孔潔惠

（臨汾水利勘測設(shè)計院，山西 臨汾 041000）

淺析南喬水庫除險加固工程方案設(shè)計

孔潔惠

（臨汾水利勘測設(shè)計院，山西 臨汾 041000）

南喬水庫運行30多年來，因水庫先天條件不足，加之年久失修，存在著諸多問題。本文介紹了南喬水庫存在的問題，分析了水庫除險加固的必要性和除險加固工程的設(shè)計方案。

現(xiàn)狀與問題；除險加固；設(shè)計方案

1　水庫現(xiàn)狀及存在的問題

南喬水庫位于臨汾市堯都區(qū)縣底鎮(zhèn)城隍村南約1.2 km的南喬溝內(nèi)，該水庫于1973建成蓄水，是一座以灌溉為主兼有防洪、養(yǎng)殖的?。?）型水庫，水庫壩址以上控制流域面積8 km2。水庫樞紐由大壩、溢洪道、泄洪洞組成。

水庫目前主要存在主要問題：①大壩防洪不滿足200年一遇洪水校核標準；②壩頂寬約3 m不符合規(guī)范要求，壩頂及上下游壩坡有多處塌坑；③溢洪道斷面不規(guī)則，為土基，無襯砌及消能設(shè)施；④泄洪洞進口損壞；⑤大壩無觀測設(shè)施、無水情測報系統(tǒng)。鑒于工程存在的主要問題，2009 年7月，省水利廳組織有關(guān)專家結(jié)合安全鑒定報告進行了現(xiàn)場察看和技術(shù)評審，安全鑒定結(jié)論為三類壩。

2　除險加固設(shè)計方案

除險加固工程方案如下：1）采取防洪工程措施，以使水庫防洪標準達到規(guī)范要求；2）改建右岸泄洪洞進口，保證泄洪洞正常使用；3）對大壩上下游壩坡進行整治，對上游壩坡干砌石護坡進行維修。擬定了兩個方案進行比選：

方案Ⅰ：溢洪道進口為開敞式無控制寬頂堰，堰頂高程570.0 m，凈寬10 m；

方案Ⅱ：溢洪道進口為開敞式無控制寬頂堰，堰頂高程570.0 m，凈寬6 m；

根據(jù)調(diào)洪演算成果及現(xiàn)狀溢洪道地形等方面分析，方案Ⅰ的主要優(yōu)缺點是：①溢洪道現(xiàn)狀底寬6 m，寬度增加只能向山體側(cè)開挖，工程量較大，且布置較為困難；②無淹沒與庫區(qū)占地問題。方案Ⅱ的主要優(yōu)缺點是：①壩頂需修建1 m高防浪墻；②溢洪道現(xiàn)狀底寬6 m，能有效利用現(xiàn)有泄槽，工程布置合理，且工程量較??；③無淹沒與庫區(qū)占地問題。

經(jīng)綜合比較并參考水利部水總（2008）428號文件中有關(guān)意見，本次設(shè)計采用方案Ⅱ，即大壩增設(shè)1 m高防浪墻，改建溢洪道凈寬6 m。

水庫除險加固工程的主要建設(shè)內(nèi)容：①大壩工程。整治大壩上下游壩坡，壩頂加寬至5 m，對上游壩坡干砌石護坡進行維修，修建1 m高防浪墻；②改建溢洪道工程。即原溢洪道部位改建6 m寬開敞式溢洪道，堰頂高程570.0 m；③改建泄洪洞進口工程。在泄洪洞進口增設(shè)閥門井。

3　大壩整治工程

3.1防浪墻高程

水庫大壩級別為5級，吹程0.6 km，多年平均最大風(fēng)速18 m/s。壩頂超高根據(jù)《碾壓土石壩設(shè)計規(guī)范》（SL274-2001）中的公式計算：

式中∶y為壩頂超高，m；R為最大波浪在壩坡上的爬高，m；e為最大風(fēng)壅水面高度，m；A為安全加高，m。

壩頂高程按設(shè)計洪水位加正常運用的壩頂超高和校核洪水位加非常運用的壩頂超高分別計算，取其大值，詳見表1。

表1　壩頂高程計算結(jié)果

由上表可知，在壩頂增設(shè)1m高防浪墻可以滿足防洪要求。

3.2大壩整治

3.2.1大壩現(xiàn)狀

南喬水庫大壩為均質(zhì)土壩，壩頂高程573.5 m，壩頂長109 m，壩頂寬約3 m。上游壩坡坡比1∶2。下游壩坡分為二級，一級壩坡573.5～561.5 m，坡比1∶2，561.5 m處設(shè)4 m寬馬道，二級壩坡561.5～557.5 m，坡比為1∶2.5，下游壩坡無護坡。壩頂無防浪墻，路面為原填土面。根據(jù)《碾壓土石壩設(shè)計規(guī)范》（SL274-2001），現(xiàn)狀壩頂寬約3 m不符合規(guī)范要求，壩坡穩(wěn)定安全系數(shù)經(jīng)計算不滿足規(guī)范要求，故需對大壩進行整治。

3.2.2壩坡整治措施

1）上游壩坡整治。針對上游壩坡存在的問題，先清除壩坡?lián)p壞的護坡，然后按設(shè)計斷面整治，壩坡坡比仍為1∶2。護坡采用干砌塊石，下設(shè)反濾層。干砌石護坡厚度按下式計算：

式中：Q為干砌塊石的平均重量Q= 0.525ρkDm3；ρk為塊石的密度；D為石塊的換算球形直徑。計算結(jié)果為0.22 m，取護坡厚度為0.3 m，反濾層自上而下采用20 cm厚砂礫石及10 cm厚粗砂。

2）下游壩坡整治。因原壩頂寬度不滿足規(guī)范要求，故將下游壩坡坡面清除0.5 m，然后培厚至設(shè)計斷面，即壩軸線向下游側(cè)偏移1 m。下游坡面采用草皮護坡，設(shè)置縱、橫U型排水溝。

3）壩頂整治。下游壩坡培厚至設(shè)計斷面后，壩頂寬度為5 m，壩頂設(shè)20 cm厚泥結(jié)石路面，壩頂上游側(cè)設(shè)1 m高M10漿砌石防浪墻。

3.3大壩穩(wěn)定分析

壩坡穩(wěn)定分析按簡化畢肖普法靜力分析，簡化有效應(yīng)力法計算。選取主河床最大壩高斷面對整治后的壩坡進行穩(wěn)定計算，因壩基存在1.5～2 m厚砂礫石透水層，筑壩時未予截斷，故壩體浸潤線按照有限深透水壩基計算確定，壩體土料物理特性指標按照鉆孔取樣試驗結(jié)果分析選用，土料物理特性選用值見表2。

表2　壩體土料物理力學(xué)指標表

計算分正常運用和非正常運用兩種情況。正常運用情況下，上游坡為正常高水位以及正常高水位緩降至死水位時的穩(wěn)定滲流情況，下游坡為正常高水位時的穩(wěn)定滲流情況；非常運用情況下，上游坡為庫水位驟降以及正常高水位加地震時的穩(wěn)定滲流情況；下游坡為正常高水位加地震以及校核洪水位時的情況。壩坡穩(wěn)定安全系數(shù)按《碾壓土石壩設(shè)計規(guī)范》（SL274-2001）附錄D中簡化畢肖普法公式進行計算，計算成果見表3。

表3　大壩壩坡穩(wěn)定計算成果表

［1］宋強.朝陽縣北地水庫除險加固工程必要性分析［J］.黑龍江水利科技.2015（04）.

［2］馬海燕，陳小瓊.棺材溝水庫除險加固工程的設(shè)計［J］.水利科技與經(jīng)濟.2013（07）.

［3］曹國璽.淺析水庫除險加固的具體措施［J］.河南水利與南水北調(diào).2012（08）.

［4］馮濤.濰坊市嵩山水庫除險加固設(shè)計方案優(yōu)化研究［D］.山東大學(xué)2014.

（責(zé)任編輯 遲明春）

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2015-12-15

孔潔惠（1986—），女，助理工程師