蔡家坡水库除险加固方案探析

薛景涛

（户县水务局 陕西 户县 710300）

1 工程概况

蔡家坡水库位于户县石井镇蔡家坡村南的曲峪河口，曲峪河发源于秦岭北麓，属渭河三级支流，石井镇蔡家坡村组织会战于1972年建成蓄水运行，原总库容14万m3，大坝以上控制流域面积11.1km2，山内段河道长度8.9km，是一座以防洪为主，兼有灌溉、旅游等综合效益的Ⅴ等小(二)型水库。

蔡家坡水库枢纽工程由大坝、溢洪道及放水设施等组成。

大坝为土坝，坝高22.9m，坝顶宽3.9m，坝顶长60.8m，迎水坡坡比1∶1，背水坡上半段坡比1∶1，下半段坡比1∶1.3。坝底长20.6m，坝基宽41m。坝顶迎水面浆砌石防浪墙宽1m，高1.1m，坝顶高程551.90m，防浪墙顶高程553.00m，下游坝底高程529.00m，正常蓄水位551.38m。

溢洪道为开敞式溢洪道,位于大坝左岸，无坎宽顶堰泄流形式，进口高程549.75m，进口宽 8.9m，深 2m，长 40.2m，比降为0.5%。平直段末端由河谷左岸右拐约90°下泄至溢洪道泄槽中，泄槽下接坝后河道。溢洪道进口堰顶高程549.75m，平直段末端布设一座长6m、高1.8m充水橡胶坝，坝顶高程551.38m。橡胶坝平时立坝蓄水，以抬高正常蓄水位，增加水库蓄水量，扩大水库效益，坝前水位与库水位齐平，少量水经橡胶坝下溢，进入泄洪槽右侧的东干渠引水渠；洪水来时，根据预报放空橡胶坝泄洪，洪水少量进入东干渠，大部分泄往下游河道。溢洪道左岸为山体基岩，右岸为浆砌石矩形挡墙，挡墙顶宽2m，高1.7m～2.5m。

放水设施由台阶式卧管及放水涵洞组成。卧管布置在坝上游坡右岸，分四级布设孔径0.15m的放水孔，用编织袋或石板封闭，卧管形状尺寸不尽规则，上三级尺寸约为 1m×0.5m，最下一级长 2m，宽 1m，采用浆砌石砌筑，水泥砂浆勾缝、抹面。放水涵洞进口为矩形洞口，出口断面为城门洞型，两侧墙及顶板为浆砌石砌筑，底板为现浇砼。涵洞长39m，净宽 0.8m，高 1.55m～1.9m，为无压明流，洞身比降10%，最大流量2.8m3/s，洞内弃留一条DN400钢筋砼管，为施工时用以放空库水。

蔡家坡水库建成运行至今已愈40余年，发挥了较好的社会效益和经济效益：保护下游石井、余下两镇1万多人、1.5万余亩耕地及西安市黑河引水渠线和107省道等安全，保证4个自然村3000亩耕地的灌溉，并带动着当地的农家乐和旅游开发，为县域经济的发展稳定奠定坚实基础。但由于水库带病运行，水库本身和下游村庄安全己受到严重威胁。

2 蔡家坡水库存在的主要问题

蔡家坡水库无设计、无施工等资料，属典型的“三边”工程，施工质量具有“先天不足”，多年来一直处于带病运行，没有最大程度的发挥应有的效益。水库工程存在的主要问题有：水库淤积严重，兴利、调节库容锐减，严重影响水库防洪、灌溉以及旅游观光功能的发挥；水库大坝填筑质量不满足要求，已出现沉陷裂缝；防洪标准低，溢洪道泄洪能力小，坝顶高程不够；水库渗漏严重，渗流不稳定，下游坝坡抗滑稳定性不满足要求；放水卧管年久失修，高程不够，放水困难，渗漏严重，严重威胁到大坝的安全运行；水库管理、防汛、监测等设施不够健全。

2013年8 月，西安市水务局组织有关专家对蔡家坡水库大坝进行了安全鉴定工作，将蔡家坡水库定为三类坝，鉴定结论为：大坝填筑质量差，坝背坡不稳定；坝顶高程不够；迎水坡护坡老化严重，裂缝多；库区衬砌裂缝多，库底及坝体渗漏严重；放水卧管老化，放水洞内有3处裂缝，渗漏严重；溢洪道过流能力不够；水库管理、防汛、监测设施不健全。

3 除险加固方案

3.1 工程任务

蔡家坡水库为已成工程，其主要建筑物已形成固定模式和格局，且多年以来，水库的运行对当地社会经济发展、生态环境改善及群众生活提高起着较大的促进作用。故本次除险加固工程的实施应充分考虑该工程的历史和现状，尽可能利用现状工程，投资小并且充分恢复其基本功能的原则。按大坝安全鉴定报告书并结合本阶段水文等有关成果，此次除险加固工程的具体任务为：坝背水坡加宽培厚，使其坡度变缓；坝顶加高；扩大溢洪道泄洪能力，溢洪道内侧衬砌、右侧挡墙加高；库区、库岸及迎水坡防渗处理；卧管加固改造，放水洞裂缝处理；增加安全监测及管理设施。

3.2 正常蓄水位确定和调洪计算

本次除险加固维持原正常蓄水位为551.38m不变。蔡家坡流域无实测径流资料，根据曲峪河流域径流特点及现有的水文资料情况，本次采用地区经验公式法、径流形成法和暴雨资料推求设计洪水。采用由暴雨资料推求的设计洪水，即蔡家坡水库10年一遇设计洪水流量Q10%=33m3/s；20年一遇设计洪水流量 Q5%=50m3/s；30年一遇设计洪水流量Q3.3%=59m3/s。设计洪水位和校核洪水位通过调洪计算确定，起调水位为549.75m，溢洪道宽度8.5m。调洪演算成果为：10年一遇设计洪水位551.82m，库容1.29万 m3，溢洪道泄量32m3/s；30年一遇校核洪水位552.64m，库容1.86万m3，溢洪道泄量57万m3/s。

3.3 大坝加固设计

3.3.1 上游护坡设计

对大坝上游坡处理：上游坡高差不足4m，为不改变溢洪道进口及卧管布置且考虑坝坡防渗、稳定，本次设计采用C20砼护坡。在原斜墙上贴坡做坡比为1∶1的砼护坡，最薄处15cm厚，向下延伸至库底砼衬砌(549.62m)高程，上接钢筋砼防浪墙。

3.3.2 下游坡加宽培厚设计

根据规范要求及坝体稳定计算，将下游坡在原坝坡上干砌块石加宽培厚至1∶1.3坡，向下游延伸至河床基岩。

坝背坡培厚后，坝坡与右岸山体交坡处设0.4m×0.4m排水沟，用以收集山坡雨水，以防冲刷坝坡。左岸山坡集水面积小，无须设排水沟。坝坡戗台处，修0.6m×0.6m引水渠与原引水渠顺接。引水渠为0.2m厚砼衬砌，下垫0.2m砂砾石料。原放水洞沿右岸山体基岩向外延伸至新砌坝坡外，出洞水流进入东干渠，亦可进入下游排水沟，避免冲刷坝坡。

3.3.3 坝顶设计

经复核坝顶高程，水库在各种设计水位条件下要求最高坝顶高程为554.18m，而现状坝顶防浪墙顶高程为553.00m，故坝顶高程不满足要求，须加高坝顶。

本次除险加固设计，将坝顶防浪墙加高1.2m，至554.20m高程。坝顶宽度维持3.9m不变，横向2%坡度，坝顶路高程553.02m～553.09m。上游侧设C20钢筋砼防浪墙，高2.2m，厚0.2m，基础宽 1m，厚0.2m，座于砼护坡之上。

坝顶下游侧设置1m高护栏，基础为1m×0.6m×0.3m C20砼墩，0.2m砂砾石垫层，以下为干砌石。坝顶中间部位，从上往下依次是：M7.5水泥砂浆砌5cm厚水泥花砖、15cm厚C20砼垫层、20cm厚砂砾石层、干砌石层（原浆砌石防浪墙位置，水泥花砖下浇筑一层C20砼）。

3.3.4 坝背坡蓄水池设计

据水库管理人员反映，大坝背水坡与左岸山体交汇处有一处泉水，自水库修建以来，一直供给下游部分村民生活用水。

在泉水出口位置，修一浆砌石集水坑，钢筋砼盖板。沿左岸基岩山体用15m长DN200塑料管按1%坡度将坑内泉水引至下游蓄水池。蓄水池用M7.5浆砌石砌筑，壁厚0.6m，顶部为0.2m厚C20钢筋砼盖板。池内部净尺寸为2m×2m×2m，池壁用M20水泥砂浆抹面，池顶设一内径0.3m塑料溢水孔，池底设一内径0.1m塑料排水管。

3.4 溢洪道加固设计

通过水力计算，溢洪道右岸挡墙高度不满足要求，且原溢洪道未衬砌，渠壁粗糙、断面不规则，表层岩石风化严重。故本次加固对溢洪道进行修整砌护，加高侧墙高度。

溢洪道平直段衬砌断面为梯形，底宽6m，衬砌高 1.8m，边坡 1∶0.4，糙率0.017。边坡用C20砼衬砌，厚0.2m。在橡胶坝上游3m段，用扭面与原橡胶坝侧墙顺接。橡胶坝段，维持原衬砌。橡胶坝下游部分，渠底20cm厚砼衬砌延伸8.5m至溢洪道陡坡泄槽。

3.5 放水洞加固设计

3.5.1 卧管修复

拆除原卧管盖板，新修6级放水卧管，至552.00m高程。每级卧管高0.5m，长1.2m，宽0.5m。卧管用C20钢筋砼浇筑，厚15cm。每级盖板中心设一孔径lOcm的放水孔。卧管两侧为浆砌石侧墙，最下一级卧管用浆砌石墩与原卧管相接。

3.5.2 放水涵洞内防渗加固设计

由地勘结果可知，放水涵洞内有几条宽窄不一的裂缝，涵洞渗漏严重。根据涵洞损坏部位及其范围的大小、深度，因地制宜，进行区分处理。主要用水泥砂浆及砼修补，可有以下几种：①对于浅层表面裂缝及缺损，采用水泥砂浆及浓缩砂浆、环氧砂浆等进行分层涂抹；②对于深层范围较大的裂缝缺损采用普通砼或环氧砂浆砼填补；③对于贯通洞壁的裂缝破碎带，清除缝内淤泥及破碎部分，凿毛、清洗，采用水泥砂浆及浓缩砂浆、环氧砂浆及砼填补；④对于深度及范围较大的裂缝及缺损采用C30砼填补。所用水泥标号要高，砂浆及砼强度要高，水灰比要小。

3.5.3 放水洞延伸段设计

坝下游坡加宽培厚时，须将原放水洞沿右岸山体外延8m至坝坡面处。延伸段放水洞为城门洞型，内部净高1.9m（拱高0.5m），宽1m，浆砌石砌筑。延伸段涵洞须放置在右岸山体基岩上。放水洞出口外，用浆砌石引水渠将洞内水流引入东干渠或坝坡右侧排水沟。

3.6 库区防渗设计

库底采用复合土工膜防渗。防渗结构层从上至下依次为C20砼保护层（厚15cm）、复合土工膜(200/PE(0.3)/200)，再往下为原库底砼板。库底保护层纵横变形缝间距均为4m，宽2cm，缝内填高压聚氯乙烯泡沫板。土工膜铺设时须先清淤，后铺膜。膜与浆砌石岸墙用C20砼锚固墩连接，与库岸交接处填塞止水带防渗。库岸裂隙采用C30喷射砼防渗，喷层厚6cm，防渗高度与库岸浆砌石墙顶一致。

3.7 大坝安全监测设计

依据规范要求，并结合水库大坝的实际情况，设置变形监测（垂直、水平位移）、渗流监测、库水位监测等安全检测项目。

4 结语

蔡家坡水库是小（二）型水库，属“三边”工程，经过40年运行，已出现的工程病害问题使水库不具备基本运行条件和能力，无法进行正规化、规范化的管理，严重威胁下游群众生命财产安全。通过分析水库病险问题，分别给予加固和更新建设，可消除水库的安全隐患，对下游的防洪安全及延长水库的使用年限具有决定意义。同时工程实施后，还将对区域内水土保持和生态环境的改善起到积极作用，并带动着当地的农家乐和旅游开发，为县域经济的发展稳定奠定坚实基础。陕西水利