故城水库除险加固方案比选

冀永强

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

1 工程概况

故城水库位于武乡县西部故城镇南沟村北0.5 km处的涅河上，距武乡县城30 km。水库始建于1957年，坝址控制流域面积30 km2，总库容275万m3，灌溉面积0.087万hm2，是一座主要以防洪、灌溉和养殖为主的小（一）型水库。水库坝址上游流域长12.5 km，平均坡降2.68%，河段为山区河道，地势较高，海拔一般在1 000 m以上，流域地貌以石山区、土石山区为主，自然生态环境较好，植被一般。

2 除险加固必要性分析

故城水库所在故城镇位于武乡县西部丘陵山区，下辖33个行政村，1.71万人，耕地面积0.268万hm2，是武乡县的农业重镇。故城水库现状实际抗洪能力不满足规范要求的300年一遇校核洪水标准，水库一旦失事，将影响位于水库下游的14个村庄，1万人，1 330 hm2耕地，县乡干线公路10 km。另外，水库除险加固后可以进行正常的兴利调度，恢复其设计功能，产生良好的经济效益，因此对故城水库进行除险加固非常必要。

3 水库病险问题

故城水库枢纽工程由黏土心墙土坝、溢洪道和放水洞组成。

大坝为碾压式黏土心墙土坝，最大坝高24 m，坝顶长224.30 m，坝顶宽3.0 m，防浪墙高1 m。大坝上、下游坝坡均为干砌石护坡。现状上游坝坡在高程1 046.5 m处设置1.2 m宽的马道，现状下游坝坡在高程1 040 m处设置1.2 m宽的马道。坝体直接座落在三叠系中统二马营组（T2er）暗紫红色中薄层状砂岩岩体坝基上。

溢洪道位于大坝右岸，为开敞式溢洪道，由引渠段、控制段、泄槽段、出口消能段等4部分组成，最大泄量为64.47 m3/s。引渠进口段位于右岸坝前库区，进口段现状底高程1 045 m，首部靠近库区段由水库管理部门临时堆土成堰挡水，无控制设施；泄槽段和出口消能段位于右岸坡下游处，为人工开挖右岸岩石边坡而形成的泄洪通道，且其右侧岩石边坡陡立，未做任何防护。溢洪道平均纵坡6%，下游无消能设备，直接泄入河床。

放水洞为卧管取水，后接输水涵洞，位于大坝左岸肩。卧管为斜坡式，采用单排单孔，共26级，其中死水位以上17级，断面形式为矩形。输水涵洞埋置于坝体内，涵洞结构形式为城门洞形浆砌石结构。

水库存在的主要问题有：一是水库现状实际抗洪能力仅能满足10年一遇洪水标准，不能满足30年一遇设计洪水标准和300年一遇校核洪水标准。二是溢洪道断面狭窄，边坡岩体较破碎、陡立，未做任何防护，坍塌堵塞，严重影响泄洪；底板和两侧挡墙未按设计要求完工，给水库带来安全隐患；泄洪时，有可能冲刷大坝下游坡脚，危及大坝安全。三是放水涵洞局部漏水，坝体土与涵洞接触处存在接触冲刷隐患。四是水库无大坝安全监测和通讯设施。

4 除险加固方案比选

根据故城水库现在存在的问题，结合设计过程中大坝渗流、稳定计算的结果，并考虑除险加固工程投资规模有限的实际情况，优先处理影响水库安全的重要项目，确定故城水库除险加固的工程内容为：大坝坝顶整修、坝坡坡面整修、溢洪道加固改造、放水洞卧管的放水孔盖板更换、增设大坝安全监测设施。

同时，因勘察期间水库蓄水位较高，无法彻底查清放水洞接触冲刷渗漏部位，故考虑在除险加固施工过程中水位降低后进一步查明，并结合左坝肩渗漏问题一并加固处理。

在水库除险加固中除溢洪道加固改造项目外，其余改造项目处理方案比较明确，因此着重对溢洪道的加固改造设计方案进行比较。

现状水库溢洪道无控制闸，根据地形、地质条件及溢洪道运行特点，为了满足大坝防洪要求，溢洪道选3种设计方案：加高现有坝体、深挖溢洪道、扩挖溢洪道。水库现有坝体结构完好，防浪墙结构完好，且上、下游坝坡均设置了干砌石，若加高坝体，工程量较大；水库左坝肩紧靠权马公路，坝顶道路与权马公路相连，可作为防汛抢险路，坝体加高后将抬高洪水位，权马公路泄水，无法满足抗洪抢险交通要求。综上所述，加高坝体方案难度较大。下面着重对深挖溢洪道方案和扩挖溢洪道方案进行比较。

4.1 方案一：深挖溢洪道方案

溢洪道引渠段进口现状临时堆积的土石堰顶高程1 046.4 m，右坝头泄槽首部现状底高程1 045 m，宽度为10.5 m。要满足水库防洪能力，需整体降低溢洪道高程以加大泄流能力。经水库调洪计算，溢洪道引渠底高程需降低2.4 m，溢洪道泄槽底高程需降低1.0 m。同时，为保持水库的正常蓄水位1 047 m不变，在溢洪道控制段需设闸门进行控制。

溢洪道右岸现状为岩质边坡，边坡高20～50 m，受风化卸荷作用，表层岩体破碎，边坡岩体局部已坍塌。目前右岸边坡未做任何防护。若继续下挖，必将对边坡造成较大影响，可能造成岩体局部失稳、岩石崩塌，施工难度大。

根据溢洪道现状的地形地质条件，堰顶高程降低后，开挖量较大，施工难度加大，施工防护措施投资较大；且还需设置闸门，工程量大、施工复杂、投资增加、运行管理不方便。

4.2 方案二：扩挖溢洪道方案

为满足水库防洪功能，需增加溢洪道宽度以加大泄流能力。经水库调洪计算，溢洪道泄槽段加宽至16.0 m，泄槽段首部高程维持在1 045 m即可满足泄洪要求。

根据溢洪道现状的地形地质条件，溢洪道泄槽底高程不变，溢洪道向左扩挖，可以避开开挖溢洪道右岸的陡立岩石边坡带来的诸多问题，且开挖料均为人工堆积物，施工难度小，施工防护措施简单。

溢洪道以现状泄槽首部底高程1 045 m为堰顶高程，引渠进口现状临时堆积的土石堰需拆除、开挖至1 045 m，即汛限水位为1 045 m。若保证水库兴利库容不变，需设置控制闸，这样势必增加投资。考虑到除险加固工程投资规模有限，结合径流调节和洪水调节计算成果，确定控制段为闸门控制的无坎宽顶堰，这种方案对现有地形和地质条件适应性强，开挖量小，投资少，施工简单，运行管理方便。

5 结语

通过对故城水库现状及主要问题进行分析，确定采取扩挖溢洪道方案对水库进行加固，从而为工程的顺利实施提供了技术支撑和施工保障。