石匣水库除险加固工程设计

邢 燕

（长治市水利勘测设计研究院，山西 长治 046000）

1 概况

石匣水库位于浊漳河流域平顺河支流石匣沟上，地处平顺县西沟乡石匣村西。水库于1968年12月动工兴建，1970年1月竣工蓄水投入使用，控制流域面积9.80 km2，总库容61.5万m3，是一座以防洪、人畜饮水为主，兼顾灌溉、水产养殖和部分工业供水的小（二）型水库。原设计洪水标准10年一遇，校核洪水标准100年一遇。现状运用汛限水位1 019.50 m。水库枢纽工程主要包括大坝、溢洪道和输水洞。

2 存在问题

水库自建成运行以来，对促进当地经济发展发挥了重要作用，但经多年运行出现了诸多问题，主要表现在：一是水库大坝现状防洪能力不达100年一遇校核洪水标准，不满足现行规范要求。二是坝顶无防浪墙，防护栏杆遗失；下游坝坡长有灌木杂草；坝基无防渗措施，坝体多处渗水。三是溢洪道控制段堰顶高程仅低于坝顶2.0 m，泄槽段70 m处堆积有块石，影响泄洪；控制段5孔闸门手动启闭机全部遗失，钢筋混凝土闸门全部损坏。四是输水洞进口卧管淤积堵塞、盖板遗失，出口铸铁管老化锈蚀，闸阀老化，漏水严重。经安全评价鉴定，水库大坝为三类坝，属病险水库。

3 水库改造必要性分析

随着当地经济社会发展，水库下游防洪保护区内村庄、企业及公路等基础设施对其防洪安全的要求越来越高。水库枢纽工程存在的隐患和问题，造成每年度汛工作的难度和风险较大。改造水库消除隐患，充分利用现有水利设施，延长正常运行期限，发挥最佳效益，对确保水库工程安全运行，保护下游人民生命财产安全，促进当地经济可持续发展，是十分必要和紧迫的。

4 改造设计过程

4.1 大坝改造设计

4.1.1 大坝上游坝面防渗

大坝坝体多处渗水，为保证大坝结构安全，对上游坝面进行凿毛清洗，并采用混凝土防渗衬砌。根据《砌石坝设计规范》中对混凝土防渗面板厚度的要求，同时考虑便于施工，衬砌厚度确定为300 mm。混凝土标号C25，抗冻等级F200，抗渗等级W4。

在混凝土表层设置温度构造钢筋。在浆砌石坝体上游面布置锚筋，锚入旧砌体1.2 m，锚筋直径16 mm，梅花形布置，间距1.0 m×1.0 m，钢筋外端与面板温度构造钢筋连接。

混凝土防渗层需设置伸缩缝，伸缩缝间距10.0 m左右，缝宽10 mm，缝内安装遇水膨胀止水条，填塞沥青砂浆。

4.1.2 下游坝面维修勾缝

对下游坝面整修，清理杂草树木，对局部损坏砌体进行修补，然后采用M10.0水泥砂浆勾缝。

4.1.3 坝顶改造

为满足坝顶结构安全和运行管理要求，清理坝顶已风化损坏的砂浆层，重新铺设C20混凝土路面，厚度120 mm，表面配置温度构造钢筋。

在坝顶两侧重新设置钢筋混凝土防护栏杆，总长度350 m。

4.1.4 坝顶溢流堰设计

溢流坝段布置在大坝中部，桩号0+070—0+090，总宽度20.0 m，分为4孔，每孔净宽4.4 m，桥墩厚度0.8 m。

溢流堰堰顶高程1 018.5 m，开敞式自由泄流，不设闸门。20年一遇设计洪水时溢流堰最大泄量50.0 m3/s，相应单宽泄量2.50 m3/s，相应下游水位998.6 m，水深1.70 m；100年一遇校核洪水时溢流堰最大泄量98.0 m3/s，相应单宽泄量4.90 m3/s。

根据工程地质条件、泄流落差、泄洪流量及下游水深情况，溢流坝段采用挑流消能形式。反弧半径6.66 m，挑坎高程1 002.2 m，挑角25°。挑坎下缘与坝体下游坝趾对齐。

溢流面及消能段两侧设翼墙，翼墙高度0.7 m，宽度0.8 m，上部与交通桥两侧边墩相接，下部至下游坝趾处与溢流面、挑流消能段混凝土整体现浇。

溢流堰在原坝体结构上改造，需拆除部分浆砌石坝体。溢流堰堰面及坝后消能段混凝土采用C20，混凝土表层设置温度构造钢筋，为保证混凝土与浆砌石坝体连接紧密，在浆砌石坝面布置直径16 mm锚筋，梅花形布置，间距1.0 m×1.0 m，钢筋外端与混凝土表面温度构造钢筋有效连接。

4.2 溢洪道改造设计

引渠段开挖清理，开挖深度0.2～0.5 m。闸室段现有闸门损坏，启闭设备遗失，考虑到现有溢洪道安装闸门已无作用，将其拆除。泄槽段清理淤积堵塞的土石方，对底板、左侧岸坡进行开挖规整。溢洪道开挖清理后，与坝顶增设的溢流段共同运行。

4.3 输水洞改造设计

卧管维修，进水孔口安装预制盖板。盖板采用C20混凝土预制安装。

更换出口处铸铁管和控制闸阀，维修启闭室。铸铁管道出口段更换为直径250 mm的钢管，长度8.0 m；安装两套直径250 mm手动闸阀；对启闭室内管道基础拆除重建，采用C20混凝土现浇。

对启闭室进行维修，更换门窗，维修屋顶，内外墙体抹面。

4.4 施工导流

在非汛期对上游坝面混凝土进行施工时，要在上游坝面的上游修建围堰挡水，利用输水洞导流。施工前先进行输水洞卧管的清淤整修，保证输水洞能正常运行，上游少量来水能及时排出。

溢洪道施工围堰采用土围堰，围堰结合坝前施工道路修筑，并合理利用上游坝脚施工开挖土方填筑。

围堰设计顶宽3.0 m，最大堰高3.5 m，堰顶高程1 009.5 m（坝前淤积高程 1 006.0 m），上游边坡 1∶1.5，下游边坡1∶1.5，在堰体临水面铺设土工膜防渗，采用草袋装土压坡。

围堰采用全断面围堰，沿坝前5.0 m处结合临时道路布置，离开上游坝脚的水平距离5.0～6.0 m，长度共120 m。

围堰在对应输水洞进口处设置导流涵管，采用直径500 mm的钢筋混凝土排水管，长度12.0 m，埋设于围堰下，管底高程1 006.0 m。

基坑排水采用设置积水井，利用水泵排水至水库内。

5 水土保护措施

本工程水土流失防治目标为：预防和治理因工程建设造成的新的水土流失；在保障工程建设和运行安全的前提下，合理保护和利用水土资源，提高土地生产力，减轻水土流失，改善生态环境。

结合工程特点，水土流失防治分区为大坝防治区、溢洪道防治区和临时占地防治区。

5.1 大坝防治区水土保持措施

大坝防治区包括坝顶、上下游坝坡。坝顶改造为混凝土路面，上下游坝面均为浆砌石或混凝土面，施工完成后均可避免产生水土流失。

5.2 溢洪道防治区水土保持措施

现溢洪道闸室段边墙和底板为浆砌石结构，其余部分均为岩基上开挖断面，设计对其淤积堵塞的土石方进行清理，完成后不会新增水土流失，满足水土保持的要求。

5.3 临时占地防治区水土保持措施

工程临时占地位于大坝右坝肩、上下游坝脚和溢洪道，分别为施工临建区、堆料场、搅拌站、预制场和临时道路等。施工临建拆除后，将全部弃渣运往下游左侧弃渣场，原场地整平压实恢复原地貌。

弃渣场采用整平覆土措施（利用弃土），防止水土流失。

6 结论

石匣水库除险加固工程的建设，保证了下游城镇及乡村的安全和经济可持续发展，对提高当地群众生活质量，改善生态环境具有重要作用。工程建设所产生的不利影响是暂时的，随着工程的完工，水库的功能将更加完善，安全性进一步提高。