木匠沟门水库除险加固工程设计

张宽义

摘 要：确定了水库的工程等级、建筑物级别及洪水标准，并对拦河坝、溢洪道、放水洞等建筑物进行了除险加固设计，消除了水库的病险隐患，提高了水库的防洪能力，保证了工程自身和水库下游保护区的防洪安全。

关键词：除险加固；工程设计；均质土坝

1 工程概况

木匠沟门水库位于河北省承德市丰宁满族自治县潮河上游黄旗镇木匠沟门村，坝址以上控制流域面积25.4km2，总库容84.2万平方米，是一座以防洪为主、兼有灌溉、养殖的小（2）型水库。水库于1958年动工建设，1959年开始蓄水。

水库工程主要由拦河坝、溢洪道与放水洞三部分组成。拦河坝为均质土坝，坝顶长160.0m，坝顶宽4.8m，坝顶高程931.34m，最大坝高19.4m。溢洪道位于拦河坝右岸，为岸边开敞自由式溢洪道，堰顶高程925.27m，堰顶宽1.3m，堰高1.0m，进口宽35.0～22.0m，长20.0m，以下直槽段长150.0m，宽22.0～20.0m；溢洪道两侧导流墙高3.0m。放水洞位于拦河坝左岸，为浆砌石无压涵管，管长123.0m，断面为0.8×1.6m（宽×高），进口设有混凝土斜拉闸门，进口底高程914.18m，底坡坡降为1/60，最大放水能力为0.75m3/s。

2 工程存在的问题和除险加固的必要性

2.1 工程存在的问题

（1）拦河坝上游干砌石护坡砌筑质量较差，反滤层未达到设计要求，干砌石护坡部分损坏严重，坡面灌木杂草丛生，影响水库的正常运行；下游坝坡未设护砌，有亏坡现象，坝脚未设排水设施；右岸边坡为堆石护坡，施工质量差，坡面灌木杂草丛生，部分块石损坏严重。（2）水库运行过程中，当水库水位高于正常蓄水位时，左坝肩有绕坝渗流现象发生。严重影响拦河坝的稳定和渗流安全。（3）溢洪道出口消能、防冲工程均未建设，泄洪时威胁出口村庄人民生命财产的安全，存在安全隐患。（4）放水洞为浆砌石无压涵洞。洞身局部存在砌石脱落现象，出口尾水渠损坏严重，进口混凝土斜拉闸门已经严重损坏，闸门关闭不严，启闭不灵活，钢丝绳锈蚀严重，启闭机室出现裂缝，存在较大安全隐患。（5）水库上坝交通不完善，影响水库的日常管理和维护。

2.2 除险加固的必要性

木匠沟门水库存在的上述问题严重威胁工程自身和水库下游保护区的防洪安全，同时也影响了水库灌溉等综合效益的发挥。为彻底消除影响水库工程安全的隐患，充分发挥其在防洪、灌溉、养殖等方面的综合效益，需尽快实施水库除险加固工程。

3 除险加固工程设计

3.1 工程等级、建筑物级别及洪水标准

水库总库容82.4万平方米，根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）划分，木匠沟门水库属小（2）型水库，工程等别为Ⅴ等，拦河坝、溢洪道、放水洞等建筑物按5级设计。设计洪水标准为30年一遇，校核洪水标准为300年一遇。

3.2 工程除险加固设计

3.2.1 拦河坝加固设计

（1）拦河坝防渗设计。该方案是在左坝肩绕渗区域的坝体及坝基风化岩层进行帷幕灌浆解决左坝肩绕渗问题。灌浆帷幕分两排布置，沿坝顶中心线设第一排灌浆孔，距坝顶中心线上游1.5m处设第二排灌浆孔，按分序加密的原则进行，孔距1.5m，深入坝肩岩体5m，最大钻孔深度24m，即坝基弱风化岩体底边线以下0.5m。灌浆帷幕设计标准按灌浆后基岩的透水率确定为小于或等于5Lu。根据地质勘查成果，第一排灌浆帷幕布置范围为左坝肩绕渗区域左侧延伸10m，坝体侧延伸25.5m。（2）坝顶加固。首先将现状坝顶清除杂土，再修建坝顶路面，加固后坝顶高程仍为931.34m，坝顶现状宽4.8m，设计中，考虑到上游坝坡反滤料铺设要求，将坝顶扩宽到5.0m，坝轴线向上游平移0.1m；坝顶采用风化料封顶，厚50cm，长160.0m，宽4.7m。上、下游侧均设混凝土路缘石，路缘石厚15cm，高50cm，顶面与坝顶路面齐平。坝顶路面采用单侧向下游排水，坡度1.5%。（3）上游坝坡及右岸边坡加固整修。对拦河坝上游干砌石护坡进行翻修处理，首先拆除原干砌石护坡，然后对坝面进行平整夯实进行反滤料铺设，考虑到抗冻要求，水位变动区死水位至校核洪水位设置两层反滤，由下向上依次厚40cm的中粗砂、厚40cm的小石层（粒径5～20mm），表层采用浆砌石框格内填充块石护坡，校核洪水位以上及死水位以下进行局部翻修，采用干砌石护坡，厚度40cm，下设15cm厚碎石垫层。对右岸边坡加固整修，整修范围为自右坝肩沿右岸边坡向上游103m，首先拆除原堆石护坡，然后对坡面进行平整夯实，采用干砌石防护，护砌厚度30cm，干砌石下铺设15cm厚碎石垫层。（4）下游坝坡整修。下游坝坡为自然草皮防护，加固设计维持原护坡型式，仅对局部亏坡部位进行整修，大坝下游设计边坡为1：2.5，不满足设计坡比部位采用坝顶清除表土进行回填。（5）下游坝脚排水系统设计。增设贴坡排水及坝脚排水沟。贴坡前需将现状坝坡上的杂草及腐殖土清除干净，坡面清除厚度为30cm，清理后回填壤土至设计坡比1：2.5，排水体高2.5m，设置两层反滤，由下向上依次为厚20cm的中粗砂，厚20cm的小石层（粒径5～20mm）和厚30cm的中石层（粒径20～40mm），表层为厚30cm的干砌石。在大坝下游坝脚设排水沟和外引排水沟，排除坝面积水。坝脚排水沟由30cm厚的干砌石砌筑，外引排水沟采用30cm厚浆砌石砌筑，坝脚排水沟和外引排水沟砌石下设厚15cm碎石垫层。

3.2.2 溢洪道加固设计

（1）进口段加固。加固溢洪道进口段长20.0m，宽35.0～22.0m，进口段采用浆砌石护底，浆砌石厚度30cm，护砌前首先对进口段范围的基础进行清理，保证防护后进口段范围内高程不变。（2）出口防护设施。溢洪道出口段新建挡土墙，采用浆砌石重力式结构，挡土墙高3.0m，并对底板进行浆砌石护砌，厚30cm；消能段采用跌水消能型式，跌水采用梯级台阶泄水，高差为5.0m，台阶尺寸0.5m×1.8m，为浆砌石结构；防冲段采用块石护底，长12m，寬20m，厚0.5m。

3.2.3 放水洞加固设计

（1）放水洞洞身及出口段加固。加固对洞身破损段进行浆砌石衬砌加固。对下游尾渠拆除重建，新建尾渠为矩型浆砌石结构，底宽0.8m、高1.2m，两侧墙及渠底厚40cm，下设厚15cm碎石垫层。尾水渠段长50.0m，每隔10m设一道沉降缝，缝宽2cm，缝内填聚乙烯泡沫板。（2）更换闸门、启闭机及启闭机室改建。加固将进口斜拉混凝土闸门更换为铸铁闸门，启闭设备更换为螺杆启闭机，基础采用混凝土结构。启闭机室进行拆除改建，采用砖混结构，建筑面积9m2。

3.2.4 交通桥设计

本次水库除险加固在溢洪道进口桩号0+030处新建交通桥横跨溢洪道与上下游道路相接，主桥共3跨，单跨长7.6m，总长22.8m，桥宽3.5m，桥墩（台）采用浆砌石结构。

桥面板为C30F200钢筋混凝土现浇板，厚0.42m，宽3.5m，长7.56m；桥面为10cm厚的C40W4混凝土铺装层，桥面横向设1.5%的横坡。桥两侧为C20钢筋混凝土结构栏杆，高1.2m。

桥墩和墩基础采用M7.5浆砌石结构。桥墩宽1.0m，高4.10m（包括0.4m高台帽），长4.94m，基础高1.5m；桥台为重力式，高4.10m（包括0.4m高台帽），宽1.2m，基础高1.5m。桥墩台帽采用C30F200钢筋混凝土结构。

桥头搭板采用C20钢筋混凝土结构，下设30cm碎石垫层，其中左岸5m，右岸5m，总计长10m。

4 结束语

针对水库存在的病险问题，采用相应工程措施对拦河坝、溢洪道、放水洞等主要建筑物进行了除险加固，消除了水库工程安全的隐患，既保证了工程自身和水库下游保护区的防洪安全，也保证了水库在防洪、灌溉、养殖等方面的综合效益的发挥。

参考文献

[1]水利部.SL274-2001.碾压式土石坝設计规范[S].2001.

[2]水利部.SL253-2000.溢洪道设计规范[S].2000.

[3]水利部.DL252-2000.水利水电工程等级划分及洪水标准[S].2000.

[4]水利部.DL_T5148-2001.水工建筑物水泥灌浆施工技术规范[S].2001.

[5]水利部.SL265-2001.水闸设计规范[S].2001.