大宁县刘家庄骨干坝除险加固工程设计

张 晨

（山西水利职业技术学院 山西太原 030027）

1 工程概况

刘家庄骨干坝位于大宁县西北部昕水河流域茨林小流域刘家庄支沟内，系昕水河一级支流，黄河二级支流，属黄土丘陵沟壑区第一副区，地形支离破碎，沟壑纵横，沟深、坡陡、水土流失严重，年平均土壤侵蚀模数为6200t/km2。流域内共有支毛沟4条，沟壑密度为4.38km/km2，主沟长4.0km，沟道平均比降11.08‰。平均沟深为45m，平均沟底宽26m，平均沟上部宽126m。

刘家庄骨干坝控制面积3.83km2，原工程等级为骨干（2）型。工程由大坝、放水卧管、输水涵洞组成，设计洪水标准为20年一遇，校核洪水标准为200年一遇，淤积年限为15年。设计总库容64.0万m3，拦泥库容35.58 万m3。

2 工程现状及加固原因

刘家庄骨干坝由山西润恒水土保持生态环境咨询有限公司于2005年完成设计，于2007年建设完成，年底投入运行。

大坝为碾压式均质土坝，坝长96.43m。坝顶高程845.7m，最大坝高22.7m；放水卧管位于大坝右岸上游岸坡上。卧管总高度20.3m，纵坡1∶2，为浆砌石钢筋混凝土盖板结构。输水涵洞为浆砌石拱涵，全长94.45m，纵坡1∶100。放水建筑物情况良好。

目前，骨干坝上游淤积至高程826.11m，淤积高度3.11m，淤积库容0.18万m3。按照原设计标准，参考认定报告，坝顶宽度4.0m，坝顶平整，原设计上游坝坡1∶2.5，下游坝坡1∶1.75、1∶2.0。根据现场勘查结果，坝坡坡度能够达到设计标准。

刘家庄骨干坝下游有一条村通公路，路宽4.0m，混凝土路面，接至县乡公路，并有一个村庄三多村。根据《黄土高原地区中型以上病险淤地坝认定暂行办法》第三条的“下游影响范围有村庄、学校、工矿、道路等基础设施的骨干坝和中型坝，无配套泄洪建筑物，溃坝可能影响下游人员生命财产安全”，认定刘家庄骨干坝属于病险坝需要加固。

3 除险加固设计方案

与原设计比较，坝高没有增加，维持原坝高，但需新增溢洪道，经现场目测，放水建筑物完好，不需除险加固。因而本次除险加固主要内容为：①新建溢洪道；②整修上坝道路0.5km；③新建交通桥1座。

3.1 新建溢洪道

通过实地勘测、调查坝址处地形、地质情况，经多方案比较，认为坝址处左岸山坡稳定、地基坚实，符合溢洪道布设条件，故将溢洪道工程布置在坝体左岸的土质山坡上。采用开敞式，由引水渠、溢流堰、泄槽和消能段组成。

（1）引水渠及渐变段设计。引水渠的作用是将坝内的洪水平顺地送入溢洪道，引水渠长40m，选用梯形断面，底宽4m，边坡1∶1.2，进口底高程采用840.2m。

渐变段设计为扭曲面型喇叭口，为使水流平顺，渐变段长为溢流堰堰顶水头3.63m的2～3倍，即7.26～10.89m，取9m。底板与扭曲面均为M7.5浆砌石砌筑，高4.2m，顶宽0.4m，底板采用0.5m厚浆砌石衬砌。渐变段进口设一道，齿墙深0.5m，宽0.5m。

（2）溢流堰设计。经计算得堰宽4m，堰顶水头3.63m，溢流堰长应取堰上水头的3～6倍，计算得10.89～21.78m，故取堰长为12m。溢流堰设计高程同拦泥高程，即840.2m。

溢流堰底板与侧墙均为M7.5浆砌石砌筑。侧墙为重力式挡土墙，考虑地形要求，堰顶水头3.63m，墙高取4.2m，顶宽0.6m，底宽1.9m，基础外伸0.2m，底板采用0.5m厚浆砌石砌筑，并设伸缩缝和齿墙，溢流堰进出口各设一道，进口1m×0.5m，出口0.5m×0.5m，齿墙长4m。伸缩缝缝宽2cm，缝内填塞聚苯乙烯泡沫板及聚氯乙烯胶泥。

（3）泄槽段设计。泄槽进口经计算临界水深为2.41m，超高为0.5m，故进口侧墙衬砌高度取2.0m。泄槽出口经计算得，正常水深为0.74m，超高为0.5m，故泄槽出口侧墙衬砌高取1.3m。泄槽采用矩形断面，底宽4m，泄槽底板与侧墙均为M7.5浆砌石砌筑，侧墙为重力式挡土墙，侧墙高为1.2～2.8m，基础厚0.6m，顶宽0.6m，底宽1.2～1.5m；底板厚0.6m，其中上部20cm厚C20混凝土，下部40cm厚M7.5浆砌石砌筑。泄槽坡度根据地形采用1∶2，泄槽段顺水流向每10m设一道伸缩缝和齿墙一道，齿墙深0.5m，宽0.5m，伸缩缝缝宽2cm，缝内填塞聚苯乙烯泡沫板及聚氯乙烯胶泥。

（4）消力池设计。根据实地勘测，依据坝址处地形、地质情况，经多方案比较，认为溢洪道坝泄槽出口处为出露基岩、岩基坚实，抗冲能力强，满足泄流要求，故不再设消力池。

3.2 整修上坝道路

为维护管理方便，改造现有上坝道路0.5km，宽4.0m。泥结碎石路面，厚20cm，道路坡度维持现有道路坡度。

3.3 新建交通桥

新建交通桥1座，设计：（1） 荷载公路-Ⅱ级；（2）桥梁结构：桥梁上部采用跨度6m钢筋混凝土板梁，下部支撑采用扩基重力式桥台，地基承载力不小于150kPa；（3）全桥在两桥台处设简易伸缩缝，采用沥青木板塞缝；（4）全桥台处设简易油毛毡垫层支座；（5）本桥与溢洪道正交，桥台呈平行布置，桥梁设计标高为桥梁中心线标高，采用13cm厚C40混凝土铺装层，桥台后范围填砂砾料。

4 施工设计

4.1 施工方法及质量要求

（1）确定溢洪道工程的位置。先根据枢纽平面布置图，确立溢洪道位置，并用水准仪测出溢洪道进口高程，然后根据设计图用经纬仪将溢洪道的轴线测设在实地上。

（2）建筑材料。溢洪道衬砌材料必须是质地坚硬，形状整齐，不易风化，砂子必须是级配均匀、颗粒坚硬的清砂；水泥必须是强度等级为32.5的合格水泥。砂浆、混凝土必须按设计的配合比调合，搅拌时必须按要求的程序步骤进行。

（3）石方砌筑。砌筑采用挤浆法，块石要放稳、放平，块石之间的缝隙要填满砂浆，上、下两层的竖缝必须错开，石料较平整的一面应放在临水面，以利水流畅通。砌体在勾缝前，需将原砌石接缝处的浮浆清除3-5cm深，然后进行勾缝。砌体要进行洒水养护，表面用草袋覆盖，洒水次数根据气温和风力而定，要使砌体经常保持湿润状态。暂不加砌的，至少要养护7天。在砌筑的表面严禁敲打、震动。基础和侧墙要分开砌筑，沉陷缝用沥青麻刀回填。

（4）土方回填。砌体外侧按设计要求用黏土回填，人工夯实，干容重大于坝体设计干容重。靠近侧墙部位，黏土含水量不能小于20%，用大锤夯捣使回填土料挤满每个石缝。

（5）交通桥。交通桥采用现场浇筑，混凝土必须按设计的配合比调合拌制，水灰比合适，待模板支护完成后，分层进行浇筑，振捣密实，避免漏振。拆模后要进行洒水养护，表面用草袋覆盖，洒水次数根据气温和风力而定，要使混凝土经常保持湿润状态，至少要养护7天。按桥梁工程施工验收要求进行。

4.2 施工组织设计

（1）施工工艺流程。刘家庄骨干坝除险加固的施工顺序划分了四个阶段。第一阶段为工程前期工作阶段，主要工序为放线，将建筑物按照设计尺寸测放在实地，完成所有的桩线布置。第二阶段为工程准备阶段，主要任务为基础开挖及选料、备料。根据设计要求，对块石、清砂、水泥等建筑材料订购、化验、拉运，清理施工场地。第三阶段为工程实施阶段，具体工序有：引水渠的开挖、渐变段、溢流堰、泄槽与消力池的浆砌体砌筑勾缝及回填处理。大坝坝体整修、砌体修复、道路工程等；第四阶段为结束阶段，主要任务是施工场地整治，资料整编，竣工验收等。

（2）施工组织形式。该工程参照基本建设程序，实行项目法人制、招标投标制、工程监理制，在项目法人的组织领导下，通过招投标，选择具有相应资质的施工队伍和监理单位组织实施和监理。

5 结语

刘家庄骨干坝作为公益性水土保持生态环境建设项目，能极大地改善当地生产生活条件和生态环境，其运行安全及效益发挥与当地群众生产生活密切相关。通过以上除险加固工程措施，消除了骨干坝存在的安全隐患，确保了骨干坝的安全运行，使其发挥更大的经济效益。