宝鸡市陵西水库运行现状问题及除险加固措施探讨

王桂荣，张少平

(宝鸡市地下水管理监测中心，陕西 宝鸡 721001)

1 陵西水库概况

2 陵西水库运行现状及存在问题

陵西水库运行30余年来，水库工程质量较好，最高蓄水位783 m。但由于条件所限和管理不善，工程一直实行粗放的管理体制，没有对水库进行过任何安全鉴定工作，也无任何观测设施，因此至今没有保存任何有关大坝观测方面的资料。同时，陵西水库工程建设于特殊历史时期，既没有完整的设计文件，也没有完整的竣工验收资料。由于水库已运行了30余年存在病险一定工程隐患，加之受到2008年的“5·12”地震的影响，造成坝体塌陷，溢洪道及便桥有不同程度损伤，现已较能应对汛期的大自然灾害。但水库工程目前在坝体、放水洞、闸门、溢洪道方面仍存在一定问题，陵西水库大坝主要存在的问题是：(1)泄洪设施不完善，无控制段及消能防冲设施，下泄水流冲刷坝坡脚，严重影响大坝稳定，无法保证防洪安全；(2)水库淤积严重，降低了有效库容和蓄洪能力；(3)防洪能力偏低，水库存在严重险情；(4)溢洪道为简易衬砌临时过水明渠，没有相应的构造措施和消能措施，无法满足正常泄洪需求；(5)卧管式放水洞年久失修，淤堵损坏严重，不能正常使用；(6)坝体填筑质量差，上游坝坡无砌护，下游坝坡凹凸和塌陷变形，无排水设施，大坝存在安全隐患；(7)现状上坝道路不能满足防汛抢险需要，无通讯设施；(8)大坝无安全监测设施和通讯设施；(9)无配套管理设施，没有水库专管机构，缺乏必要的管理用房，工程安全无保障。

3 陵西水库除险加固的必要性分析

陵西水库工程由于早期设计程序不规范，加之工程施工质量较差等原因，使水库一直处于带病运行状态，故对其进行除险加固是十分必要的。根据对陵西水库大坝安全鉴定和初步设计工作成果分析可知，工程存在较严重的病害和隐患，只有通过除险加固，才能从根本上消除工程存在的质量隐患，使水库大坝达到规定的设计标准，确保水库按设计要求正常运行，以更好地发挥水库效益。

(1)通过除险加固可以消除安全隐患。陵西水库建设期处于特定的历史条件下，工程施工质量差，建成运行以来，病险不断，隐患四伏，加之缺乏资金，无法更新维修，使得水库常年带病运行，不能发挥应有的效益，通过除险加固消除安全隐患，恢复水库其原有功能，对当地防洪安全、农业发展具有十分重要的意义。

(2)通过除险加固可以使水库满足现行设计规范要求。原来水库设计标准低，当发生洪水时，由于溢洪道无法发挥正常泄洪功能，水位可能超过坝顶造成垮坝危险，给下游带来危害。因此，必须提高泄水建筑物的设计标准，才能满足现行有关设计规范的要求。

(3)通过除险加固可以保证水库在运行期的正常运行。原泄水建筑物未设计消能设施，汛期泄洪时，下泄水舌有可能冲损左岸大坝，同时影响左岸放水设施。为保证枢纽的安全运行和水库功能实现，必须保证汛期抢险的道路畅通以及相关建筑物的安全，对溢洪道进行整修并完善其结构是非常必要的。

(4)通过除险加固可以充分发挥水库综合效益。陵西水库是一座以灌溉为主，兼顾防洪、养鱼等综合利用的水利枢纽工程，由于放水卧管及涵洞堵塞，水库灌溉功能形同虚设。通过除险加固，改建或疏通放水建筑物，恢复水库设计功能，发挥水库灌溉效益，对提高当地经济发展意义重大。

(5)通过除险加固可以保证大坝安全运行。水库没有设置放空水库的隧洞，而放水卧管及涵洞塌陷、堵塞，不能正常放水，当水库出现险情，库水位不能很快下降，大坝带病在高水位运行，对大坝带来潜在危险。因此有必要进行除险加固，以保证大坝安全运行。

综上所述，无论是从水库正常运行角度出发，还是从防洪安全方面考虑，对陵西水库进行加固工程建设不仅完全必要，而且十分紧迫。

4 陵西水库除险加固措施

4.1 大坝除险加固

4.1.1 大坝坝顶整平与坝顶路面硬化方案

为了便于防汛抢险工作和水库运行管理，本次除险加固需对坝顶路面进行硬化处理。加固设计坝顶路面宽3.8 m、路面高程784.10 m。由于坝顶道路仅为防汛道路运行管理使用，所以路面规格不宜过高。因此，对泥结碎石路面和混凝土路面进行了方案比较：泥结碎石路面厚0.2 m，下设0.3 m水泥稳定砂砾垫层；混凝土路面厚取0.15 m，下设0.3 m碎石垫层。从经济角度情况考虑，泥结碎石路面比较适宜，故选用泥结碎石路面。

4.1.2 大坝培厚、防渗方案

通过对大坝现状剖面的上、下游坝坡抗滑稳定计算分析结果可知，下游坝坡在库水位为正常蓄水位、最不利水位稳定渗流情况下，其稳定安全系数均小于规范规定值。因此，需对下游游坝坡应进行培厚加固处理。

由大坝现状剖面的渗透计算分析可知，在正常蓄水位工况下，坝体渗透坡降大于坝体土料允许的渗透坡降，坝体有可能发生渗透破坏，因此需要对上游坝坡进行护坡及防渗处理。培厚土的渗透系数为7.6×10-7cm/s，防渗性较好，因此将大坝培厚和防渗综合处理。

4.1.3 上游坝坡

大坝常用的上游护坡有干砌石护坡、浆砌石护坡、堆石护坡和混凝土预制块护坡等。考虑陵西水库的淤积情况，本次除险加固的上游护坡铺设范围由淤积面高程775.10 m至坝顶高程784.10 m。对干砌石护坡和混凝土预制块护坡两个方案进行了比较：干砌石护坡方案为干砌石厚0.3 m，下设0.2 m反滤料；混凝土预制块护坡方案为C15混凝土预制块厚0.3 m(按《碾压式土石坝设计规范》(SL274-2001)附录A.2护坡计算规定验算，0.3 m厚可满足稳定要求)，下设0.20 m厚砂石混合料垫层。干砌石护坡相对于混凝土块护坡具有施工简单、造价低等优点。综合考虑，大坝上游采用干砌石护坡。干砌石护坡施工前，应先对上游培厚坝坡进行整修。

4.1.4 下游坝坡

本次除险加固对下游坝坡进行了培厚加固，根据陵西水库地质勘察报告，培厚土的渗透系数为7.6×10-7cm/s，防渗性较好，但对下游坝体排水不利，为防止发生渗透破坏，大坝下游坡脚处设贴坡排水体。

下游坝面常用的护坡形式有草皮护坡、干砌石护坡和堆石护坡等。本次除险加固设计对草皮护坡和干砌石护坡进行了比较，干砌石护坡所需石料较多，造价较高，故不宜采用。从经济角度以及当地现状可行性考虑，推荐采用草皮护坡。坝坡整理后，种植耐干旱、固土效果好，适宜于陕南地区生长的草皮。

现状下游坝坡无排水系统，拟在下游马道内设置纵向排水沟一道及两岸岸坡设置排水沟，以解决坝坡、岸坡雨水对坝坡的冲刷及下游坡面排水问题。

4.2 泄水建筑物加固

4.2.1 方案拟定及比选

(1) 溢洪道现状：陵西水库原泄水建筑物为左岸输水洞，洞长35 m，断面尺寸为0.3×1.2 m。由于受到“5·12”地震的影响，经修整为简易衬砌过水明渠，全长57.3 m，进口高程781.37 m，过水断面为梯形断面，底宽2.0 m。溢洪道进口无控制段，出口无消能设施，边坡有滑坡现象，若发生较大流量泄流，将会导致塌岸，进而影响大坝左岸稳定。

(2)方案拟定：新建溢流堰，将现有明渠改建成泄槽，完善溢洪道结构，加固溢洪道边坡，增设出口消能段及消能设施。溢流堰采取宽顶堰型式，溢洪道泄槽出口处接陡坡段连接至消力池，消能形式为底流消能。溢洪道采用浆砌石和混凝土混合衬砌。该方案具有消能效果好、对左岸坝肩及放水洞影响小等优点。

4.2.2 方案设计

改建泄水建筑物为开敞式正槽溢洪道，由引渠段、控制段(宽顶堰)、泄槽、陡坡段、消力池、组成。

反弧段后接出口消能段(桩号溢0+69.40 m～溢0+88.20)。消力池断面为梯形，底宽3.5 m，高1.5 m，长18.8 m，底板高程为773.05 m。消力池末端设置2个T型消力墩以减小消力池长度，消力墩轴线间距2.0 m，消力墩高0.9 m，首部宽1.2 m，尾坎高1.40 m。消力池底部设置φ100 mm排水管，间排距1.5 m设置。水流经消力池后流入下游原河道。反弧段及消力池均采用C20混凝土衬砌，T型墩材料采用C25混凝土。考虑水流出消力池后对下游河床的冲刷，在鼻坎后设C15块石砼护坦，护坦高程为773.75 m。

4.2.3 交通桥设计

陵西水库原有跨溢洪道交通便桥一座，连接大坝坝顶及左岸进村道路。本次除险加固设计拟在原址新建一座连续实心板桥，通过车辆以农用车辆为主，主要供人行通过，设计最大载荷5 t。

跨溢洪道交通桥设计桥面全长8.2 m，桥梁全宽4 m，桥面净宽3.5 m，最大跨度6.9 m，净跨5.3 m，桥墩高3.1 m，采用C20混凝土现浇。桥墩与基础连接处设砂石垫层200 mm。桥面两侧采用结实钢管栏护，护栏高度为0.8 m。

4.3 放水建筑物加固

4.3.1 方案拟定

陵西水库自建成以来，经过多次检查维修。2007年4月3日，经现场检查，右岸放水卧管塌顶，卧管堵塞，不能正常运行。放水涵洞有坍塌的情况，出口位于大坝下游坝面，水流直接冲刷大坝，严重地影响了水库大坝的安全。根据安鉴意见，需要对放水建筑物进行修缮或改造处理。

具体方案拟定：拆除原卧管，在原基础上新建卧管。疏通坝下放水涵管，涵管出口接过坝明渠，水流经明渠后引入原河道。

4.3.2 方案设计

新放水建筑物布置在大坝左岸，由卧管、原放水涵管、放水明渠组成。

放水涵管进口高程为774.34 m，出口高程为771.80 m，全长56.30 m，纵坡为i=0.07。

卧管取水口设置平板铸铁控制闸门，尺寸为0.5 m×0.5 m，共设有5个。

(2)放水明渠：放水涵管出口后接过坝放水明渠，采用预制U型砼明渠，全长29.50 m，纵坡为i=0.4，进口高程为771.80 m，出口高程为742.90 m。平面布置上：桩号渠0+0.00 m～渠0+14.90 m为直线段，桩号渠0+14.90～渠0+18.40 m为圆弧转弯段，转弯半径为5.0 m，转角45.7°，桩号渠0+18.4～渠0+22.66 m为直线段。均采用预制U型砼明渠，明渠与原涵管搭接300 m，接口采用C20砼浇筑成洞脸，保证链接紧密。渠身与大坝连接处采用PE复合土工膜防渗。明渠出口与消力池相接，消力池长3 m，深0.6 m，宽1.4 m。水流经消力池消能后与原河道相接。

4.4 大坝坝基渗漏分析

水库建成运行以来，坝前淤积层厚度已达8.0 m左右，淤泥质土属弱～微透水层，厚度较大，已形成天然铺盖全部库盆。所以已不存在坝基渗漏的地质条件，现状条件下也未发现坝基渗漏问题。

4.5 绕坝渗漏问题及防渗处理措施

大坝背水坡右岸坡脚有渗水现象，渗水点高程768.11 m，流量q=3 L/min。根据本次勘探资料分析，右坝肩强风化基岩未全部清除，残留的强风化基岩，渗透系数偏大，是形成绕坝渗漏的主要原因。渗漏范围位于右坝肩结合处，宽度15～20 m，厚度3.0～5.0 m。建议采用复合土工膜进行斜墙铺盖防渗或灌浆处理。

5 结语

通过对陵西水库运行现状及存在问题进行分析，结合库区实际情况和周围自然环境条件，研究了水库除险加固的必要性，提出切实可行的最佳除险加固方案，有针对性的提出除险加固的具体施工技术措施。除险加固措施付诸实施后，可极大限度的消除病险水库的问题与隐患，增强大坝稳定性、牢固性，能准确有效的消除水库存在的隐患或问题，提高水库的防洪标准和灌溉能力，充分发挥水库综合效益，为发展现代农业，壮大区域经济提供重要水资源保障。