巨河水库除险加固工程设计综述

燕荷叶

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

1 工程概况

巨河水库位于临汾市汾河东岸大阳镇巨河干流上，是一座以灌溉、防洪为主的中型水利枢纽工程，总库容2 751万m3，坝址以上控制流域面积311 km2，多年平均径流量1 826万m3。水库兴建于1958年，1961年拦洪蓄水，1972年进行枢纽改建，主要建筑物有均质土坝、灌溉洞、泄洪洞和非常溢洪道。由于水库淤积严重，防洪标准降低，被列为病险水库，1997年经省计委批准，巨河水库除险加固工程正式列项。

2 除险加固内容

巨河水库除险加固工程内容包括新建挑流式溢洪道、改建灌溉洞进口部分和大坝防浪墙。工程设计等级为Ⅲ等3级，设计洪水标准为50年一遇设计，500年一遇校核。新建溢洪道设计泄量379.2 m3/s，校核泄量625.2 m3/s，全长184 m。灌溉洞长105.35 m，加固后可满足流量4 m3/s的灌溉用水要求。

3 设计要点

3.1 方案比选

设计比选方案为大坝加高和溢洪道改建，其中溢洪道又分为挑流与底流两种型式，并与灌溉洞进口改建方案组成四个方案与大坝加高方案进行比选。

方案一：大坝加高方案。该方案将大坝加高2.7 m，不改建溢洪道，灌溉洞进口增建进水塔和工作桥。主要工程量及投资：开挖回填土方58.6万m3，回填砂砾与石方3.8万m3，浆砌石方0.4万m3，混凝土0.4万m3，投资1 256万元。

方案二：溢洪道挑流消能与灌溉洞进口排架方案。该方案溢洪道位于原非常溢洪道与泄洪洞之间，出口为挑流消能，溢洪道长184 m，净宽25.6 m，泄槽宽24 m，灌溉洞进口新建16.4 m排架式检修平台，下部结构不变。主要工程量及投资：开挖回填土方9.76万m3，回填砂砾与石方0.26万m3，浆砌石方0.56万m3，混凝土1.11万m3，投资740万元。

方案三：溢洪道挑流消能与灌溉洞进水塔方案。该方案溢洪道部分同方案二，灌溉洞进口改建，将原进口斜拉闸门及沉井式工作闸门废除，新建进水塔和工作桥。该方案改建比较彻底、投资较大。主要工程量及投资：开挖回填土方10.46万m3，回填砂砾与石方0.93 万 m3，浆砌石方 0.56 万 m3，混凝土 1.46 万 m3，投资877万元。

方案四：溢洪道底流消能与灌溉洞进口排架方案。该方案溢洪道结合原非常溢洪道进行改建，仍为弯道式溢洪道，进口宽24 m，槽身宽16 m，全长548 m，灌溉洞进口改建同方案一。主要工程量及投资：开挖回填土方21.23万m3，回填砂砾与石方1.12万m3，浆砌石方1.08万m3，混凝土1.43万m3，投资937万元。

方案五：溢洪道底流消能与灌溉洞进水塔方案。该方案溢洪道改建同方案四，灌溉洞进口改建同方案三。主要工程量及投资：开挖回填土方21.97万m3，回填砂砾与石方1.13万m3，浆砌石方1.08万m3，混凝土1.81万m3，投资1 076万元。

通过比较，溢洪道与灌溉洞组合方案中，溢洪道挑流消能与灌溉洞进口改建方案比溢洪道底流消能与灌溉洞进口改建方案优越。在溢洪道挑流消能与灌溉洞进口改建方案中，方案二的工程量和投资最小，方案三次之，方案一比方案二、方案三分别多投资516万元、339万元，但方案二不能彻底解决灌溉洞进口存在的问题，因此将方案三作为推荐方案。

3.2 土坝设计

为弄清库水位与各断面测压管水位的相互关系，进而由实测资料推测未来高水位时坝体渗流情况，利用现有观测资料，选取有代表性的相对稳定库水位下的测压管水位，将实测数据进行直线回归，得出每个测压管的库水位与管水位之间的表达式，利用该线性表达式预测正常高水位时各断面的测压管水位。

由于大坝边界条件的复杂性和坝体、坝基渗流的非均匀性，渗流基本方程计算成果与大坝实际运行情况很难一致，因此须根据实测资料对渗流计算参数进行反演分析，再进行正常高水位下渗流有限元计算，从而推测出正常高水位下的渗流场及浸润线位置，供坝坡稳定分析用。计算时，首先选取与库水位相关较好的测点；其次根据地质专业提供的渗透系数对不同断面在稳定渗流情况下进行渗流计算，并与观测资料进行对比；最后在地质提供的渗透系数的基础上调整计算参数，直至各测点误差均较小，即认为该渗透系数比较合理，能够反映坝体渗流特性。

土坝采用大坝渗流回归分析、渗流反分析、大坝有限元稳定分析等多项先进计算方法，特别是稳定计算采用目前国内最先进的《土石坝边坡稳定分析》软件，不仅提高了计算成果的准确性，而且提高了设计工作效率。

3.3 软基上溢洪道设计

新建溢洪道位于大坝右岸坝头原非常溢洪道与泄洪洞之间。溢洪道设计泄量379.2 m3/s，校核泄量625.2 m3/s，全长184 m。溢洪道进口设露顶式弧形钢闸门，共2孔，每孔净宽12 m，堰顶高程518.0 m；闸室后接泄槽，槽身净宽24 m，矩形断面；出口采用挑流式消能。由于挑流段位于粉质亚黏土地基上，基础处理采用井柱桩，直径0.8 m，设8排，每排6根，共48根，排距3.9 m，桩距4.6 m。第1排桩长14 m，以后各排分别增加3 m，第8排桩长35 m。

设计时根据水库多年实际运行情况及来水、灌溉供水等资料，科学合理地确定了水库的汛限水位，既满足了水库防洪和灌溉供水要求，又减少了水库淤积。在保证水库防洪安全的条件下，通过对库水位与溢洪道堰顶高程关系进行反调节分析，利用汛期降雨集中的特点及灌溉需水要求，对采用开敞式溢洪道和窄深式溢洪道两个方案进行技术经济比较，确定选用窄深式溢洪道方案。利用闸门挡水，加大了水库的泄洪能力，在水库防洪标准相同的条件下，既增大了兴利库容，又节省了投资。

土基上兴建溢洪道，尤其是土基上采用挑流消能，在全省尚属首例。挑坎基础采用井柱桩结合铅丝石笼防护防冲，工程安全可靠、经济合理。另外，相对于底流消能方案，缩短了溢洪道长度，去掉大弯道陡槽，改善了水流条件，既提高了消能效果，又减少了工程量，可节约概算投资199万元。

3.4 灌溉洞进水塔设计

左岸灌溉洞进口增建进水塔和工作桥，将原廊道内工作闸门、封闭闸室及廊道拆除，进水塔布置在原封闭闸室位置上，总高度34.61 m，分3层布置，启闭机层高程531.5 m，检修层高程527.3 m，塔内闸室底高程502.89 m，内设1.5 m×1.5 m的工作闸门和检修平板钢闸门；进水塔施工围堰采用钢筋混凝土沉井，内径16 m，沉井底高程499.2 m，顶高程516.5 m。

灌溉洞进水塔结构计算采用有限元计算，进水塔施工设计采用沉井围堰施工技术，缩短了工期，具有显著的经济效益和社会效益。

4 效益分析

水库枢纽工程改建后，防洪标准由改建前的最高防洪标准250年一遇洪水标准，提高到50年一遇设计洪水标准、500年一遇校核洪水标准，保护了下游大运高速公路、南同蒲铁路及临汾市的安全。同时年可多蓄水500万m3，新增灌溉面积0.147万hm2，改善灌溉面积0.213万hm2，增加了地表水供应量，在一定程度上缓解了当地用水紧缺局面，改善了整个地下水环境，延长了水库的使用寿命，对促进当地经济社会可持续发展起到很大作用。