王存壽

（原平市觀上水庫管理處，山西 原平 034102）

1 工程概況

神溝水庫位于原平市解村鄉(xiāng)西南3 km處，屬海河流域神溝河支流，設(shè)計(jì)總庫容105萬m3，控制流域面積3.6 km2，流域長度4.3 km，是一座以農(nóng)業(yè)灌溉為主，兼有防洪、養(yǎng)魚等綜合效益的?。ㄒ唬┬团砸畮臁?/p>

水庫于1973年建成受益。樞紐工程由大壩、溢洪道、灌溉輸水涵洞三部分組成，大壩為均質(zhì)土壩，設(shè)計(jì)壩高15 m，壩頂長114 m、寬4 m，壩頂高程835.5 m，上游壩坡坡比1∶3，下游壩坡坡比1∶2.5，上游壩坡設(shè)干砌石護(hù)坡。溢洪道位于大壩右岸，為開敞式土渠，進(jìn)口高程830.5 m，底寬2.5 m，長431 m，渠底未經(jīng)襯砌。灌溉輸水涵洞位于大壩左岸，由臥管和涵洞兩部分組成，涵洞尺寸0.6 m×0.6 m，放水臥管直徑0.3 m。

2 存在問題

神溝水庫屬典型的“三邊”工程，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低、建設(shè)質(zhì)量差，壩基未做處理，溢洪道未按設(shè)計(jì)完成。目前存在的主要問題有：水位變幅區(qū)的干砌石護(hù)坡破損嚴(yán)重，局部有塌坑；壩基、右壩肩繞壩滲漏嚴(yán)重；下游壩腳無排水設(shè)施，壩后有積水；臥管和涵洞因地基不均勻沉降而裂縫漏水；涵洞與大壩填土接觸處漏水且有渾濁現(xiàn)象；溢洪道中間段的高程835.3 m，與壩頂高程接近，基本失去泄洪功能，而且自水庫運(yùn)行以來一直沒有參與泄洪，在洪水較大時(shí)存在垮壩危險(xiǎn)；水庫沒有觀測(cè)、通訊設(shè)施。水庫多年來只能低水位運(yùn)行，嚴(yán)重影響防洪安全和綜合效益的發(fā)揮。2009年，經(jīng)安全鑒定，大壩為Ⅲ類壩，綜合評(píng)價(jià)水庫工程質(zhì)量不合格，大壩運(yùn)行管理為“差”。

鑒于以上問題和安全鑒定結(jié)論，為了確保工程防洪區(qū)國家和人民生命財(cái)產(chǎn)的安全，充分發(fā)揮其綜合效益，必須對(duì)神溝水庫進(jìn)行除險(xiǎn)加固。

3 除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》和《水利水電樞紐工程等別及永久建筑物的級(jí)別》規(guī)定，神溝水庫工程等別為4等，永久建筑物中主要建筑物級(jí)別為4級(jí)，次要建筑物、臨時(shí)建筑物級(jí)別均為5級(jí)。永久建筑物的防洪標(biāo)準(zhǔn)為 30年一遇洪水設(shè)計(jì)，300年一遇洪水校核。地震基本烈度為8度。

3.2 除險(xiǎn)加固工程內(nèi)容

根據(jù)工程實(shí)際情況，針對(duì)存在的問題，此次除險(xiǎn)加固主要內(nèi)容為：大壩加固工程、溢洪道完建工程、灌溉洞改造工程、防汛搶險(xiǎn)道路改造工程和管理房工程等5項(xiàng)內(nèi)容。

3.3 大壩加固工程

3.3.1 壩頂高程計(jì)算

水庫大壩采用水中倒土法和碾壓法施工，根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》，壩頂高程按設(shè)計(jì)情況和校核情況時(shí)的靜水位加相應(yīng)的波浪爬高、風(fēng)壅增高、安全超高來確定。

表1 壩頂高程計(jì)算表 單位：m

由表1可知，壩頂高程不應(yīng)低于835.032 m，而現(xiàn)狀壩頂高程為835.500 m。故此次大壩加固工程的壩頂高程仍為835.500 m，不需增設(shè)防浪墻。

3.3.2 壩頂及壩坡工程設(shè)計(jì)

壩頂：根據(jù)壩頂高程復(fù)核計(jì)算可知，現(xiàn)狀壩頂高程滿足要求，只需將其整平。此次設(shè)計(jì)壩頂寬度仍為4 m，為滿足交通要求，壩頂鋪泥結(jié)石路面，采用20 cm厚泥結(jié)碎石，并在壩頂上下游兩側(cè)鋪設(shè)預(yù)制混凝土塊路沿石，每塊長、高、厚分別為50 cm，55 cm，15 cm。

上游壩坡整修加固：拆除原變形塌陷的干砌石護(hù)坡，堆于上游壩腳形成2 m寬的平臺(tái)。上游壩坡按1∶3整坡，先后鋪設(shè)厚度均為15 cm的細(xì)砂、粗砂、碎石后，砌30 cm厚的干砌石護(hù)坡。對(duì)局部沉陷較嚴(yán)重的壩坡段，先夯填補(bǔ)平到設(shè)計(jì)壩坡。

下游培厚加固及新筑排水棱體:下游壩坡在高程830.5 m處設(shè)2.5 m寬馬道一條，以上部分整理后用草皮護(hù)坡。此次設(shè)計(jì)對(duì)馬道以下部分進(jìn)行培厚加固，坡度放緩；在下游壩腳處新加堆石排水棱體；下游壩坡采用草皮護(hù)坡；設(shè)漿砌石縱向排水溝；在馬道高程830.5 m處和排水棱體頂高程823.0 m處分別設(shè)深、寬各40 cm的漿砌石橫向排水溝一條。下游壩坡設(shè)高、寬分別為20 cm和150 cm的漿砌石臺(tái)階。

3.3.3 高噴防滲墻處理

水庫壩基主要為第四系中更新統(tǒng)黃土類土，透水性強(qiáng)，最大滲透系數(shù)為15 m/d，存在壩基淺部滲漏問題，此次設(shè)計(jì)對(duì)其采取高噴防滲墻處理。

3.3.4 右壩肩防滲處理

據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘及本次鉆孔揭露，大壩施工時(shí)右壩肩連接處未按規(guī)范進(jìn)行處理，壩體直接與2 m厚的鈣質(zhì)結(jié)核層接觸，致使運(yùn)行中產(chǎn)生嚴(yán)重的壩肩滲漏。此次工程設(shè)計(jì)挖除與壩體直接接觸的2 m厚的鈣質(zhì)結(jié)核層，用干容重不小于1.6 g/m3的黏土進(jìn)行回填，回填至校核水位834.43 m處；校核水位以上至壩頂公路墊層，用干容重不小于1.6 g/m3的普通黃土進(jìn)行回填。

3.3.5 大壩滲透穩(wěn)定性復(fù)核

大壩加固處理后，依據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求，經(jīng)計(jì)算，在上游正常高水位與下游相應(yīng)的最低水位、上游設(shè)計(jì)洪水位與下游相應(yīng)的最低水位、上游校核洪水位與下游相應(yīng)的最低水位3種工況下，壩體、壩基出逸點(diǎn)滲透坡降均小于允許水力坡降，故認(rèn)為大壩滲流是穩(wěn)定的。

3.3.6 大壩壩坡抗滑穩(wěn)定性復(fù)核

經(jīng)計(jì)算，大壩加固處理后，興利水位比原設(shè)計(jì)降低0.77 m，非常運(yùn)用情況校核洪水位驟降幅度為1.92 m，比原設(shè)計(jì)減小0.60 m，且下游壩坡培厚和增設(shè)了排水棱體，上下游壩坡在不同工況下的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求，因此大壩壩坡是穩(wěn)定的。

3.3.7 大壩觀測(cè)設(shè)施設(shè)計(jì)

為了解壩體浸潤線形成特征和壩基在運(yùn)行中的滲透情況及滲透壓力變化，便于論證壩基滲透穩(wěn)定性，保證工程安全，設(shè)計(jì)在壩體內(nèi)布設(shè)浸潤線觀測(cè)管、壩基布設(shè)滲透壓力觀測(cè)管及大壩沉陷和位移觀測(cè)點(diǎn)，并在觀測(cè)點(diǎn)設(shè)傳感器，與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，將觀測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)傳送終端，以便管理人員及時(shí)得到數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確匯總分析，果斷作出判斷，有效控制和應(yīng)對(duì)不利情況發(fā)生。

3.4 溢洪道完建工程

溢洪道設(shè)在原位置，采用無控開敞式溢洪道，長305.05 m，由進(jìn)口段、控制段、泄槽段、消力池、尾水渠、擴(kuò)散段組成。

根據(jù)溢洪道的工程布置、受力條件、地質(zhì)條件，對(duì)左右邊墻進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算和應(yīng)力分析。重力式擋土墻取1 m為計(jì)算單元，取墻高3.5 m為典型斷面，按所受荷載以不同的組合進(jìn)行地基應(yīng)力、抗滑穩(wěn)定、抗傾穩(wěn)定的分析計(jì)算，計(jì)算結(jié)果均滿足規(guī)范要求。

3.5 灌溉輸水涵洞改造工程

大壩放水建筑物改造工程由放水臥管、輸水涵洞、出口3部分組成，臥管布設(shè)在原臥管所在的岸坡上，涵洞布設(shè)在壩下堅(jiān)實(shí)的地基上。臥管采用箱式方形結(jié)構(gòu)，底坡1∶2，采用C20素混凝土筑成臺(tái)階狀，臺(tái)階高0.4 m，每臺(tái)設(shè)1孔，同時(shí)開啟3臺(tái)放水。臥管寬、高均為0.4 m，側(cè)墻厚0.3 m，基礎(chǔ)厚0.4 m，基礎(chǔ)墊層厚0.1 m，蓋板搭接長度0.15 m。涵管采用底寬0.8 m、高1.2 m的C20鋼筋混凝土門洞形斷面，側(cè)墻和拱頂厚0.3 m，底板厚0.3 m，基礎(chǔ)墊層厚0.1 m，底坡1/300，進(jìn)口與臥管陡坡末端消力池連接。涵管長69 m，進(jìn)口底板高程823.73 m，出口高程823.5 m。

3.6 防汛搶險(xiǎn)道路改造工程

大壩左側(cè)防汛搶險(xiǎn)道路與公路相通，對(duì)外交通便利，但長達(dá)200 m的崎嶇不平、寬窄不一、坡度較陡，雨天無法通行。此次對(duì)該路段進(jìn)行改造，路面用20 cm厚C25混凝土硬化，路面寬4 m。

3.7 管理房工程

水庫無管理房，不能滿足運(yùn)行管理要求，此次設(shè)計(jì)安排新建管理房1處，建筑面積80 m2。