張 晨

（山西水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院 山西太原 030027）

1 工程概況

劉家莊骨干壩位于大寧縣西北部昕水河流域茨林小流域劉家莊支溝內(nèi)，系昕水河一級(jí)支流，黃河二級(jí)支流，屬黃土丘陵溝壑區(qū)第一副區(qū)，地形支離破碎，溝壑縱橫，溝深、坡陡、水土流失嚴(yán)重，年平均土壤侵蝕模數(shù)為6200t/km2。流域內(nèi)共有支毛溝4條，溝壑密度為4.38km/km2，主溝長(zhǎng)4.0km，溝道平均比降11.08‰。平均溝深為45m，平均溝底寬26m，平均溝上部寬126m。

劉家莊骨干壩控制面積3.83km2，原工程等級(jí)為骨干（2）型。工程由大壩、放水臥管、輸水涵洞組成，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為200年一遇，淤積年限為15年。設(shè)計(jì)總庫(kù)容64.0萬(wàn)m3，攔泥庫(kù)容35.58 萬(wàn)m3。

2 工程現(xiàn)狀及加固原因

劉家莊骨干壩由山西潤(rùn)恒水土保持生態(tài)環(huán)境咨詢有限公司于2005年完成設(shè)計(jì)，于2007年建設(shè)完成，年底投入運(yùn)行。

大壩為碾壓式均質(zhì)土壩，壩長(zhǎng)96.43m。壩頂高程845.7m，最大壩高22.7m；放水臥管位于大壩右岸上游岸坡上。臥管總高度20.3m，縱坡1∶2，為漿砌石鋼筋混凝土蓋板結(jié)構(gòu)。輸水涵洞為漿砌石拱涵，全長(zhǎng)94.45m，縱坡1∶100。放水建筑物情況良好。

目前，骨干壩上游淤積至高程826.11m，淤積高度3.11m，淤積庫(kù)容0.18萬(wàn)m3。按照原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，參考認(rèn)定報(bào)告，壩頂寬度4.0m，壩頂平整，原設(shè)計(jì)上游壩坡1∶2.5，下游壩坡1∶1.75、1∶2.0。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘查結(jié)果，壩坡坡度能夠達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

劉家莊骨干壩下游有一條村通公路，路寬4.0m，混凝土路面，接至縣鄉(xiāng)公路，并有一個(gè)村莊三多村。根據(jù)《黃土高原地區(qū)中型以上病險(xiǎn)淤地壩認(rèn)定暫行辦法》第三條的“下游影響范圍有村莊、學(xué)校、工礦、道路等基礎(chǔ)設(shè)施的骨干壩和中型壩，無(wú)配套泄洪建筑物，潰壩可能影響下游人員生命財(cái)產(chǎn)安全”，認(rèn)定劉家莊骨干壩屬于病險(xiǎn)壩需要加固。

3 除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)方案

與原設(shè)計(jì)比較，壩高沒(méi)有增加，維持原壩高，但需新增溢洪道，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)目測(cè)，放水建筑物完好，不需除險(xiǎn)加固。因而本次除險(xiǎn)加固主要內(nèi)容為：①新建溢洪道；②整修上壩道路0.5km；③新建交通橋1座。

3.1 新建溢洪道

通過(guò)實(shí)地勘測(cè)、調(diào)查壩址處地形、地質(zhì)情況，經(jīng)多方案比較，認(rèn)為壩址處左岸山坡穩(wěn)定、地基堅(jiān)實(shí)，符合溢洪道布設(shè)條件，故將溢洪道工程布置在壩體左岸的土質(zhì)山坡上。采用開(kāi)敞式，由引水渠、溢流堰、泄槽和消能段組成。

（1）引水渠及漸變段設(shè)計(jì)。引水渠的作用是將壩內(nèi)的洪水平順地送入溢洪道，引水渠長(zhǎng)40m，選用梯形斷面，底寬4m，邊坡1∶1.2，進(jìn)口底高程采用840.2m。

漸變段設(shè)計(jì)為扭曲面型喇叭口，為使水流平順，漸變段長(zhǎng)為溢流堰堰頂水頭3.63m的2～3倍，即7.26～10.89m，取9m。底板與扭曲面均為M7.5漿砌石砌筑，高4.2m，頂寬0.4m，底板采用0.5m厚漿砌石襯砌。漸變段進(jìn)口設(shè)一道，齒墻深0.5m，寬0.5m。

（2）溢流堰設(shè)計(jì)。經(jīng)計(jì)算得堰寬4m，堰頂水頭3.63m，溢流堰長(zhǎng)應(yīng)取堰上水頭的3～6倍，計(jì)算得10.89～21.78m，故取堰長(zhǎng)為12m。溢流堰設(shè)計(jì)高程同攔泥高程，即840.2m。

溢流堰底板與側(cè)墻均為M7.5漿砌石砌筑。側(cè)墻為重力式擋土墻，考慮地形要求，堰頂水頭3.63m，墻高取4.2m，頂寬0.6m，底寬1.9m，基礎(chǔ)外伸0.2m，底板采用0.5m厚漿砌石砌筑，并設(shè)伸縮縫和齒墻，溢流堰進(jìn)出口各設(shè)一道，進(jìn)口1m×0.5m，出口0.5m×0.5m，齒墻長(zhǎng)4m。伸縮縫縫寬2cm，縫內(nèi)填塞聚苯乙烯泡沫板及聚氯乙烯膠泥。

（3）泄槽段設(shè)計(jì)。泄槽進(jìn)口經(jīng)計(jì)算臨界水深為2.41m，超高為0.5m，故進(jìn)口側(cè)墻襯砌高度取2.0m。泄槽出口經(jīng)計(jì)算得，正常水深為0.74m，超高為0.5m，故泄槽出口側(cè)墻襯砌高取1.3m。泄槽采用矩形斷面，底寬4m，泄槽底板與側(cè)墻均為M7.5漿砌石砌筑，側(cè)墻為重力式擋土墻，側(cè)墻高為1.2～2.8m，基礎(chǔ)厚0.6m，頂寬0.6m，底寬1.2～1.5m；底板厚0.6m，其中上部20cm厚C20混凝土，下部40cm厚M7.5漿砌石砌筑。泄槽坡度根據(jù)地形采用1∶2，泄槽段順?biāo)飨蛎?0m設(shè)一道伸縮縫和齒墻一道，齒墻深0.5m，寬0.5m，伸縮縫縫寬2cm，縫內(nèi)填塞聚苯乙烯泡沫板及聚氯乙烯膠泥。

（4）消力池設(shè)計(jì)。根據(jù)實(shí)地勘測(cè)，依據(jù)壩址處地形、地質(zhì)情況，經(jīng)多方案比較，認(rèn)為溢洪道壩泄槽出口處為出露基巖、巖基堅(jiān)實(shí)，抗沖能力強(qiáng)，滿足泄流要求，故不再設(shè)消力池。

3.2 整修上壩道路

為維護(hù)管理方便，改造現(xiàn)有上壩道路0.5km，寬4.0m。泥結(jié)碎石路面，厚20cm，道路坡度維持現(xiàn)有道路坡度。

3.3 新建交通橋

新建交通橋1座，設(shè)計(jì)：（1） 荷載公路-Ⅱ級(jí)；（2）橋梁結(jié)構(gòu)：橋梁上部采用跨度6m鋼筋混凝土板梁，下部支撐采用擴(kuò)基重力式橋臺(tái)，地基承載力不小于150kPa；（3）全橋在兩橋臺(tái)處設(shè)簡(jiǎn)易伸縮縫，采用瀝青木板塞縫；（4）全橋臺(tái)處設(shè)簡(jiǎn)易油毛氈墊層支座；（5）本橋與溢洪道正交，橋臺(tái)呈平行布置，橋梁設(shè)計(jì)標(biāo)高為橋梁中心線標(biāo)高，采用13cm厚C40混凝土鋪裝層，橋臺(tái)后范圍填砂礫料。

4 施工設(shè)計(jì)

4.1 施工方法及質(zhì)量要求

（1）確定溢洪道工程的位置。先根據(jù)樞紐平面布置圖，確立溢洪道位置，并用水準(zhǔn)儀測(cè)出溢洪道進(jìn)口高程，然后根據(jù)設(shè)計(jì)圖用經(jīng)緯儀將溢洪道的軸線測(cè)設(shè)在實(shí)地上。

（2）建筑材料。溢洪道襯砌材料必須是質(zhì)地堅(jiān)硬，形狀整齊，不易風(fēng)化，砂子必須是級(jí)配均勻、顆粒堅(jiān)硬的清砂；水泥必須是強(qiáng)度等級(jí)為32.5的合格水泥。砂漿、混凝土必須按設(shè)計(jì)的配合比調(diào)合，攪拌時(shí)必須按要求的程序步驟進(jìn)行。

（3）石方砌筑。砌筑采用擠漿法，塊石要放穩(wěn)、放平，塊石之間的縫隙要填滿砂漿，上、下兩層的豎縫必須錯(cuò)開(kāi)，石料較平整的一面應(yīng)放在臨水面，以利水流暢通。砌體在勾縫前，需將原砌石接縫處的浮漿清除3-5cm深，然后進(jìn)行勾縫。砌體要進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，表面用草袋覆蓋，灑水次數(shù)根據(jù)氣溫和風(fēng)力而定，要使砌體經(jīng)常保持濕潤(rùn)狀態(tài)。暫不加砌的，至少要養(yǎng)護(hù)7天。在砌筑的表面嚴(yán)禁敲打、震動(dòng)?；A(chǔ)和側(cè)墻要分開(kāi)砌筑，沉陷縫用瀝青麻刀回填。

（4）土方回填。砌體外側(cè)按設(shè)計(jì)要求用黏土回填，人工夯實(shí)，干容重大于壩體設(shè)計(jì)干容重?？拷鼈?cè)墻部位，黏土含水量不能小于20%，用大錘夯搗使回填土料擠滿每個(gè)石縫。

（5）交通橋。交通橋采用現(xiàn)場(chǎng)澆筑，混凝土必須按設(shè)計(jì)的配合比調(diào)合拌制，水灰比合適，待模板支護(hù)完成后，分層進(jìn)行澆筑，振搗密實(shí)，避免漏振。拆模后要進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，表面用草袋覆蓋，灑水次數(shù)根據(jù)氣溫和風(fēng)力而定，要使混凝土經(jīng)常保持濕潤(rùn)狀態(tài)，至少要養(yǎng)護(hù)7天。按橋梁工程施工驗(yàn)收要求進(jìn)行。

4.2 施工組織設(shè)計(jì)

（1）施工工藝流程。劉家莊骨干壩除險(xiǎn)加固的施工順序劃分了四個(gè)階段。第一階段為工程前期工作階段，主要工序?yàn)榉啪€，將建筑物按照設(shè)計(jì)尺寸測(cè)放在實(shí)地，完成所有的樁線布置。第二階段為工程準(zhǔn)備階段，主要任務(wù)為基礎(chǔ)開(kāi)挖及選料、備料。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，對(duì)塊石、清砂、水泥等建筑材料訂購(gòu)、化驗(yàn)、拉運(yùn)，清理施工場(chǎng)地。第三階段為工程實(shí)施階段，具體工序有：引水渠的開(kāi)挖、漸變段、溢流堰、泄槽與消力池的漿砌體砌筑勾縫及回填處理。大壩壩體整修、砌體修復(fù)、道路工程等；第四階段為結(jié)束階段，主要任務(wù)是施工場(chǎng)地整治，資料整編，竣工驗(yàn)收等。

（2）施工組織形式。該工程參照基本建設(shè)程序，實(shí)行項(xiàng)目法人制、招標(biāo)投標(biāo)制、工程監(jiān)理制，在項(xiàng)目法人的組織領(lǐng)導(dǎo)下，通過(guò)招投標(biāo)，選擇具有相應(yīng)資質(zhì)的施工隊(duì)伍和監(jiān)理單位組織實(shí)施和監(jiān)理。

5 結(jié)語(yǔ)

劉家莊骨干壩作為公益性水土保持生態(tài)環(huán)境建設(shè)項(xiàng)目，能極大地改善當(dāng)?shù)厣a(chǎn)生活條件和生態(tài)環(huán)境，其運(yùn)行安全及效益發(fā)揮與當(dāng)?shù)厝罕娚a(chǎn)生活密切相關(guān)。通過(guò)以上除險(xiǎn)加固工程措施，消除了骨干壩存在的安全隱患，確保了骨干壩的安全運(yùn)行，使其發(fā)揮更大的經(jīng)濟(jì)效益。