.30 m，采用C20混凝土澆筑。

控制段長10 m，底板設計高程154.42 m，寬7.00 m，厚0.40 m，采用C20混凝土澆筑；兩側采用仰斜式擋墻護砌，迎水面邊坡1∶0.30，背水面邊坡1∶0.25，墻頂寬1 m，墻高5.30 m，采用C20混凝土澆筑。

控制段后接1∶7泄槽段，泄槽段水平投影長50 m，起始底板高程154.42 m，末端底板高程147.27 m。泄槽段底寬7 m，厚0.30 m，采用C25鋼筋混凝土澆筑，下部鋪0.10 m厚C15混凝土墊層；兩側采用仰斜式擋墻護砌，迎水面邊坡1∶0.30，背水面邊坡1∶0.25，墻頂寬0.80 m，墻高5.30～4.30 m，采用C20混凝土澆筑，擋墻距底板1.50 m高度設一排直徑50 mm的PVC排水管，間距2 m，排水管進口設土工布包礫石作為反濾體。

泄槽段后接消力池，消力池底板高程147.27 m，池長15 m，池寬7 m，池深1.20 m。側墻采用仰斜式擋墻護砌，迎水面邊坡1∶0.30，背水面邊坡1∶0.25，墻頂寬1 m，墻高4.30 m，采用C20混凝土澆筑，擋墻距底板1.50 m高度設一排直徑50 mm的PVC排水管，間距2 m；消力池底板采用C25鋼筋混凝土，厚0.50 m，下部自上而下設10 cm厚C15混凝土墊層、土工布(300 g/m2)和10 cm粗砂墊層；消力池底板布置PVC排水管，呈梅花形布置，間距2 m，直徑50 mm。

消力池出口連接漿砌石海漫段，海漫段長10 m，底板厚0.50 m，縱坡1∶20；側墻采用仰斜式擋墻護砌，迎水面邊坡1∶0.30，背水面邊坡1∶0.25，墻頂寬0.80 m，墻高由3.80 m漸變到1 m。漿砌石海漫段后設5 m長的鉛絲籠塊石防沖槽，寬9 m，厚0.50 m。

4.3.3 新建跨溢洪道交通橋

新建交通橋位于溢洪道控制段，橋面凈寬4.50 m，橋長10 m，設計荷載標準為公路Ⅱ級折減。橋面板采用C40鋼筋混凝土空心板，橋面采用C40防水混凝土。交通橋的下部結構由重力型橋墩設計。

4.3.4 大壩觀測設施與管理設施

增設大壩校核樁1個，工作樁1個，變形觀測樁2個。新建管理用房面積50 m2。

5 結語

該水庫除險加固工程于2014年4月開工，2015年5月完工，2017年11月通過竣工驗收后，移交槐樹鄉人民政府管理。目前工程運行平穩正常，防洪、灌溉及養殖經濟效益顯著提高。