石板上水库除险加固设计方案综述

董 伟

（1.太原理工大学，山西 太原 030024；2.山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

1 工程概况

水库枢纽工程由主副大坝、溢洪道、输水洞及交通桥等建筑物组成。大坝为碾压均质土坝，坝顶高程1000.3～1000.9m，主坝顶长 297.4m，副坝顶长105m，宽4m，最大坝高13.6m，坝顶路面未硬化，无防浪墙；大坝上游坝坡1∶2.25，干砌石护坡，下游坝坡1∶2.5，分别在998.1m和991.1m高程处设宽2.0m马道，草皮护坡；坝基防渗形式为黏土截水槽。水库正常蓄水位997.5m。

输水洞位于大坝右侧（溢洪道左侧），进口底高程995.5m，为浆砌料石城门洞型涵洞，洞长40m，断面尺寸 1.0m×1.1m×0.5m（宽×高×长），设工作闸门和检修闸门，工作闸门为混凝土闸门，手动螺杆启闭机启闭，检修闸门未安装。启闭平台由砖墙围护，部分已破损。输水洞输水流量2.0m3/s。

2 存在问题

根据《山西省沁县石板上水库大坝安全鉴定报告》，水库枢纽工程存在以下问题：一是大坝遭遇300年一遇洪水时，水库防洪不满足现行规范要求。二是大坝上游坡面石料风化破损严重，杂草丛生；坝体下游无排水体，坝体存在发生流土渗透破坏的安全隐患。三是溢洪道开挖边坡陡立，无衬砌，部分风化坍塌；水流直接跌入河道，无消能防冲设施。四是工作闸门年久失修，老化严重，无法正常运行，手动启闭机锈蚀严重，不能启闭；无检修闸门。

3 除险加固工程设计

3.1 除险加固方案

根据工程现状，拟考虑溢洪道加宽降堰方案：坝顶高程维持现状，平整后设计值1000.8m；受输水涵洞取水高程、溢洪道尾部输水渠道顶高程控制，溢洪道堰顶高程取996.7m，较现状溢洪道堰顶高程降低0.8m，溢洪道拓宽至13m，校核洪水位1000.71m。

3.2 工程布置

大坝加固包括坝顶平整、坝顶路面硬化、坝顶增设防浪墙、上游护坡拆除重建和下游坝坡坡脚增设贴坡排水体五部分。

溢洪道位于大坝右坝肩，进口垂直于坝轴线。溢洪道单孔底宽13.0m，开敞式宽顶堰，最大泄量173.5m3/s，设计泄量 92.0m3/s，总长 146.5m，由引渠段、控制段、泄槽段、消能防冲段等组成。为满足灌溉要求，宽顶堰上设挡水子堰，为碾压均质土堰，堰顶高程998.0m（正常蓄水位），行洪时自动溃坝。

输水洞位于大坝右侧，拆除原闸室进行改建。改建闸室布置在原闸室位置，设计闸室长3.6m，底高程995.5m，沿水流方向布置检修闸门和工作闸门，两闸门间距1.2m。

1.2.1 MRI检查 本组患者均接受颅脑MRI检查，应用德国西门子公司公司生产的MAGNETOM Avanto型1.5T超导磁共振扫描仪检查；指导并协助患者行平卧体位，先行常规颅脑扫描：T1WI(TR、TE分别为400ms、20ms)、T2WI（TR、TE分别为2800ms、105ms）及液体衰减反转恢复成像（FLAIR）序列（TR、TE分别为8000ms、204ms）；矩阵为256×256，层后、层间距分别为5mm、1mm；再行增强扫描，应用钆喷酸葡胺作为对比剂，按0.2mL/kg静脉注射，再行轴位、矢状位以及冠状位扫描，均采用SET1WI抑制序列。

溢洪道控制段上部设交通桥连接坝顶交通和右岸石板上村公路，桥面宽4.8m，高程1002.0m。

3.3 大坝加固设计

大坝为碾压均质土坝，对大坝上游护坡、坝顶结构及998.1m高程以上下游坝坡进行改造。

3.3.1 坝顶构造及大坝防洪

现状坝顶高程1000.3～1000.9m，设计坝顶平整高程1000.8m，计入路面厚度，大坝坝顶高程1001.1m，坝顶路面横坡设倾向下游单坡，坡度2%。

坝顶宽度结合原坝顶宽度和坝顶交通要求，路面净宽4.0m，坝顶交通为C25混凝土路面，设计厚度0.2m，下设0.1m厚的碎石垫层。坝顶上游侧为防浪墙，下游设高宽均为0.3m的路缘石。

防浪墙为C20钢筋混凝土结构，墙体地面以上高度1.0m，总高1.8m，墙顶宽0.45m，墙厚0.3m，基础厚0.4m，总宽度1.5m。沿防浪墙墙体每10m设一横向伸缩缝，缝内填高密度聚乙烯闭孔板。

经改造，通过水文相关计算，300年一遇洪峰流量为315m3/s，30年一遇洪峰流量为177m3/s，满足现行规范要求。

3.3.2 护坡及排水

水库大坝原断面上游坝坡为1∶2.25，下游坝坡为1∶2.5，坝坡较缓，经对其渗流和稳定复核计算，均满足规范要求，上游维持原坝体坡度；坝顶由于增设防浪墙和排水沟，998.1m高程以上的下游坝坡坡度由1∶2.5 调整为 1∶2.0。

大坝上游护坡拆除后仍采用干砌石护坡，护坡底部深入水库淤积高程以下1.5m，护坡底高程989.5m。设计护坡厚度0.3m，下设0.3m厚的砂砾石垫层。干砌石护坡块石料要求有较强的抗冰冻能力和较高的抗风化能力，采用石料场开采的新鲜砂岩块石；砂垫层粒径范围10～25 mm。大坝下游草皮护坡较完整，维持现状。下游998.1m高程以上恢复草皮护坡。

坝顶下游侧设浆砌石纵向排水沟，矩形断面，断面尺寸0.3m×0.3m（宽×高），浆砌石厚度0.3m；两级马道内侧均设纵向浆砌石排水沟，矩形断面，断面尺寸0.4m×0.4m（宽×高），浆砌石厚度0.3m；坝脚设纵向排水沟，汇集排水棱体渗水，断面尺寸0.4m×0.6m（宽×高）。沿坝体每50m设一横向排水沟，坝体与岸坡和溢洪道连接处增设，共布设6道，断面尺寸0.3m×0.3m（宽×高）。上述排水沟浆砌石厚度均为0.3m。

3.3.3 贴坡排水体

大坝坝坡加固后在坝脚增设贴坡排水体。排水体坡度1∶2.5，排水体与坝体土间设三层反滤，每层厚度0.25m。排水体石料要求能抵抗风化作用和冰冻作用，并具有良好的抗水性，块径不超1.0m，含泥量不大于3%。反滤料可选用当地砂料和石料厂材料进行人工配制。

3.4 大坝渗流复核计算

3.4.1 渗流计算

大坝渗流稳定分析计算选取一个典型断面，即大坝右侧靠近溢洪道处最大坝高断面。

通过计算，在各种工况下，大坝浸润线均在下游坝坡出逸，坝内各部位渗透比降均小于该土层的允许比降。由此可知，在各种工况下，坝体各部及坝基覆盖层的渗透稳定性满足要求，不存在渗透稳定问题。为降低坝体内浸润线，保护坝体土不发生流土，在下游坝脚设堆石棱体排水。

3.4.2 大坝稳定复核计算

大坝坝坡稳定计算断面的选取与渗流计算断面一致，坝坡稳定计算根据《碾压式土石坝设计规范》要求采用毕肖普法，正常运用条件下坝坡抗滑稳定最小安全系数为1.25，非常运用条件下坝坡抗滑稳定最小安全系数为1.10。

现状溢洪道出口处为跌水，无消能方式，该处地形落差约10m，对该段陡坡拟选用陡坡和跌水两种泄水方式进行比选。

3.5 溢洪道加固设计

设计陡坡坡度1∶1.5，下接底流消力池。该方案需在原跌水处进行削坡。削坡后输水渠道被挖除，拟将原输水渠道部分改线，改线段长75m，消力池长33m。该方案陡坡段为整体式C25钢筋混凝土结构，消力池为MU7.5浆砌石结构，内衬0.2m厚的C35抗冲磨混凝土。

3.6 输水洞加固设计

金属结构改造内容为更新输水洞进口检修闸门、工作闸门及配套启闭设备。

4 结语

石板上水库除险加固完成后，提高了大坝的稳定性，水库的防洪标准达到了规范要求，解决了大坝的渗流问题，使水库的运行更加可靠，同时可以充分发挥水库的经济效益和社会效益，确保了沿岸群众的生命财产安全。