朔州市太平窑水库综合治理工程设计分析

康振生

（朔州市水利勘测设计院，山西 朔州 036002）

1 流域概况

太平窑水库位于朔州市朔城区太平窑村北，七里河与恢河汇合处，属桑干河流域。七里河流域面积331.82 km2，河道全长30 km，主河床宽度30～270 m，基本流向为由西南向东北。河道干流在朔城区刘家口以上纵坡为30‰～15‰；刘家口以下纵坡为10‰～2.5‰。本流域为温带大陆性季风气候区，一年四季气候分明，冬长夏短，冬季寒冷少雪，春季干燥多风，夏季炎热而雨量集中，秋季天高气爽，多风少雨。

2 太平窑水库现状与工程地质

2.1 水库现状

太平窑水库总库容为864 万m3，目前淤积库容已达到685 万m3，按设计的正常蓄水位1 065.80 m 蓄水，兴利库容仅124 万m3，每年的调蓄水量不足300 万m3，水库的淤积已严重影响了灌溉效益的正常发挥。

在除险加固工程实施后，由于投资所限，只解决了防洪达标问题和主坝渗流稳定问题，对坝基渗漏、上游坝坡的塌陷、坝顶破损、环境较差等问题尚未解决。本次工程对库区及周边生态环境进行治理，可有效改善区域生态环境。

2.2 工程地质

库区地处山西省大同盆地南缘，盆地内地形较平坦，四周为低中山区，出露地层主要为寒武～奥陶系碳酸盐岩，石炭、二迭系陆相含煤碎屑岩，以及第四系松散堆积物，区域地壳稳定性尚好。库区主要为上更新统洪冲积低液限粉土，夹级配不良砂、卵石混合土透镜体，全新统洪冲积砾砂、卵石混合土，全新统库区淤积低液限粉土等。坝址区发育地层主要为上更新统洪冲积低液限粉土，夹卵石混合土透镜体，全新统洪冲积砾砂和卵石混合土等。

3 工程布置及建筑物

3.1 工程等别及建筑物级别

依据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL 252-2017），确定太平窑水库属小（一）型水库，工程等别为Ⅳ等，主要建筑物级别为4 级，次要建筑物及临时建筑物为5 级。

太平窑水库主要建筑物挡水高度低于15 m，且上下游最大水头差小于10 m，因此水库防洪标准采用平原、滨海区标准，为20 年一遇洪水标准设计，100 年一遇洪水标准校核，工程设防烈度为7°。

3.2 工程现状

经过2011 年除险加固后，太平窑水库枢纽工程包括主坝、南北副坝、泄水闸、进水闸等。

大坝为均质土坝，坝长为1 065 m，坝高8.5 m，坝顶宽7.5 m，坝顶高程1 068.80 m，坝顶设防浪墙，高度1.0 m，上游为干砌石护坡，下游草皮护坡但无坝坡排水，上游坝坡1∶2.25，下游坝坡1:2。

南副坝为均质土坝，坝长为878 m，坝高4 m，坝顶宽1～7 m，坝顶高程1 068.80 m 左右，上游为混凝土预制块护坡，已有破损，下游无护坡，上游坝坡1∶2.25，下游坝坡1∶2。

北副坝亦为均质土坝，坝长为1 060 m，坝高4.0 m，坝顶宽2～5 m，坝顶高程1 068.80 m 左右，上下游均无护坡，上游坝坡1∶2.25，下游坝坡1∶2。

进水闸位于主坝右端，共3 孔，孔口尺寸2 m×2 m（宽×高），闸底板顶高程为1 061.10 m，最大流量为68 m3/s。

除险加固新建泄水闸位于主坝中部偏右端，共7 孔，闸底板顶高程为1 060.80 m，最大泄量为810 m3/s。潜孔弧形钢闸门，孔口尺寸7 m×3 m（宽×高）。

3.3 综合治理工程设计

3.3.1 库区清淤工程

库区清淤底高程按坡面控制。清淤范围在平面上是主坝及左右岸副坝所围面积，顺水流方向长度约0.6～2.9 km，垂直水流方向平均宽度约1.1～1.7 km，其中主坝及副坝坝前20 m 宽范围不清淤，清淤底高程按主坝前1 059.80 m 控制，向上游按1/500 纵坡和1/220 纵坡抬高，清淤平均深度约4 m。清淤总方量约458.2 万m3。

3.3.2 大坝工程

（1）主坝改造设计

根据工程现状及大坝安全鉴定结论，确定主坝改造设计的工程内容包括：主坝上游干砌石护坡全部翻修；新建坝顶浆砌石防浪墙，铺设沥青混凝土路面；对坝基（包括闸基）进行高喷防渗处理。

主坝坝顶。主坝坝顶长1 065 m，现状防浪墙破损严重，坝顶宽7.5 m，坝顶高程为1 068.80 m，根据现状坝顶结构，本次新建坝顶上游侧浆砌石防浪墙，并在墙顶部增设20 cm 厚钢筋混凝土压顶，防浪墙每隔15 m 设置沉降缝一道，缝宽2 cm，采用密封膏封堵。整修土质坝顶，铺设宽6 m 沥青混凝土路面。

主坝上游坝坡。坝体防渗有两种方案，方案一是坝基高喷防渗墙轴线与坝轴线一致，坝体也采用高喷（摆喷）防渗，方案二是在大坝上游面坝体采用土工膜防渗（坝基高喷防渗位于上游坡脚处）。方案一，高喷投资较大，主坝上游将长期处于饱和状态下，对于主坝上游坝坡稳定不利；方案二，投资相对较小，上游坝坡同时也进行了翻修，因此坝体防渗采用方案二，即土工膜防渗方案。

主坝上游边坡为1∶2.25，高程1 064.5 m 马道以上采用混凝土预制块护坡、复合土工膜防渗，结构层设计为：边坡土、复合土工膜（150 g/m2/0.2 mm）、砂垫层（100 mm）、砂卵石垫层（200 mm）、C 20 混凝土预制块护坡（200 mm）。复合土工膜在1 064.50 m 马道坡脚处与坝基高喷防渗墙顶部连接，采用现浇混凝土压于高喷防渗墙顶，防渗高程至防浪墙上游侧。1 064.50 m 高程以下边坡位于水库淤积面，不再防护。

主坝坝基防渗处理。主坝坝基（包括闸基）其上部为砾砂，厚5.0～7.0 m，其下为卵石混合土，厚10 m 左右，结构松散，构成坝基渗漏层位。根据安全鉴定报告及核查意见，坝基渗水较为严重，有三处出现管涌翻砂现象，渗流异常，坝基存在渗流不稳定形态，因此需对坝基（含闸基）进行防渗加固处理。

由于坝基砂砾石透水层埋深大于10 m（含上游淤积层），因此采用高喷防渗，高喷分为旋喷、摆喷、定喷三种形式，本工程从经济、实用的角度考虑，采用单排高压摆喷灌浆方式进行防渗，大坝桩号范围为ZB 0+117.34～ZB 1+064.55 偏右段，防渗桩号范围为FS 0+000.00～FS 0+980.65（折线桩号），防渗轴线位于主坝上游坡脚及闸基铺盖上游端处。防渗墙主要防渗范围为坝基砾沙及卵石混合土，墙顶与坝体防渗土工膜相接，底部伸入低液限粘土层2.0 m。防渗墙最大高度为21.56 m，最小高度为17.11 m。防渗墙结构型式为摆喷折接，根据有关工程经验，喷射方向与墙体轴线夹角取20°，利用三管法施工，孔距1.6 m。具体的摆喷角和孔距，需在施工试验时最后确定。

（2）坝顶铺设沥青混凝土路面

副坝坝体培厚主要是针对坝顶宽度达不到7 m的坝段以及坝顶高程低于1 068.80 m 的坝段，采用在坝后培厚的方法，培厚后的下游坝坡仍为1∶2。培厚土料采用库区清淤的开挖料。

副坝上游边坡为1∶2.25，1 064.5 m 马道以上采用混凝土预制块护坡，结构层设计为：边坡土、砂卵石垫层（300 mm）、C 20 混凝土预制块护坡（200 mm）。1 064.50 m 高程以下边坡位于水库淤积面，不再防护。副坝下游边坡为1∶2，采用草皮护坡。

整修土质坝顶，铺设宽6 m 沥青混凝土路面，并在上下游侧设置路缘石。

4 施工组织设计

4.1 施工条件

水库位于山西省朔州市朔城区东侧9 km 的贾庄乡太平窑村附近，交通方便。水库附近的村庄可提供施工生活用房，水库水可提供施工用水，大坝附近有10 kV 供电线路，可供施工用电。工程所用混凝土粗、细骨料及块石料全部外购。钢材、木材、水泥等从朔州市朔城区购买。

4.2 主体工程施工

库区清淤采用2 m3挖掘机开挖，15 t 自卸汽车运输至主坝下游弃土场，部分用于副坝培厚。坡面整理采用59 kW 推土机，弃土采用1 m3挖掘机挖装，8 t 自卸汽车运至下游弃渣场。坡面压实采用人工。坝体培厚采用库区清淤开挖土料，压实采用13.5 t 凸块振动碾，74 kW 推土机平土。

混凝土预制块采用在预制场内预制，0.8 m3混凝土搅拌机拌和，机动翻斗车水平运输，振捣器振捣。8 t自卸汽车运输混凝土预制块至坝顶，人工运输至工作面铺设。

现浇混凝土采用0.8 m3搅拌机拌和，人推胶轮车水平运输，通过溜槽、溜筒入仓，仓面内由1.1 kW 插入式振捣器振捣。

土工格宾石笼、浆砌石采用人工施工，0.4 m3砂浆搅拌机拌制砂浆，胶轮车运输，人工砌筑。

高喷灌浆施工：采用150 型地质钻机钻孔，泥浆固壁，高喷台车灌浆。

泥结碎石路面：采用8 t 自卸汽车运输筑路材料，74 kW 推土机摊铺，12～15 t 内燃压路机压实。

5 结语

本次工程实施后既对库区及周边生态环境进行了综合治理，有效改善了区域生态环境，增加了水库兴利库容，有助于发挥水库兴利效益，为当地农民的脱贫致富奠定了良好的基础。