張小娜，張樂元

（1.運城市水利勘測設計研究院，山西 運城 044000；2.運城市水務局，山西 運城 044000）

1 工程概況

王溝水庫位于平陸縣圣人澗鎮(zhèn)王溝村西的澗東河上，屬黃河流域八政河支流，水庫控制流域面積20.6 km2，總庫容180.0萬m3，是一座以防洪、灌溉為主,兼顧水產養(yǎng)殖的小（一）型水庫。

水庫樞紐工程由大壩、溢洪道、放水涵洞三部分組成。大壩為均質土壩，最大壩高24.0 m，壩頂長178.0 m，壩頂寬4.0 m。壩基為齒墻式黏土截水槽。大壩上游壩坡 1∶1.6，下游壩坡 1∶2.5～1∶2。溢洪道為開敞式，位于大壩右岸土基上，全長197.38 m，采用M7.5水泥砂漿砌石護砌，由進口溢流段、泄槽段、出口消能段組成，設計最大泄量193 m3/s。放水涵洞位于大壩右岸，斷面為城門洞型，砌石磚拱結構，尺寸1.5 m×1.0 m，全長86.0 m，最大放水流量1.0 m3/s。

水庫經過多年運行，經鑒定，認為大壩存在安全隱患。因此，為發(fā)揮水庫正常效益，保護下游人民群眾生命財產安全，應盡早進行水庫除險加固。

2 工程設計

2.1 洪水標準復核

根據《水利水電工程等級劃分標準及洪水標準》，王村水庫屬小（一）型，工程等別為Ⅳ等，其主要建筑物為4級，次要建筑物為5級。本次復核選用防洪標準為30年一遇洪水設計，300年一遇洪水校核。相應洪峰流量為230.08 m3/s和369.15 m3/s，設計洪水位情況下的所需壩頂高程為556.66 m，校核洪水位情況下的所需壩頂高程為557.92 m，水庫現狀壩頂高程556.6 m，壩高不滿足規(guī)范要求。

2.2 現狀大壩穩(wěn)定分析

由于現狀壩頂高程低于校核洪水位，采用以下兩種工況進行復核：正常蓄水位時，上、下游壩坡穩(wěn)定分析；庫水位（正常蓄水位）正常降落時，上游壩坡穩(wěn)定分析。壩坡抗滑穩(wěn)定計算采用北京理正軟件開發(fā)公司編制的《穩(wěn)定計算分析軟件》，計算方法為計及條塊間作用力的簡化畢肖普法。計算斷面選擇大壩主河槽最大斷面。依據《碾壓式土石壩設計規(guī)范》，正常、非常運用條件下壩坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數允許值分別為1.25和1.10。計算結果見表1。

由計算結果知，下游壩坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數小于允許值，需加固。

2.3 現狀大壩滲流穩(wěn)定分析

根據《碾壓式土石壩設計規(guī)范》要求，結合大壩實際運行情況，由于水庫的設計洪水位和校核洪水位歷時較短，在壩體內形不成穩(wěn)定滲流，滲流穩(wěn)定計算考慮上游正常蓄水位與下游相應最低水位一種工況。滲流計算采用北京理正軟件開發(fā)公司編制的《滲流計算分析軟件》，計算方法采用有限元法。滲流計算斷面選壩體最高斷面處。通過水力比降計算得，壩體出逸滲透比降0.53，壩體允許滲透比降0.46。根據計算結果可知，壩體土的滲透比降大于允許水力坡降，滲透不穩(wěn)定。根據勘察報告，壩體土主要為低液限粉土，滲透變形破壞類型為流土。

表1 大壩抗滑穩(wěn)定計算結果表

2.4 大壩抗震穩(wěn)定復核

王溝水庫所在地構造為豫皖斷塊，芮城新裂陷，北側、東北側與中條山塊隆相接，東南側與濟源澠池塊坳相臨。壩址區(qū)設計地震動峰值加速度值為0.15 g，地震動反應譜特征周期為0.40 s，地震基本烈度Ⅶ度。

計算工況采用正常蓄水位遇地震時上、下游壩坡是否穩(wěn)定，計算采用北京理正軟件開發(fā)公司編制的《穩(wěn)定計算分析軟件》，計算方法為計及條塊間作用力的簡化畢肖普法。計算斷面選擇大壩主河槽最大斷面，通過計算得，大壩在地震情況下，其上游壩坡穩(wěn)定最小安全系數為1.17，下游壩坡穩(wěn)定最小安全系數為1.08，小于允許值1.10，不滿足規(guī)范要求。

2.5 大壩加固設計

2.5.1 大壩主體工程加固設計

由于水庫壩高不滿足300年一遇洪水標準，下游壩坡抗滑不穩(wěn)定，壩體滲透不穩(wěn)定，故對壩體除險加固采取以下工程措施：

壩頂向下游加高至557.2 m高程，增設防浪墻。由于現狀壩高不滿足防洪要求，下游壩坡存在抗滑穩(wěn)定安全問題，故對壩頂進行加高，壩頂由原來的4 m加寬為5 m，下游壩坡坡比由原來的1∶2.0，1∶2.5變?yōu)?∶2.25，1∶2.5，以保證壩坡抗滑穩(wěn)定。

壩體防滲采用兩布一膜防滲。經計算，壩體滲透不穩(wěn)定，且水庫大壩由于施工質量差，造成壩體土密實度不一，均勻性差。為提高壩體抗?jié)B能力，在壩體上游鋪設復合土工膜來進行防滲處理。

壩體上游設干砌石護坡，背水坡進行培厚處理，新建壩面縱橫向排水溝及排水棱體。護坡上部自壩頂起，下部至淤積層。根據當地筑壩材料以及理論經驗最終確定，需設兩層反濾層，第一層為粗砂墊層，厚度為15 cm，粒徑范圍為0.5～2 mm；第二層反濾層為砂礫料，厚度為20 cm，粒徑范圍為10～60 mm。

新建排水棱體高3.1 m，地面以上高2.0 m，地面以下 1.1 m，頂寬 2.0 m，底寬 7.4 m，內坡比 1∶1.5、外坡比1∶2。從外到內依次為干砌塊石、碎石、砂礫料和粗砂，砌筑石塊應力求緊密嵌合。

為防止暴雨沖刷壩肩和下游壩坡，在壩坡設置縱橫向排水溝，在下游壩坡與岸坡結合處及樁號0+080處布設橫向排水溝3條，沿馬道內側及排水棱體下游坡腳設縱向排水溝2條。橫向排水溝及馬道內側縱向排水溝斷面尺寸為0.3 m×0.3 m，采用現澆C15混凝土砌筑；下游坡腳處縱向排水溝為梯形，底寬0.5 m，高0.5 m，邊坡1∶1，采用M7.5水泥砂漿砌石砌筑。

壩頂新建防浪墻，其為M7.5水泥砂漿砌石擋土墻結構，壩頂以上墻高1.0 m、寬0.6 m，墻頂高程558.20 m。防浪墻伸入壩基部分1.4 m，基礎底寬1.3 m。防浪墻每隔10 m設一道橫向伸縮縫，縫寬2 cm，縫內用1∶1∶4瀝青、水泥、砂漿和聚氯乙烯膠泥填塞。

為方便管理人員巡察，壩頂路面鋪設0.2 m厚泥結碎石，以2%橫坡向下游傾斜。

2.5.2 溢洪道改造設計

溢洪道位于大壩右岸，全長197.38 m，由進口段（漸變段、溢流堰）、陡坡段、跌水、輸水渠和出口段組成。進口部分漸變段為八字墻，長9.88 m，寬度由16.56 m漸變到12 m。溢流堰為水平直段，長14.0 m；陡坡段長52.0 m，坡度1∶10，側墻為重力式擋土墻，起點高6.0 m，末端漸變到3.0 m；消力池段長28.0 m，池深1.5 m；輸水渠長80.0 m，側墻為重力式擋土墻，起點高3.0 m，末端漸變到2.2 m；出口段為挑流式，長5.0 m，傾角15°，出口跌差11.3 m。由于側墻傾斜，底板砂漿脫落嚴重，本次對溢洪道進行改造。進口段拆除重建，新建交通橋。

控制段側墻高6.0 m，為重力式擋土墻，頂寬0.6 m，外邊坡 1∶0.4，底部寬 3.0 m，基礎寬 4.0 m；底板為0.6 m厚M7.5水泥砂漿砌塊石，下墊0.4 m三七灰土。陡坡段、跌水、輸水渠和出口段采用現澆C20混凝土進行襯砌，底板襯砌厚0.2 m，側墻0.15 m；澆筑時采用預埋直徑12 mm鋼筋，長0.3 m，插入原砌體0.2 m，外露0.1 m，呈梅花形布置，每平米5根。消力池段由于墻高6.0 m，故側墻增設直徑10 mm的鋼筋網，間距為20 cm×20 cm。

溢洪道末端挑流下游采用鉛絲籠石護砌10.0 m，兩側采用漿砌石重力墻進行護砌，每側長5.0 m。墻頂頂寬 0.6 m，高 14.8 m，外邊坡 1∶0.4，底部寬 6.12 m，基礎寬8.12 m。

2.5.3 放水臥管設計

臥管布設在大壩上游右側岸坡，臥管縱坡比為1∶2.5，每級臺階高差為0.4 m。臥管總高差為12.0 m，共布設30個臺階，第一放水孔高程為541.5 m，通氣孔一臺高程為553.5 m。臥管采用箱式方形結構，現澆C25混凝土澆筑，蓋板采用預制C25鋼筋混凝土板。

3 結語

王溝水庫除險加固工程實施后，可提高水庫安全系數，延長水庫運行壽命，保障水庫正常運行及下游人民生產生活安全，促進當地社會經濟發(fā)展。