张家沟水库除险加固工程设计与施工要点

孙 秀

(长治市襄屯灌区管理中心)

1 工程概况

张家沟水库位于屯留县吾元镇张家沟村，属海河流域漳河水系浊漳南源一级支流(绛河支流)，总控制面积6.2 km2，其中上游为龙门口水库，控制流域面积3.4 km2，区间2.8 km2。水库于1974年竣工，设计总库容21.6万 m3，其中死库容6.3万 m3，兴利库容万8.3万 m3，防洪库容7.0万 m3，是以防洪、灌溉为主的小(II)型水库。该水库防洪保护范围包括1个村的1 200口人和官三线县级公路等。

水库枢纽工程由大坝、溢洪道和放水卧管组成。大坝为均质碾压土坝，坝顶长103 m，坝顶宽3.0 m，坝顶高程1 021.8 m，最大坝高11.8 m。大坝上游坡比1∶3，采用干砌石护砌;下游坡比1∶2.5。

2 存在问题

张家沟水库运行近40年来，充分发挥了拦洪削峰作用，缓解了下游防洪压力，保证了人民群众的生命财产安全。同时，灌溉了农田，保证了粮食安全。目前，水库建筑物存在以下问题。

2.1 淤积严重，防洪能力降低

由于水库淤积严重，死库容基本淤满，仅能满足10年一遇设计洪水标准，无法满足50年一遇校核洪水标准要求。

2.2 坝坡呈现隐患，影响大坝安全

坝坡出现裂缝、孔穴和塌坑，影响大坝稳定。上游坝坡砌石损毁，下游坝坡无排水设施。

2.3 放水设施不完善或损毁，上坝道路狭窄

现状溢洪道仅局部护砌，出口无消能设施;放水卧管、涵管出口消能设施损毁。上坝道路狭窄，难以满足防汛抢险要求。

经有关部门鉴定，张家沟水库为三类病险水库。为确保水库安全运行，必须进行除险加固改造。

3 除险加固工程方案设计

3.1 大坝

3.1.1 增设防浪墙

防浪墙顶宽 0.5 m，高 1.0 m，墙顶高程1 022.8 m，M7.5水泥砂浆砌石结构。

3.1.2 大坝坝体整修

坝体的裂缝，主要是因坝体干缩、施工时坝体填筑不均匀、分段接茬处理不当等，从而造成坝基和坝体的不均匀沉降所致。孔穴、塌坑是坝体裂缝在雨水的冲刷下，土层下陷而成。本次坝坡整修，首先把现有坝坡上的杂草、灌木及腐殖土清除干净，清除厚度0.5 m;然后对坝坡按设计断面进行适当补填及削坡。同时，对坝体上的孔穴、塌坑及裂缝，全断面彻底挖除并重新回填黏土夯实，压实度不低于96%。大面积土方回填和夯实采用74 kW推土机摊土，8-12 t羊脚碾碾压，边角处采用2.8 kW蛙式打夯机夯实。小面积土方回填采用人工平土，2.8 kW蛙式打夯机夯实。坝体经过整修，将上游坝坡恢复至1∶3.0，下游坝坡恢复至1∶2.5。

3.1.3 坝坡护砌

根据实际情况和防洪要求，拟对大坝上游坝坡清坡整平后铺设40 cm厚的干砌石，下设厚20 cm砂砾料垫层及15 cm厚的粗砂垫层。护坡坡脚伸入淤积层以下1.0 m。大坝下游坝坡采用草皮护坡。

3.1.4 贴坡排水

坝下游坡脚现无反滤体，本次新增贴坡排水。贴坡顶面高程1 014.0 m，顶宽2.41 m，从外到内依次为干砌块石、碎石、砂砾料和粗砂，砌筑石块要求排砌嵌紧。

3.1.5 坝坡排水

为了防止暴雨冲刷坝肩和下游坝坡，将水流送至坝脚以外，在下游坝坡与岸坡结合处布设横向排水沟3条，在下游坡脚设一纵向排水沟，并与坝坡横向排水沟相连。排水沟形式为矩形断面，采用现浇C15砼浇筑。横向排水沟断面尺寸为0.3 m×0.3 m，坡脚纵向排水沟断面尺寸为0.5 m×0.3 m。

3.1.6 坝顶道路

原坝顶道路为土路面，宽3.0 m。雨天泥泞，影响管理人员巡察。本次改造将坝顶拓宽至4.0 m，路面采用0.2 m厚泥结碎石结构，以1%横坡向下游倾斜。

3.2 溢洪道

本次除险加固改造，将溢洪道分为引渠段、控制段、泄槽段及消力池四部分。

由于溢洪道左侧为基岩，岩体几乎垂直，不需衬砌，全段只需对右侧(靠坝体一侧)侧墙和溢洪道底板衬砌。底板为现浇C20砼，各段连接处均设齿墙，齿墙高0.5 m，厚0.3 m。

引渠段全长20.9 m，进口底高程1 016.79 m，纵坡1/100为倒坡，断面为矩形。引渠段右侧侧墙紧贴大坝坝坡，为挡土墙式，顶厚0.6 m。侧墙由地面起逐渐加高至4.8 m。

控制段长度79.5 m，始端底高程1 017.0 m，末端底高程1 015.01 m，纵坡1/40。

泄槽段断面为梯形，底宽3.8 m，右侧侧墙坡比1∶0.75。侧墙高度4.8-3.1 m，为渐变形式。由于泄槽段右侧土体单薄，且形状不规则，本次对其整修成顶宽3 m、外坡比1∶1.25与地面连接。

消力池全长10 m，池深1.0 m，池宽3 m。侧墙高4.1 m，为挡土墙形式。消力池出口接5 m长铅丝笼石护坦。

3.3 放水卧管

由于卧管管台砌体老化，剥蚀严重，已不能正常运行，本次重修卧管，增设孔塞。

4 主要加固改造工程施工要点

4.1 大坝加固施工

坝体整修前，首先清除该段的杂草、腐殖土、砂、石等。坝坡培厚段要将原坝坡开挖成平顺的边坡，坡度不陡于1∶1，以便于新旧土层结合。清基采用74 kW推土机施工，清基深度为50 cm，清基范围应超出设计边线30-50 cm。坝体上的塌坑、孔洞、裂缝按楔形缝开挖，采用机械和人工配合，回填黏土采用蛙式打夯机和人工石硪夯打相结合，使其压实度不小于96%。腐殖土、杂草等清除物由1 m3挖掘机或3 m3装载机挖装，8 t自卸汽车运至下游弃渣场集中堆放。

4.2 下游护坡施工

坡面反滤料回填、干砌石(包括拆除)采用人工施工，筛选并利用部分拆除料。干砌石要自下而上砌筑，每块块石重量不小于15 kg。护坡应严格按照设计要求铺砌，坡面不允许有游石、孤石、补贴石、小石等现象。砂砾料、碎石、干砌块石应优先利用原有的坝坡石料，不足部分再适当补充。干砌石护坡要逐层填实，用大石排紧小石塞严，无活石，以脚踏不动为准;坝面石选用较大石块排砌，错缝竖砌，结合平稳，不得使用垫石;石面接触严密，坝面坡度平整。

下游坝坡草皮护坡的植草时间宜在春季或初夏，坝坡整平后，铺填种植土50-70 mm，再铺植被网，用防滑钉固定，播洒草籽于网内，松土覆盖，轻轻压实。

4.3 溢洪道施工

施工内容主要为溢洪道衬砌。土方开挖采用1 m3挖掘机挖装，8 t自卸汽车运输至下游坝坡做培厚用土。浆砌石采用砂浆搅拌机拌制砂浆，人工砌筑。混凝土拌和采用0.4 m3搅拌机，0.6 m3机动翻斗车运输入仓，仓面内用高频振捣器振捣。砼施工要求为:砼表面光洁、无蜂窝麻面;在常温下，砼浇筑完毕36 h后即可拆模;用草袋覆盖洒水养护不少于7 d。亦可用砼养生剂养护，但必须喷洒均匀。

5 结语

张家沟水库除险加固后，可消除大坝安全隐患，充分发挥其防洪功能和灌溉效益，在保护下游人民群众生命财产安全的同时，提高农业产量，保证粮食安全。