朱敏榮

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030024）

運(yùn)城市西塬湖水庫(kù)應(yīng)急加固工程設(shè)計(jì)

朱敏榮

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030024）

介紹了西塬湖水庫(kù)的工程概況，指出了工程建設(shè)中存在的部分壩段和壩基存在滲流安全隱患、防洪標(biāo)準(zhǔn)不達(dá)標(biāo)、泵站抽排能力不足等比較嚴(yán)重的安全隱患，提出了對(duì)大壩加固、對(duì)分洪和排水工程改造的應(yīng)急加固措施。

西塬湖水庫(kù)；水庫(kù)工程；分洪工程；排水工程；運(yùn)城市

1 工程概況

運(yùn)城市鹽池是我省重要的化工基地之一，西塬湖水庫(kù)是運(yùn)城市鹽池西部防汛的重要設(shè)施之一。西塬湖水庫(kù)位于運(yùn)城市西南20km處的鹽湖區(qū)解州鎮(zhèn)西北部，屬涑水河流域，庫(kù)區(qū)現(xiàn)狀為硝池灘，其東側(cè)緊鄰北門(mén)灘，南側(cè)為南同蒲鐵路。汛期緩洪、滯洪，非汛期調(diào)蓄城市排水，促進(jìn)周邊水生態(tài)環(huán)境恢復(fù)，與鹽城西端的北門(mén)灘、運(yùn)城市主城區(qū)的泄洪骨干工程之一常硝渠、三級(jí)排水泵站及排水渠構(gòu)成防洪系統(tǒng)。西塬湖水庫(kù)庫(kù)容6800m3，水位337.5m。工程由水庫(kù)工程、排水工程和分洪工程組成。

2 工程存在的主要問(wèn)題

2.1 水庫(kù)大壩為三類(lèi)壩

西塬湖水庫(kù)大壩興建于50年代，沒(méi)有溢洪道和泄洪洞等泄洪設(shè)施，排水能力不足，長(zhǎng)期高水位運(yùn)行，防洪能力不足，堤壩年久失修，局部變形塌陷，壩體抗滑及抗震穩(wěn)定安全系數(shù)不滿(mǎn)足規(guī)范要求，防浪墻破損嚴(yán)重，下游未設(shè)排水設(shè)施，部分壩段和壩基存在滲流安全隱患，泵站老化，機(jī)電設(shè)備與金屬結(jié)構(gòu)報(bào)廢。依據(jù)山西省水利廳的安全鑒定結(jié)論核查，綜合評(píng)價(jià)西塬湖水庫(kù)大壩為三類(lèi)壩。

2.2 現(xiàn)狀防洪安全形勢(shì)緊迫

水庫(kù)排水能力不足，高水位運(yùn)行，防洪能力不滿(mǎn)足防洪標(biāo)準(zhǔn)要求。經(jīng)實(shí)地工程勘察測(cè)量，西塬湖水庫(kù)現(xiàn)狀情況下維持336.7m的高水位運(yùn)行，對(duì)應(yīng)庫(kù)容5233萬(wàn)m3，最大庫(kù)容為6547萬(wàn)m3，現(xiàn)狀情況下汛期來(lái)臨時(shí)有效蓄洪庫(kù)容僅為1314萬(wàn)m3，無(wú)法容納50年一遇最大3日洪量2907萬(wàn)m3、100年一遇最大3日洪量3201萬(wàn)m3，不滿(mǎn)足防洪安全要求，到汛期有洪水進(jìn)入硝池灘時(shí)，將會(huì)形成洪澇災(zāi)害。

2.3 泵站抽排能力不足

西塬湖水庫(kù)原為運(yùn)城市滯洪區(qū)，是一片封閉的洼地，現(xiàn)狀庫(kù)內(nèi)存水排泄分為兩種方式：一是通過(guò)三級(jí)排水泵站抽排至姚暹渠再經(jīng)涑水河、伍姓湖排入黃河；二是經(jīng)分洪閘向下游的北門(mén)灘、鹽池自流排泄。由于北門(mén)灘、鹽池容量有限，需要依靠排水泵站及渠道抽排，現(xiàn)狀最大排泄流量?jī)H為2.33m3/s，且各級(jí)排水泵站年久失修，三級(jí)排水渠道經(jīng)2013年應(yīng)急改造后渠道設(shè)計(jì)流量為8.0～9.3m3/s左右。

依照現(xiàn)狀的泵站設(shè)計(jì)流量2.33m3/s，排空50年一遇最大3日洪量2907萬(wàn)m3需要288天，需要將近一年的時(shí)間，排空時(shí)間太長(zhǎng)，根本無(wú)法在汛期及時(shí)騰空庫(kù)容迎接連續(xù)發(fā)生的洪水。

3 工程應(yīng)急加固改造設(shè)計(jì)

西塬湖水庫(kù)應(yīng)急加固改造工程由水庫(kù)工程、分洪工程和排水工程等組成。

水庫(kù)工程包括水庫(kù)東側(cè)現(xiàn)有大壩段的加固改造、常硝渠調(diào)節(jié)閘和溢洪道。分洪工程包括北門(mén)灘連通閘、北門(mén)灘分洪閘以及長(zhǎng)約1.1km的分洪渠。排水工程包括三級(jí)排水泵站、引水渠（0.95km）以及沿線(xiàn)交叉建筑物等。引水渠在原渠道基礎(chǔ)上通過(guò)清淤、襯砌減糙等工程措施實(shí)現(xiàn)引水功能。三級(jí)泵站均在原址拆除重建。

3.1 水庫(kù)工程設(shè)計(jì)

3.1.1 大壩加固設(shè)計(jì)

西塬湖水庫(kù)汛限水位334.60m，正常蓄水位335.40m，設(shè)計(jì)洪水位336.63m，校核洪水位336.73m。本次設(shè)計(jì)僅對(duì)現(xiàn)有大壩進(jìn)行加固改造，大壩總長(zhǎng)2.68km，其中與南同蒲鐵路平行段長(zhǎng)0.68km、臨北門(mén)灘段長(zhǎng)2.0km?，F(xiàn)狀壩頂路面為泥結(jié)碎石路面，經(jīng)過(guò)多年運(yùn)行，路面坑洼不平,本次改造為混凝土路面，與鐵路平行段路面寬4.0m、臨北門(mén)灘段路面寬6.0m。

經(jīng)方案比較，大壩加固改造推薦格賓石籠護(hù)坡方案，即上游壩坡在335.0m以下碾壓拋石護(hù)坡護(hù)腳，高程335.0m以上堆放格賓石籠護(hù)坡，復(fù)合土工膜（兩布一膜）防滲，格賓石籠與復(fù)合土工膜之間設(shè)置砂礫料保護(hù)層,現(xiàn)有漿砌石護(hù)坡采用水泥砂漿抹面，防止損壞土工膜。格賓石籠堆放的平均坡比為1∶2.0。壩頂高程為338.80m～339.2m。壩頂上游側(cè)設(shè)置0.8～1.2m高漿砌石防浪墻，防浪墻頂高程340.0m，壩頂路面鋪為混凝土路面。

下游壩坡坡比為1∶2，高程334.4m以下碾壓拋石，高程334.4m以上生態(tài)磚護(hù)坡。

3.1.2 常硝渠調(diào)節(jié)閘

常硝渠調(diào)節(jié)閘退水閘位于庫(kù)區(qū)東北，承擔(dān)常硝渠入庫(kù)和水庫(kù)開(kāi)閘分洪的任務(wù)，其中心線(xiàn)垂直于壩軸線(xiàn)，位于大壩樁號(hào)2+306.00處。正常情況下水流由常硝渠流入水庫(kù)，超過(guò)50年一遇設(shè)計(jì)洪水需要分洪時(shí)，水流由水庫(kù)通過(guò)常硝閘溢洪道排入北門(mén)灘。

常硝渠調(diào)節(jié)閘設(shè)置3孔平面鑄鐵閘門(mén)，閘門(mén)尺寸3.0m×3.0m。閘底板高程335.00m，閘室段長(zhǎng)10.6m，寬13.1m，閘墩頂高程（檢修平臺(tái)高程）339.00m，啟閉平臺(tái)高超343.40m。閘底板厚0.6m、閘墩厚1.0m、過(guò)壩段頂板厚0.6m，采用C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)整體澆筑。啟閉平臺(tái)至檢修平臺(tái)間為排架柱，設(shè)鋼梯連接。

閘室段進(jìn)口設(shè)5m長(zhǎng)鋪蓋，采用C20素混凝土結(jié)構(gòu)；進(jìn)口兩側(cè)設(shè)八字形翼墻與大壩上游壩坡連接，平面擴(kuò)散角35°。

3.1.3 溢洪道

溢洪道布置在常硝渠調(diào)節(jié)閘東南側(cè)，溢洪道（包括常硝渠調(diào)節(jié)閘）全長(zhǎng)65m，其中：樁號(hào)溢0-005.00～溢0+000.00為常硝渠調(diào)節(jié)閘鋪蓋；樁號(hào)溢0+000.00～溢0+010.60為常硝渠調(diào)節(jié)閘閘室段；樁號(hào)溢0+010.60～溢0+033.40為結(jié)合段；樁號(hào)溢0+033.40～溢0+039.40為溢洪道閘室段，采用C25鋼筋混凝土整體澆筑，2孔，每孔凈寬3.0m，閘室段長(zhǎng)6.0m，寬9.1m，底板高程335.00m，閘墩頂高程（檢修平臺(tái)高程）339.00m，啟閉平臺(tái)高程343.40m，底板厚0.8m、閘墩厚1.0m。啟閉平臺(tái)至檢修平臺(tái)間為排架柱，設(shè)鋼梯連接；樁號(hào)溢0+ 039.40～溢0+055.00為泄槽段，矩形斷面，底寬7m，縱坡1/100，兩側(cè)C25鋼筋混凝土邊墻，墻頂高程338.00m～337.044m，墻頂寬0.6m，C25混凝土澆筑；樁號(hào)溢0+ 055.00～溢0+060.00為防護(hù)段，設(shè)800mm厚格賓石籠防護(hù)。

3.1.4 大壩安全監(jiān)測(cè)

現(xiàn)狀大壩無(wú)觀測(cè)設(shè)施，除規(guī)范要求的巡視檢查外，本次設(shè)計(jì)布置大壩外部變形觀測(cè)和水位觀測(cè)。

西塬湖水庫(kù)大壩外部變形觀測(cè)包括壩面豎向位移觀測(cè)和垂直壩軸線(xiàn)的水平位移觀測(cè)。大壩壩頂長(zhǎng)2680m，壩軸線(xiàn)不是一條直線(xiàn)，且臨北門(mén)灘段大壩上下游均有水，因此，外部變形觀測(cè)斷面布設(shè)6個(gè)，樁號(hào)分別為0+200、0+600、1+000、1+300.0、1+700和2+200。大壩變形觀測(cè)每個(gè)斷面布設(shè)2個(gè)點(diǎn)：壩頂上游側(cè)防浪墻頂部設(shè)1個(gè)、壩頂下游壩肩外2.0m設(shè)1個(gè)。在大壩兩側(cè)2～3km范圍內(nèi)布設(shè)2個(gè)水準(zhǔn)基點(diǎn)。共設(shè)測(cè)點(diǎn)12個(gè)，水準(zhǔn)基點(diǎn)2個(gè)。

另外，大壩樁號(hào)0+600.0、1+300.0、0+1700.0斷面分別設(shè)置一個(gè)水位標(biāo)尺，庫(kù)區(qū)范圍內(nèi)現(xiàn)有北門(mén)灘抽水泵站、常硝渠調(diào)節(jié)閘和引水渠進(jìn)口處各設(shè)置一個(gè)水位標(biāo)尺。

3.2 分洪工程設(shè)計(jì)

北門(mén)灘連通閘布置在西灘至中灘之間的S239公路中部，設(shè)計(jì)流量為9.0m3/s。設(shè)置1孔平面鑄鐵閘門(mén)，孔口尺寸3.0m×2.9m，閘底板高程332.00m，頂、底板厚0.8m、閘墩厚1.0m。

北門(mén)灘分洪閘布置于北門(mén)灘東灘大壩東北端，后接分洪渠，由西向東將洪水排至運(yùn)城鹽池。分洪閘設(shè)計(jì)流量為9.0m3/s，設(shè)置為1孔平面鑄鐵閘門(mén)，孔口尺寸3.0m×3.4m，開(kāi)敞式結(jié)構(gòu)，閘底板高程331.50m，底板厚0.8m、頂板厚0.6m、閘墩厚1.0m。

北門(mén)灘分洪渠長(zhǎng)1.137km，設(shè)計(jì)流量9.0m3/s，梯形斷面，底寬2.0m，渠深2.0m，邊坡1∶1，對(duì)現(xiàn)狀土渠進(jìn)行清淤，M7.5漿砌石襯砌，盡量不占用耕地。分洪渠沿線(xiàn)更新改造3座機(jī)耕橋。

3.3 排水工程設(shè)計(jì)

現(xiàn)有排水泵站及排水渠建于上世紀(jì)60年代，為三級(jí)提排，排水渠東起水庫(kù)西側(cè)鹽湖區(qū)底張村，西至永濟(jì)市土橋村，長(zhǎng)13.11km，包括引水渠總長(zhǎng)0.95m和一、二、三級(jí)排水渠渠道長(zhǎng)12.16km。

3.3.1 引水渠

引水渠渠道改造方式受占地范圍限制，改造方式為清淤、混凝土面板襯砌降糙，最大限度增加現(xiàn)有渠道過(guò)流能力，以滿(mǎn)足水庫(kù)排洪要求。

引水渠設(shè)計(jì)流量為8.0m3/s，長(zhǎng)0.95km，設(shè)計(jì)縱坡1/5000，進(jìn)口底高程334.00m，出口底高程333.81m。

根據(jù)渠道現(xiàn)狀，引水渠橫斷面型式為梯形，底寬4.0m，邊坡1∶1.5，設(shè)計(jì)水深1.42m，設(shè)計(jì)渠深2.20m。渠底及設(shè)計(jì)渠深范圍內(nèi)邊坡采用100mm厚C25混凝土襯砌，在混凝土襯砌層下鋪設(shè)復(fù)合土工膜加強(qiáng)渠道防滲，土工膜采用一布一膜。引水渠每8.0m設(shè)一道變形縫，縫寬20mm，采用瀝青砂漿勾縫。

3.3.2 排水泵站

三級(jí)排水泵站均在原站址處拆除舊泵站重建，建筑物布局基本相同，各級(jí)泵站上游至下游均由進(jìn)水閘、進(jìn)水池、攔污柵、廠房、壓力管道、出水池等建筑物組成，泵站進(jìn)、出水均為正向，裝機(jī)流量均為10.0m3/s，布置5臺(tái)機(jī)組，單機(jī)設(shè)計(jì)流量均為2.0m3/s，各級(jí)泵站的結(jié)構(gòu)布置基本相同，僅在廠房層間高度、進(jìn)水池和出水池深度、特征水位等方面略有差別，故僅以一級(jí)排水泵站為例。

進(jìn)水建筑物：排水泵站進(jìn)水建筑物包括進(jìn)水閘、進(jìn)水池和攔污柵。進(jìn)水閘布置于上游渠道末端，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，平板鑄鐵閘門(mén)。進(jìn)水閘設(shè)計(jì)流量8.0m3/s。閘室段長(zhǎng)4.0m，寬9.0m，檢修平臺(tái)與啟閉平臺(tái)高差為3.0m，其間設(shè)鋼梯連接。進(jìn)水閘上游均設(shè)8.0m長(zhǎng)漸變段與引水渠（或上一級(jí)排水渠）連接，由渠道的梯形斷面漸變到閘室的矩形斷面。進(jìn)水池頂部開(kāi)敞，采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，池底高程332.4m，池頂高程337.4m，底板厚0.6m。建筑物基礎(chǔ)均座落于低液限粘土上，地基設(shè)0.5m厚夯插片石和碎石墊層。

主廠房設(shè)計(jì)：主廠房上部為單層框架結(jié)構(gòu)，平面軸線(xiàn)尺寸26.15×6.9m，安裝間高程為室內(nèi)地坪高程339.0m，安裝間地面至廠房主梁底面凈距8.0m，主梁高0.8m。廠房?jī)?nèi)布置5臺(tái)立式軸流泵，從右至左分別為1#～5#機(jī)組，機(jī)組間距分別為4.1m、4.2m、4.2m、4.1m。機(jī)組中心線(xiàn)至上、下游墻軸線(xiàn)距離均為3.45m。安裝間布置于主廠房左側(cè)，寬3.9m；主廠房大門(mén)位于左側(cè)邊墻中部，門(mén)寬3.6m，高4.2m。主廠房基礎(chǔ)座落于低液限粘土上，地基設(shè)1.0m厚夯插片石，碎石找平層。

副廠房設(shè)計(jì)：副廠房位于主廠房下游側(cè)，平行于主廠房布置，單層磚混結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)26.15m，進(jìn)深6.0m，高4.9m，布置中控室、高壓開(kāi)關(guān)室、電容器室等。副廠房室內(nèi)地面高程與主廠房地面齊平。副廠房為普通磚混結(jié)構(gòu)，370mm磚墻，上下游側(cè)墻基礎(chǔ)為鋼筋混凝土（兼做鎮(zhèn)墩），其余采用鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)，底部和頂部各設(shè)一道圈梁，屋面板為現(xiàn)澆鋼筋混凝土板，厚150mm，梁、柱及屋面板混凝土強(qiáng)度等級(jí)均為C25。副廠房室內(nèi)地面采用C20素混凝土地面，屋面保溫、防水作法與主廠房相同。

壓力管道：本工程各級(jí)泵站均為排水泵站，具有揚(yáng)程低、流量大、出水管道長(zhǎng)度短等特點(diǎn)，因此，本工程各泵站壓力出水管道均選用鋼管。根據(jù)各泵站水泵機(jī)組配置和管路損失計(jì)算結(jié)果，各級(jí)泵站均布置5根壓力出水管道，管道直徑為1.0m。

出水池：出水池位于主廠房下游側(cè)，開(kāi)敞式梯形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，上游池壁固定泵站壓力出水管道，下游與排水渠道連接。出水池總長(zhǎng)10.0m，凈寬由12m漸變?yōu)?.0m，漸變段底板縱坡1∶5。水池底板厚0.6m，邊墻頂厚0.5m，均為現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C25，抗?jié)B等級(jí)W4，抗凍等級(jí)F50。出水池末端通過(guò)扭面與下游梯形渠道銜接。

4 結(jié)語(yǔ)

西塬湖水庫(kù)應(yīng)急加固工程任務(wù)為防洪、水生態(tài)環(huán)境等，汛期緩洪、滯洪，非汛期調(diào)蓄城市排水，促進(jìn)周邊水生態(tài)環(huán)境恢復(fù)。工程建成后，不僅有效地保護(hù)了鹽湖、關(guān)帝廟、南同蒲鐵路和周邊的村莊，同時(shí)對(duì)改善該區(qū)的生態(tài)環(huán)境、提升城市品位具有良好的社會(huì)效益和生態(tài)效益。

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1004-7042（2017）08-0044-03

朱敏榮（1976－），女，2003年畢業(yè)于太原理工大學(xué)水利水電工程專(zhuān)業(yè)，工程師。

2017-06-20；

2017-07-28