大同市新荣区花园屯水库除险加固工程设计简述

王 金

（大同市云冈区口泉乡水利水保管理站，山西 云冈 037001）

1 工程概况

花园屯河为海河流域永定河水系御河一级支流，属季节性河流。该流域是一个树枝状的小流域，流域内冲沟发育，沟壑纵横，沟深壁陡，梁峁沟谷相间，植被覆盖稀疏，水土流失较为严重。主河流长度为23.5km，多年平均径流量为10.62万m3，纵坡平均值为11.2‰，河床糙率平均值为0.027。

花园屯水库位于大同市新荣区花园屯乡花园屯村南0.25km处，是一座以防洪、灌溉为主的小（二）型水库。水库坝址以上控制流域面积为6.7km2，原设计总库容为24.57万m3，其中死库容为4.63万m3，现状库区淤积厚6.4m，淤积库容4.3万m3。

水库由大坝、溢洪道和放水涵管组成。大坝为均质土坝，坝顶全长为140m，坝顶宽度为5.0m，设计最大坝高为15.2m，坝顶高程为1148.2m，坝底高程为1133.0m，死水位为1140.0m，设计洪水位为1146.7m，淤积高程为1139.4m，现状大坝上、下游坡比分别为1∶1.5和1∶1。溢洪道位于大坝右岸，为开敞式宽顶堰结构，共建有两孔，孔的宽度为2.2m，长度为5.0m，进口底高程1144.0m，为喇叭口形式；堰顶后的泄洪渠道长度为80m，纵坡比为1/150，为浆砌石结构，出口段与下游的渠道相衔接。设计最大泄洪能力为40m3/s。位于大坝左岸的放水涵管为卧管，浆砌石结构，底标高程为1140m，全长45m，进口尺寸为0.30m×0.30m，设计放水流量为0.2m3/s。出口段与大坝下游的渠道连接。

2 存在问题

花园屯水库于1973年底竣工，1974年开始蓄水，由于大坝设计、施工不规范，致使水库多年来带病运行。目前水库主要存在以下安全隐患：一是设计及施工时的地质资料不完善，坝基未进行清理，截水槽也未设置，为人工填筑大坝。由于施工质量较差，造成坝体强度较低、结构也不稳定，1993年出现了一次决口，虽然进行了回填，但未严格夯实。二是坝坡发现有多处冲沟和陷坑，存在较大安全隐患。三是溢洪道浆砌石出现多处裂缝，陡坡段下游断裂倾斜，出口无消能防冲设施，下游泄洪渠道淤积严重。四是放水涵洞进口处淤积严重，且出现多处裂缝，出口段涵洞、陡坡段损毁严重，下游渠道连接处的八字墙被掏空。五是大坝抗震安全不满足相关规范、标准的要求。六是水库无水文观测设施。

3 除险加固设计方案

3.1 大坝加固

渗流稳定分析和边坡稳定分析结果表明，坝体和坝基渗漏比较严重，大坝抗滑稳定安全系数不满足规范要求。本次大坝加固除险改造主要内容为上游坝坡削坡并做块石护砌，下游坝坡培厚加固等。

上游坝坡削坡及块石护砌。上游坝坡坡比由原来的1∶1.5变为1∶2.5，在坡脚以上做0.3m厚的干砌石护砌，下覆土工布及0.3m厚碎石垫层。下游坝坡培厚。下游坝坡培厚时，坡比会由原来的1∶1变为1∶2.5。同时在下游坡脚做干砌石砌筑，以利贴坡排水。同时，对1993年形成决口的回填土方重新进行夯实。

3.2 溢洪道改建

溢洪道主要由进口段、控制段、消能防冲段及下游衔接段等部分组成。进口段长为12.8m，可结合坝址右岸现有渠道进行开挖并做好浆砌石衬砌。本次改建主要对控制段进行拆除重建，控制段设计为无闸控制宽顶堰，底板厚、宽分别为0.6m和6m，堰顶高程为1144.0m。消能防冲段底板设计长度为21m，厚度为0.6m，消力池深度为0.6m。溢洪道顶人行桥路面高程为1148.2m。

3.3 放水涵管加固整修

进口处进行清淤处理，破损处进行加固，由于下游坝坡培厚，需要延长涵管长度15m，最后与现有引水渠相接。要及时培厚坝体并进行回填、碾压，压实度不低于96%，与现有坝体密切衔接。

3.4 新建副坝

为了能有效拦蓄洪水，发挥水库的防洪及灌溉功能，同时在右岸填筑一道副坝拦蓄洪水。设计迎水面边坡为1∶3，背水面边坡为1∶2.5，坝顶宽度为5m，坝顶高程为1148.2m，与现有主坝相衔接。

3.5 增设观测设施

水库建成以来一直缺少观测设施，为了能及时记录水库水位的变化情况，保证水库合理运行，在0+030处增设水位观测尺一根。

4 主体工程施工设计

本工程施工内容主要包括坝坡培厚土方填筑、块石护砌、溢洪道边墙及底板块石砌筑等。

4.1 大坝加固工程

（1）土方开挖。河道及两岸基础为砂卵石河床，基坑开挖以机械化作业为主，人工为辅，采用挖掘机挖装、推土机推运、自卸汽车运输等，进行挖、整、推、运一条龙作业。在基坑机械开挖进行到距设计高程差20～30cm时，可选择人工开挖。平整并达到设计高程时，再进行其它作业。

（2）土方填筑。土方填筑时应确保坝体的夯碾质量。施工时不能用冻土、干土块、腐殖质土等填筑坝体。铺土时，应沿坝轴线方向进行延伸，厚度要均匀一致，做到一层土最好一次铺完，以免出现接缝。机械碾压时，铺土厚度为20～30cm；采用人工夯实时，铺土厚度一般不得超过20cm。

土方填筑可采用74kW推土机来平仓，12t振动碾或轮胎碾进行碾压压实。边角部位由于只有少量回填土，宜采用人工回填，蛙夯夯实；有建筑物的地方，土方回填施工宜采用蛙式打夯机或人工夯打。若采用人工夯实，每层铺土不得超过20cm厚，夯打次数不少于4遍。

（3）反滤垫层填筑。反滤垫层材料，采用质地致密、坚硬、耐分化的天然砂砾料，要求干净且无棱角，针片状材料与含泥量二者都不得超过3%。

（4）护坡垫层铺筑。垫层铺设前，必须先进行削坡，然后将基面挖除，再进行平整。个别低洼处，必须用与基面相同的土料或垫料来填平。施工时应严防“土沙混杂”。对于已铺筑好垫层的地方，应及时铺筑保护层。

（5）坝基和岸坡的处理。清基范围一般应在坡脚线基础上，再加宽0.5～0.6m。清基范围内的表土、乱石、草根、树枝、树根等要全部清除干净，并分层回填夯实。坝体与岸坡之间应做到斜面连接，石岸坡比不得陡于1∶0.6，土岸坡比不得陡于1∶1.5。在坝体与坝基、岸坡的接合处，必须挖1道结合槽，槽深为2m，边坡比为1∶0.5，用渗水性较小的土料进行分层回填并夯实。

4.2 浆砌石工程

砌筑材料质量要求。

石材选用具体要求是：一是选界面新鲜、质地坚硬、无风化剥落和裂纹的玄武岩、花岗岩、花岗片麻岩等做为石材；二是石材表面应做到无泥垢、水锈等杂质；石材重量体积比在25kN/m3以上，抗压强度应大于80MPa；砌筑面所用石料应大体呈长方形，三个面基本平整，每块重量控制在40～60kg，最小面长度原则不得小于25cm，厚度不得小于15cm。

砂料可采用质地较坚硬、表面清洁、颗粒级配良好的中砂，砂中不能带有草皮、草根、树叶等杂物，含泥量不宜超过3%。水泥必须采用正规水泥厂生产的普通硅酸盐水泥。

砌筑工艺及方法。浆砌石应严格按规范及设计要求进行施工，所用块石直径不得小于25cm，且施工前须清洗干净，以便与砂浆胶结。砌筑前，将基底夯实，在基底上铺厚3～5cm的稠砂浆，然后再进行块石砌筑。砌筑时，应按要求分层进行卧砌，上下砌块之间错缝、内外搭接，块石相互之间所保留间隙应不小于3.5cm，以便插入小石，并做到砂浆饱满。严禁石块之间直接接触。

砌筑所用砂浆，必须严格按设计要求配料，采用机械方式拌制。干砌石采用人工与机械结合的形式施工。砌筑24h以后，可进行砌体勾缝。勾缝时先将缝内深度大致为2倍缝宽的干砂浆，剔除、冲洗干净，然后用标号较高的砂浆勾成平缝。砌体完成养护时，需覆盖草袋，并按时洒水，保持表面潮湿，养护时间不少于14d。在砌体未达强度要求之前，不得在砌体上面任意堆放重物或进行石块修凿。砌体工程达到规定强度后，方可回填土方。

4.3 混凝土工程

本工程局部地段混凝土拌合可采用0.4m3混凝土拌和机拌制。运距在100m以内的，可采用翻斗车运输入仓，插入式振捣器进行振捣。在高处进行作业时，垂直运输可采用吊车混凝土吊罐进行施工。混凝土浇筑必须一次完成，施工中的预埋锚和固定螺栓位置必须准确。浇筑要连续进行、不得中断，以免造成层间施工冷缝。

5 结语

花园屯水库大坝安全隐患问题较多，严重制约着水库各种功能的正常发挥。为充分发挥水库的综合效益，更好地服务当地经济社会建设，对水库进行除险加固。通过采取以上技术措施，消除了安全隐患，有效确保了水库安全运行。