探討水庫(kù)加固的方案設(shè)計(jì)

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南沙河水庫(kù)所處的地理位置非常重要，下游是迎澤區(qū)，是省城太原的主城區(qū)、商貿(mào)中心，水庫(kù)一旦潰壩將威脅庫(kù)區(qū)下游29個(gè)村，49.16萬(wàn)人，眾多學(xué)校工礦企業(yè)和石太鐵路、環(huán)城高速路等的安全。

除險(xiǎn)加固方案設(shè)計(jì)

1大壩加固方案

水庫(kù)大壩為均質(zhì)土壩，現(xiàn)已成為連接兩岸的主要交通道路，大壩上下游壩坡均未防護(hù)，雜草叢生，且大壩下游壩坡大量?jī)A倒垃圾致使壩頂寬度由6m增加到18m，無(wú)壩坡排水系統(tǒng)，下游壩坡非常陡。大壩經(jīng)安全鑒定，上下游壩坡在各種工況下是穩(wěn)定的，但下游壩坡目前垃圾堆積、變形嚴(yán)重，產(chǎn)生大面積滑坡危險(xiǎn)性高。針對(duì)大壩存在的問(wèn)題，大壩加固改造方案為：上下游壩坡進(jìn)行防護(hù)，新增排水設(shè)施，重修壩頂路面。上游壩坡防護(hù)：防護(hù)前首先清除壩坡表面垃圾、雜草及腐殖土，壩坡高程910m以下防護(hù)型式仍采用干砌石，厚0.4m，下設(shè)150mm厚砂礫石墊層、土工布。壩坡910m以上采用干砌石防護(hù)，厚0.4m，下設(shè)150mm厚碎石墊層，護(hù)砌至壩頂。下游壩坡防護(hù)：下游壩坡防護(hù)范圍為整個(gè)壩下游坡，壩面長(zhǎng)160m。首先將壩坡表面垃圾、雜草灌木、樹(shù)木及腐殖土清除干凈，然后按坡度1∶2.5進(jìn)行削坡及培厚，在削坡時(shí)對(duì)壩體上的孔穴全斷面挖除并回填黏土夯實(shí)，壓實(shí)度不小于0.98。其后對(duì)壩坡采用草皮護(hù)坡，由壩頂護(hù)砌至貼坡排水頂部。排水設(shè)施：下游增設(shè)壩面排水，下游壩腳河床部位增設(shè)壩體排水。在大壩壩頂下游側(cè)及左右兩岸順壩體與岸坡結(jié)合處設(shè)岸坡排水溝，在壩體排水下游設(shè)一縱向排水溝，與岸坡排水溝相連，排出兩岸山坡和壩坡積水。下游壩體排水采用貼坡排水。貼坡排水頂部高于壩體浸潤(rùn)線出溢點(diǎn)1.0m，貼坡干砌石厚0.5m，下部分別設(shè)0.2m厚的砂礫石反濾層和0.2m厚的粗砂墊層。排水底部設(shè)排水溝，排出壩腳滲水。根據(jù)地勘資料，大壩修筑時(shí)未做地基處理，壩基覆蓋層主要為卵石混合土、級(jí)配不良礫夾級(jí)配不良砂，層厚0～3.5m，結(jié)構(gòu)松散，分選性較差，不均勻系數(shù)為10.9～137.7，其滲透系數(shù)為11～22m/d，為強(qiáng)透水層，存在壩基覆蓋層滲漏問(wèn)題。左右壩肩巖體中節(jié)理裂隙較發(fā)育，且有不同程度的張開(kāi)，具中等透水性，級(jí)配不良礫和砂巖巖層為庫(kù)水滲漏層位，左右壩肩存在繞壩滲漏問(wèn)題。從目前情況來(lái)看，在水庫(kù)大壩下游養(yǎng)魚(yú)池有泉水出逸現(xiàn)象，水位隨庫(kù)水位變化較小，較為穩(wěn)定，出溢點(diǎn)沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)異常情況，滲漏未對(duì)大壩穩(wěn)定構(gòu)成大的威脅。考慮到長(zhǎng)期的滲漏有可能對(duì)大壩安全產(chǎn)生一定程度的不利因素，對(duì)壩體下游滲水處設(shè)反濾體。考慮到南沙河水庫(kù)為緩洪庫(kù)，不進(jìn)行壩基防滲處理，結(jié)合壩體排水增設(shè)壩基反濾層，將貼坡排水反濾層深入壩基砂礫層底部。壩頂路面：壩頂為瀝青混凝土路面，厚50mm，下設(shè)300mm厚石灰粉煤灰碎礫石上基層，其下為200mm厚的水泥穩(wěn)定粒料墊層。路面設(shè)2%外傾坡，上下游側(cè)設(shè)欄桿。

2溢洪道改造方案

溢洪道進(jìn)口由于大量?jī)A倒垃圾，致使目前抬高2m。溢洪道出口4孔橋式涵洞已有1孔全部堵塞。溢洪道橋墩為漿砌石，橋拱由磚石壘砌而成，年久失修，破壞嚴(yán)重，不滿足泄洪及防洪搶險(xiǎn)要求。溢洪道泄槽為梯形土渠，出口段廠房、倉(cāng)庫(kù)遍布，無(wú)消能設(shè)施，并且堆積較多生活垃圾。根據(jù)大壩安全鑒定結(jié)論，溢洪道未襯砌，抗沖能力低，出口無(wú)消能設(shè)施，應(yīng)進(jìn)行改造。由于溢洪道泄槽段涉及到大面積的倉(cāng)庫(kù)、廠房需要拆遷，且位于太原市區(qū)，所需資金及實(shí)施難度太大，短期內(nèi)實(shí)施全部溢洪道的疏通不現(xiàn)實(shí)。故受資金及拆遷等各種因素的制約，且時(shí)間緊、任務(wù)急，本除險(xiǎn)加固方案未對(duì)整個(gè)溢洪道進(jìn)行改建，僅對(duì)溢洪道控制段進(jìn)行改造，拆除原溢洪道控制段，在原位新建。根據(jù)實(shí)際情況及安全鑒定結(jié)論，溢洪道改造內(nèi)容主要包括新建10.5m長(zhǎng)進(jìn)水渠、控制段溢流堰原位改建、泄槽段防護(hù)73m。為保證控制段溢流堰進(jìn)水順暢，新建進(jìn)水渠段長(zhǎng)10.5m，進(jìn)口采用喇叭口型式，渠首底寬7.8m，末端底寬12.0m，底坡為2‰的逆底，渠首底高程910m，末端底高程909.979m。邊墻采用M7.5漿砌石直立式擋墻，擋墻頂高程由915.2m降至911.179m。底板采用M7.5漿砌石防護(hù)，厚0.5m。溢流堰為寬頂堰，2孔，每孔凈寬3.7m，前緣凈寬7.8m，堰頂高程910m，總長(zhǎng)20.0m。堰體材料為C25鋼筋混凝土，墊層采用100厚C15素混凝土。為連接兩岸交通，溢流堰采用橋涵式溢流堰，頂、底板及側(cè)壁厚均為0.4m，交通橋底高程同大壩壩頂高程為915.2m，設(shè)計(jì)汽車荷載等級(jí)采用公路-Ⅱ級(jí)。泄槽防護(hù)段總長(zhǎng)73.0m。前10.0m為過(guò)渡段，邊墻采用M7.5漿砌石直立式擋墻，底板采用M7.5漿砌石防護(hù)，厚0.5m。其后為漸變段，長(zhǎng)10.0m，與泄槽已砌護(hù)段順接。漸變段后為73m砌護(hù)段，采用M7.5漿砌石防護(hù)，厚0.5m，邊坡1∶1。

3大壩安全監(jiān)測(cè)方案

南沙河水庫(kù)從建成至今已運(yùn)行50多年，但大壩一直沒(méi)有安全監(jiān)測(cè)設(shè)施，其現(xiàn)狀既無(wú)法滿足大壩自身安全監(jiān)測(cè)的實(shí)際需要，也不滿足《土石壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》的要求。為確保水庫(kù)大壩的安全運(yùn)行，建立一套比較完善的大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是十分必要的。本次除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)增設(shè)必要的大壩安全監(jiān)測(cè)設(shè)施，安全監(jiān)測(cè)的內(nèi)容主要包含壩體垂直與水平位移觀測(cè)、滲流監(jiān)測(cè)等。垂直與水平位移觀測(cè)：為觀測(cè)土壩沉陷與變形，共布置3條縱斷面12個(gè)觀測(cè)樁，并相應(yīng)布設(shè)工作基點(diǎn)12個(gè)。壩體滲流觀測(cè)：布設(shè)3條橫斷面，觀測(cè)孔12個(gè)。

南沙河水庫(kù)除險(xiǎn)加固方案主要對(duì)上下游壩坡、溢洪道等進(jìn)行了設(shè)計(jì)，解決了大壩防洪標(biāo)準(zhǔn)不足，壩坡、壩基滲透穩(wěn)定等問(wèn)題，但由于拆遷、清障、資金等原因，除險(xiǎn)加固后仍存在以下問(wèn)題：一是泄洪洞下游仍有障礙物，不能正常泄洪。二是溢洪道泄槽段及下游均為臨時(shí)建筑，溢洪道無(wú)法正常泄洪。三是南沙河水庫(kù)下游河道過(guò)洪斷面不足，無(wú)法安全渲泄水庫(kù)下泄洪水。四是大壩在第一次蓄水運(yùn)用，當(dāng)水深蓄至7m時(shí)（蓄洪量約為55萬(wàn)m3），土壩發(fā)生嚴(yán)重管涌和局部脫坡等險(xiǎn)情。本次設(shè)計(jì)增設(shè)了大壩下游壩坡排水設(shè)施，壩基砂卵石層增設(shè)了反濾層，滲透穩(wěn)定可以滿足要求，但由于計(jì)算依據(jù)數(shù)據(jù)為本次地勘資料，而大壩壩體質(zhì)量存在一定差異性，故在實(shí)際運(yùn)行中必須加強(qiáng)觀察監(jiān)測(cè)。建議建設(shè)單位積極與相關(guān)部門(mén)協(xié)調(diào)資金及拆遷事宜，盡快對(duì)溢洪道下游進(jìn)行清障，完善溢洪道泄槽、消能防沖設(shè)施；盡快對(duì)泄洪洞下游進(jìn)行清障，確保洪水安全下泄；拓寬南沙河水庫(kù)下游河道，加強(qiáng)汛期安全監(jiān)測(cè)，確保水庫(kù)安全運(yùn)行。（本文作者：路正鋒 單位：太原市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院）