1 概況

鎮(zhèn)門堡水庫地處山西省陽高縣境內(nèi)，水庫庫容設(shè)計(jì)值22萬m3，主要作用是防洪，屬?。?）型水庫。水庫在20世紀(jì)60年代開始建設(shè)，大壩總長135.6m，溢流壩區(qū)域長28.5m，在大壩左端位置0+034.7～0+063.2，屬于開敞式溢流堰區(qū)域。鎮(zhèn)門堡水庫大壩包含非溢流區(qū)及溢流區(qū)。在該水庫完工之后，可以長期為當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)灌溉及防洪抗旱帶來很多益處。由于長期運(yùn)行，導(dǎo)致壩體出現(xiàn)了一些病險(xiǎn)問題，對于水庫安全運(yùn)行造成了極為不利的影響。

2 存在問題

2.1 庫區(qū)滲漏

從庫區(qū)的地形、地貌方面來看，河流兩岸岸坡較陡，庫區(qū)處于低洼谷地，為周邊地區(qū)地表和地下水的排泄區(qū)；從地質(zhì)構(gòu)造條件來看，由于庫區(qū)構(gòu)造作用不明顯，未發(fā)現(xiàn)有構(gòu)造帶存在，不存在滲漏通道，從而形成庫區(qū)盆狀的儲水條件；從巖性條件來看，庫底基本由全新統(tǒng)沖積砂卵石構(gòu)成，庫岸為太古界強(qiáng)—中等風(fēng)化片麻巖（Ar），滲透性均較強(qiáng)［1］。 庫區(qū)存在滲漏問題。

2.2 庫區(qū)淹沒及浸沒

由于水庫的主要作用并非是蓄水，所以水庫不存在浸沒問題。不過若水庫在高水位下，農(nóng)田和樹林等極易出現(xiàn)較短時(shí)間的浸沒。

2.3 庫岸穩(wěn)定性

由于水庫區(qū)域的岸坡相對陡峭，屬于石質(zhì)岸坡結(jié)構(gòu)，岸坡巖石屬于太古界強(qiáng)—中等風(fēng)化片麻巖。在該水庫緩洪運(yùn)行之后，由于水體的侵蝕及風(fēng)化作用，極易出現(xiàn)坍塌問題，對水庫的正常運(yùn)行不會造成較大影響［2］。

3 水庫除險(xiǎn)加固工程任務(wù)與規(guī)模

此次對該水庫進(jìn)行除險(xiǎn)及加固處理，主要是為了增強(qiáng)水庫自身防洪性能，有效去除水庫大壩潛在的安全隱患，對水庫建筑物進(jìn)一步進(jìn)行改造。

完成水庫的除險(xiǎn)加固施工后，水庫的庫容設(shè)計(jì)值17.1萬m3，按照類別劃分其屬于?。?）型水庫。依照SL252—2017《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》，該工程項(xiàng)目的等級屬于Ⅴ等，工程涉及的主要建筑物及次要建筑物為5級。水庫大壩最大壩高度小于15m，洪水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇，校核標(biāo)準(zhǔn)是50年一遇［3］。

4 水庫除險(xiǎn)加固

4.1 壩頂高程設(shè)計(jì)

由于該水庫大壩的建筑工程等級屬于5級，根據(jù)SL25—2006《漿砌石重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》，安全加高值設(shè)定為0.5m，校核0.3m。水庫區(qū)域中最大風(fēng)速值30m/s，對大壩的頂高程進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如表1。

表1 壩頂高程計(jì)算

根據(jù)目前壩頂實(shí)測高程1233.3m，較表1計(jì)算所得的壩頂高程1232.22m高 1.08m，所以，該大壩的壩頂高程可以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.2 大壩滲流及壩坡穩(wěn)定分析

4.2.1 滲流計(jì)算

針對大壩開展?jié)B流穩(wěn)定計(jì)算工作，大壩地下輪廓線總長108.2m，安全滲流所需的地下輪廓線長96m小于大壩地下輪廓線長度，滿足滲徑長度要求；滲透比降計(jì)算數(shù)值0.11，小于允許值0.45，該大壩下游岸坡滲流相對穩(wěn)定。

4.2.2 壩坡穩(wěn)定計(jì)算

4.2.2.1 抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計(jì)算

鎮(zhèn)門堡水庫大壩屬于漿砌石重力壩結(jié)構(gòu)，抗滑穩(wěn)定計(jì)算主要是核算壩體沿壩基面或地基深層軟弱結(jié)構(gòu)面抗滑穩(wěn)定的安全度。本工程采用抗剪強(qiáng)度公式，抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計(jì)算公式為：

K=f∑W/∑P

式中 f為抗剪摩擦系數(shù)，取0.45；∑W為作用于壩體上全部荷載（包括揚(yáng)壓力）對滑動平面的法向分值；∑P為作用于壩體上全部荷載（包括揚(yáng)壓力）對滑動平面的切向分值。

代入抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)：

設(shè)計(jì)時(shí)，K=f∑W/∑P=2.53＞1.1

校核時(shí)，K=f∑W/∑P=1.93＞1.1

計(jì)算結(jié)果可知，設(shè)計(jì)和校核兩種情況均符合規(guī)范要求。

4.2.2.2 應(yīng)力分析

垂直正應(yīng)力σyu和σyd計(jì)算公式：

式中 ΣW為作用在計(jì)算截面以上全部荷載的垂直分力總和；ΣM為作用在計(jì)算截面以上全部荷載的對截面形心的力矩總和；T為壩體計(jì)算截面沿上下游方向的長度，T=13。

代入求得設(shè)計(jì)時(shí)：

σyu=188.0kPa

σyd=178.4kPa

校核時(shí)：

σyu=162.0kPa

σyd=195.8kPa

由計(jì)算結(jié)果可知，設(shè)計(jì)和校核情況均未出現(xiàn)負(fù)值（拉應(yīng)力），且最大應(yīng)力195.8＜240kPa，滿足規(guī)范要求。

5 大壩除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)

按照堰流判別方式，堰坎厚度與堰頂水頭之比δ/H=9/2.38=3.78＞2.5，該大壩壩頂水流型態(tài)為寬頂堰流。

5.1 溢流堰頂末端臨界水深的計(jì)算

按照明渠恒定非均勻漸變流公式求解臨界水深：

式中 hk為臨界水深 （m）；α為動能修正系數(shù)；q為陡槽單寬流量（m3/s·m）；g為重力加速度，取9.8（m/s2）；Q為流量（m3/s）；b為矩形斷面的寬度（m）。

寬頂堰頂末端與壩坡連接處采用反弧曲線銜接，反弧半徑取R=4～10hk，根據(jù)計(jì)算取R=6m。

5.2 溢流壩水面線計(jì)算

溢流壩橫斷面為矩型斷面，凈寬40m，兩側(cè)導(dǎo)墻高2m，底坡1/0.8，C25混凝土襯砌糙率n=0.015，相當(dāng)于泄洪陡槽［4］，按10年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，50年一遇洪水校核。

陡槽開始斷面水深采用臨界水深，根據(jù)規(guī)范規(guī)定，陡槽段邊墻高度應(yīng)計(jì)入波動及摻氣后的水深，再加上0.3m的超高。陡槽段摻氣后水深計(jì)算結(jié)果如表2。

針對大壩存在主要問題，根據(jù)水力計(jì)算結(jié)果對大壩采取相應(yīng)的除險(xiǎn)加固工程措施。

表2 溢流壩陡槽段水面線計(jì)算成果 單位：m

6 效益分析

6.1 增產(chǎn)效益

陽高縣鎮(zhèn)門堡水庫設(shè)計(jì)總庫容17.1萬m3，設(shè)計(jì)灌溉面積1000hm2，實(shí)際灌溉面積666.7hm2。通過對灌區(qū)現(xiàn)狀作物種植比例及產(chǎn)量的綜合計(jì)算，現(xiàn)狀受益區(qū)內(nèi)灌溉面積綜合產(chǎn)值11641.5元/hm2，項(xiàng)目實(shí)施后，灌溉保證率提高，預(yù)測綜合產(chǎn)值13486.2元/hm2，由此，1萬hm2可增加產(chǎn)值1844.7萬元。灌溉水效益分?jǐn)傁禂?shù)取0.4，則水效益增值49.19萬元。

6.2 防洪效益

水庫如潰壩會對下游的1000hm2耕地及下游村莊及公路鐵路造成財(cái)產(chǎn)損失，直接經(jīng)濟(jì)損失估計(jì)為750萬元。按30年計(jì)平均防洪效益為25萬元。

以上合計(jì)，該工程實(shí)施后年效益為74.19萬元。

［1］孫俊峰.水庫大壩防滲加固設(shè)計(jì)探析［J］.中國水運(yùn)（下半月），2016（1）：190-191.

［2］何偉琴.水庫大壩滲漏原因分析及除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)［J］.水利科技與經(jīng)濟(jì)， 2016（1）：27-29.

［3］高貴芬.關(guān)于水利大壩除險(xiǎn)加固的設(shè)計(jì)及其施工分析［J］.科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016（5）：196.

［4］郭小娜.橫江水庫大壩防滲加固設(shè)計(jì)［J］.水利建設(shè)與管理，2003，23（2）：14-15.

［5］劉范學(xué).大雙水庫大壩防滲加固設(shè)計(jì)［J］.黑龍江水利科技，2013，41（9）：59-61.