牡丹江市军马水库除险加固设计综述

周 龙

(牡丹江市水务科学研究院，黑龙江 牡丹江 157000)

牡丹江市军马水库除险加固设计综述

周 龙

(牡丹江市水务科学研究院，黑龙江 牡丹江 157000)

军马水库位于黑龙江省牡丹江市西部北拉古村北部的长沟上，距离北拉古村8.6km。控制流域面积8.16km2，水库设计总库容39.05万m3。是一座以灌溉为主，兼顾防洪、养鱼、旅游等综合利用的小(2)型水库。对土坝放缓边坡、坝后设棱体排水，新建溢洪道和加固虹吸管。

水库；特征水位；坝体加固；新建溢洪道；虹吸管加固

1 工程原概况

军马水库位于黑龙江省牡丹江市西部北拉古村北部的长沟上，距离北拉古村8.6km，控制流域面积8.16km2，水库原设计总库容46万m3。是一座以灌溉为主，兼顾防洪、养鱼、旅游等综合利用的小(2)型水库。

军马水库原设计正常蓄水位423.70m，相应库容27.14×104m3，兴利库容20.15×104m3。

军马水库始建2008年，完建于2010年，水库枢纽建筑物由土坝、溢洪道、虹吸管组成。

土坝结构形式为均质坝，坝顶高程在425.81-426.01m，最大坝高16.20m，坝长225m，坝顶宽在8.1-11.3m，迎水坡为1∶3.1-4.1，背水坡1∶1.8-2.8，迎水坡425.20高程以下覆盖混凝土护坡，以上为天然草皮护坡。背水坡为天然草皮护坡，背水坡中部设有马道，坡脚修建干砌石固脚。

溢洪道位于大坝右侧，桩号0+201m处，为敞开式正堰溢洪道，堰宽5m，堰顶高程423.70m，由进口段、控制段、陡坡段、消能段、尾水渠组成[1]。

2 水库存在的主要问题

1)土坝：军马水库大坝结构形式为均质坝，建库时进行了简单清基，清除杂草、浮土，致使坝基中等透水；库区水面范围内的表层细粒土被取走填筑坝体，库区水平铺盖被破坏，加剧了坝基渗漏。筑坝土料来源主要由碎石混合土组成，大坝坝体土料砾石含量较高。现场发现5处较大出水点，其中3处出水量较大，能见流动，在坝后干砌石镇脚内能见流水声，坝体渗漏严重。土坝迎水面425.20高程以下覆盖混凝土护坡，护坡表面平整度一般，护坡与溢洪道挡墙衔接段局部出现坍塌[2]。

2)溢洪道：溢洪道存在开裂的现象，但未见裸露的钢筋，溢洪道进口段八字墙后基础出现塌陷。溢洪道西侧的挡墙后身渗水严重，迎水面与坝坡衔接处坝坡已出现塌陷，局部点墙后已掏空，如继续恶化可能导致沉陷、倾斜。消能设施采用挖深式消力池联合跌井消能，但消力池及跌井位置设计不合理，无法起到合理的效能作用。尾水渠为人工开挖的土质渠道，无防冲设施，渠道比降在1∶8-12之间，渠底比降较大，流速较快，岸坡冲刷严重。

3)现状大坝没有设置输水洞，仅设置口径极小的虹吸管，属于建筑结构上的缺失，工程缺陷。

4)无水文和大坝监测设施，管理及通讯设施简陋。

3 水库规模及防洪标准的确定

依据《水利水电工程等级划分及防洪标准》(SL252-2000)，确定军马水库为小(2)型，工程级别为Ⅴ等，主要建筑物为5级。由于水库最大坝高16.2m，按山丘区洪水标准，设计洪水标准采用20a一遇洪水，校核洪水标准采用200a一遇洪水。

4 主要特征水位的确定

4.1 死水位

现有库底高程415.29m，本次水文分析成果，坝址多年平均悬移质输砂量70t/a，推移质按悬移质20%计，泥砂比重取1.3t/m3，除险加固设计后按运行期30a计算，30a泥砂淤积需库容2.37×104m3，根据实测的库容曲线，泥砂淤积库容相应高程417.97m。从满足泥沙淤积的角度，水库死水位应≥417.97m，考虑养鱼过冬确定水库死水位为420.00m，死库容6.99×104m，可满足灌溉引水和泥沙淤积要求。

4.2 正常蓄水位

实际调查，下游有水田66.7hm2，其中军马水库灌溉水田112hm2，石头沟水库灌溉水田29.33hm2。根据军马水库灌溉面积，按来水过程，灌溉用水和水库损失，进行兴利计算，确定正常蓄水位422.20m。依据《除险加固工程初步设计报告提纲》要求消险水库正常蓄水位采用原设计或现状控制运行水位，水库所需正常蓄水位至原有正常蓄水位之间范围为422.20-423.70m，在此之间选定不同的正常蓄水位，再根据不同的堰顶宽度进行方案经济技术比选，选择工程造价少，水库运行安全的方案，最终确定正常蓄水位423.20m。

4.3 设计洪水位和校核洪水位

1)洪水调度原则：

军马水库不承担下游的防洪作用，洪水调节的主要目的是保证枢纽建筑物本身安全的基础上确定泄洪建筑物尺寸和大坝规模，同时以不加高坝顶高程为原则。

2)泄洪建筑物方案初拟：

水库所需正常蓄水位至原有正常蓄水位之间范围为422.20-423.70m，在此之间选定不同的正常蓄水位，再根据不同的堰顶宽度进行方案经济技术比选，比选方案见表1。

表1 不同方案比较表 m

3)泄洪建筑物方案比选：

军马水库溢洪道泄洪计算采用《溢洪道设计规范》中宽顶堰泄流能力计算公式：

(1)

式中：Q为流量，m3/s；B为溢流堰总净宽，m；H为堰上水头，m；m为流量系数，无坎宽顶堰结构，采用0.385；ε为闸墩收缩系数，ε=0.909。

不同堰宽技术经济方案比选成果见表2。

表2 不同堰宽技术经济方案比选

设计方案以不加高坝顶高程为原则，溢洪道随着堰顶高程的增加，堰宽增大，同时堰上挡墙高度减少，从表2可以看出，方案一至方案三工程造价逐渐减小，当宽度达到第四方案时，溢洪道堰顶上的交通桥设中墩，同时开挖量大增，工程造价最高。根据方案比选，最终确定堰顶高程为423.20m，堰宽9m。

4)设计与校核水位：

根据选定的溢洪道堰高、堰宽确定水库20a一遇设计洪水位为424.43m，相应库容32.69×104m3，相应泄量为18.42m3/s；200a一遇校核洪水位为425.23m，相应库容39.05×104m3，相应泄量为39.05m3/s。

5 水库除险加固的主要工程措施及技术要点

5.1 大坝工程处理措施

根据校核洪水，确定坝顶高程为425.88m，现有坝顶高程425.81-426.01m，设计坝顶高程为425.90m，坝顶宽为8.0m。坝前采用水平铺盖，解决坝基渗流。土坝迎水坡维持现状，只对重建溢洪道破坏的部分进行重建；桩号0+181-0+222设计路面宽为4m，15cm厚混凝土路面，下设18cm厚水稳砂。背水坡加固培厚、放缓坝坡，背水坡在高程为420.90m处设马道，马道宽3.0m，马道以上坡比1:3.0，马道以下坡比1:4.0。坝后设置排水棱体，排水棱体顶宽为2.5m，高3.4m[3]。

5.2 溢洪道工程处理措施

新建溢洪道，溢洪道布置在大坝桩号0+201处，由进口段、控制段、陡槽段和消能段组成。

进口段采用八字墙形式U型槽结构，进口段长10.5m，反坡1/20，进口底板顶高程422.68m，进口宽13.2m，底板厚0.8m，边墙顶宽0.4m，迎水面铅直，背水面坡比1∶0.1。

控制段由闸底板、边墙和交通桥组成。溢流堰为宽顶堰，堰顶高程423.20m，闸室长12m，堰宽9m，边墙顶宽0.4m，迎水面铅直，背水面坡比1∶0.15,闸底板厚1.2m；交通桥宽4m, 交通桥采用T型梁结构，桥面板厚0.2m，梁高0.3m,梁宽0.5m。为解决绕渗问题，闸室两侧各设一道刺墙,刺墙顶宽3m，底宽4m，墙厚0.5m。

陡槽总长105m，U型槽结构形式，其中渐变段长15m，底宽由9m变至5m，陡槽段陡坡1/7。陡槽段平面布置由直线和圆弧段构成，其中圆弧段圆弧长30.0m，轴线半径100m，转弯角17.19°。起始高程423.20m，末端高程408.20m，边墙高2.70-2.0m，边墙顶宽0.4m，迎水面铅直，背水面坡比1∶0.1，底板厚0.8m。

消能段采用底流消能，U型槽结构形式，消力池长18m，宽5m，底板顶高程407.00m，池深1.2m，底板厚0.8m；墙顶高程410.20m，边墙顶宽0.4m，迎水面铅直，背水面坡比1∶0.1。海漫段长30m，比降为1/20，采用块石笼结构，梯形断面，底宽5.0m，边坡1∶2.0，海漫底块石笼厚0.5m，边坡块石笼厚0.3m,下设20cm碎石，垫层10cm砂垫层和无纺布[4]。

5.3 虹吸管工程处理措施

为解决灌溉，同时考虑水库工程造价问题，在溢洪道左侧设虹吸管，在坝前及溢洪道左侧设竖井两座，为钢筋混凝土结构，井内壁1.5m×1.5m，井壁厚0.3m。虹吸管管采用钢管，管径为0.4m，同时配备一台注水离心泵，2个阀门。

[1]牡丹江市水利水电勘测设计有限公司.牡丹江市军马水库大坝安全分析评价报告[R].牡丹江：牡丹江市水利水电勘测设计有限公司，2014.

[2]牡丹江市水利水电勘测设计有限公司.牡丹江市军马水库除险加固工程初步设计报告[R].牡丹江：牡丹江市水利水电勘测设计有限公司，2015.

[3]水利部天津水利水电勘测设计研究院.SL253-2000溢洪道设计规范[S].北京：中国水利水电出版社，2000.

[4]黄河水利委员会勘测设计规划研究院.SL274-2001碾压式土石坝设计规范[S].北京：中国水利水电出版社，2002.

1007-7596(2017)07-0114-03

2017-06-22

周龙(1975--),男，黑龙江牡丹江人，高级工程师。

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