寶雞市陵西水庫運(yùn)行現(xiàn)狀問題及除險(xiǎn)加固措施探討

王桂榮，張少平

(寶雞市地下水管理監(jiān)測中心，陜西 寶雞 721001)

1 陵西水庫概況

2 陵西水庫運(yùn)行現(xiàn)狀及存在問題

陵西水庫運(yùn)行30余年來，水庫工程質(zhì)量較好，最高蓄水位783 m。但由于條件所限和管理不善，工程一直實(shí)行粗放的管理體制，沒有對水庫進(jìn)行過任何安全鑒定工作，也無任何觀測設(shè)施，因此至今沒有保存任何有關(guān)大壩觀測方面的資料。同時(shí)，陵西水庫工程建設(shè)于特殊歷史時(shí)期，既沒有完整的設(shè)計(jì)文件，也沒有完整的竣工驗(yàn)收資料。由于水庫已運(yùn)行了30余年存在病險(xiǎn)一定工程隱患，加之受到2008年的“5·12”地震的影響，造成壩體塌陷，溢洪道及便橋有不同程度損傷，現(xiàn)已較能應(yīng)對汛期的大自然災(zāi)害。但水庫工程目前在壩體、放水洞、閘門、溢洪道方面仍存在一定問題，陵西水庫大壩主要存在的問題是：(1)泄洪設(shè)施不完善，無控制段及消能防沖設(shè)施，下泄水流沖刷壩坡腳，嚴(yán)重影響大壩穩(wěn)定，無法保證防洪安全；(2)水庫淤積嚴(yán)重，降低了有效庫容和蓄洪能力；(3)防洪能力偏低，水庫存在嚴(yán)重險(xiǎn)情；(4)溢洪道為簡易襯砌臨時(shí)過水明渠，沒有相應(yīng)的構(gòu)造措施和消能措施，無法滿足正常泄洪需求；(5)臥管式放水洞年久失修，淤堵?lián)p壞嚴(yán)重，不能正常使用；(6)壩體填筑質(zhì)量差，上游壩坡無砌護(hù)，下游壩坡凹凸和塌陷變形，無排水設(shè)施，大壩存在安全隱患；(7)現(xiàn)狀上壩道路不能滿足防汛搶險(xiǎn)需要，無通訊設(shè)施；(8)大壩無安全監(jiān)測設(shè)施和通訊設(shè)施；(9)無配套管理設(shè)施，沒有水庫專管機(jī)構(gòu)，缺乏必要的管理用房，工程安全無保障。

3 陵西水庫除險(xiǎn)加固的必要性分析

陵西水庫工程由于早期設(shè)計(jì)程序不規(guī)范，加之工程施工質(zhì)量較差等原因，使水庫一直處于帶病運(yùn)行狀態(tài)，故對其進(jìn)行除險(xiǎn)加固是十分必要的。根據(jù)對陵西水庫大壩安全鑒定和初步設(shè)計(jì)工作成果分析可知，工程存在較嚴(yán)重的病害和隱患，只有通過除險(xiǎn)加固，才能從根本上消除工程存在的質(zhì)量隱患，使水庫大壩達(dá)到規(guī)定的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，確保水庫按設(shè)計(jì)要求正常運(yùn)行，以更好地發(fā)揮水庫效益。

(1)通過除險(xiǎn)加固可以消除安全隱患。陵西水庫建設(shè)期處于特定的歷史條件下，工程施工質(zhì)量差，建成運(yùn)行以來，病險(xiǎn)不斷，隱患四伏，加之缺乏資金，無法更新維修，使得水庫常年帶病運(yùn)行，不能發(fā)揮應(yīng)有的效益，通過除險(xiǎn)加固消除安全隱患，恢復(fù)水庫其原有功能，對當(dāng)?shù)胤篮榘踩?、農(nóng)業(yè)發(fā)展具有十分重要的意義。

(2)通過除險(xiǎn)加固可以使水庫滿足現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范要求。原來水庫設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低，當(dāng)發(fā)生洪水時(shí)，由于溢洪道無法發(fā)揮正常泄洪功能，水位可能超過壩頂造成垮壩危險(xiǎn)，給下游帶來危害。因此，必須提高泄水建筑物的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，才能滿足現(xiàn)行有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范的要求。

(3)通過除險(xiǎn)加固可以保證水庫在運(yùn)行期的正常運(yùn)行。原泄水建筑物未設(shè)計(jì)消能設(shè)施，汛期泄洪時(shí)，下泄水舌有可能沖損左岸大壩，同時(shí)影響左岸放水設(shè)施。為保證樞紐的安全運(yùn)行和水庫功能實(shí)現(xiàn)，必須保證汛期搶險(xiǎn)的道路暢通以及相關(guān)建筑物的安全，對溢洪道進(jìn)行整修并完善其結(jié)構(gòu)是非常必要的。

(4)通過除險(xiǎn)加固可以充分發(fā)揮水庫綜合效益。陵西水庫是一座以灌溉為主，兼顧防洪、養(yǎng)魚等綜合利用的水利樞紐工程，由于放水臥管及涵洞堵塞，水庫灌溉功能形同虛設(shè)。通過除險(xiǎn)加固，改建或疏通放水建筑物，恢復(fù)水庫設(shè)計(jì)功能，發(fā)揮水庫灌溉效益，對提高當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展意義重大。

(5)通過除險(xiǎn)加固可以保證大壩安全運(yùn)行。水庫沒有設(shè)置放空水庫的隧洞，而放水臥管及涵洞塌陷、堵塞，不能正常放水，當(dāng)水庫出現(xiàn)險(xiǎn)情，庫水位不能很快下降，大壩帶病在高水位運(yùn)行，對大壩帶來潛在危險(xiǎn)。因此有必要進(jìn)行除險(xiǎn)加固，以保證大壩安全運(yùn)行。

綜上所述，無論是從水庫正常運(yùn)行角度出發(fā)，還是從防洪安全方面考慮，對陵西水庫進(jìn)行加固工程建設(shè)不僅完全必要，而且十分緊迫。

4 陵西水庫除險(xiǎn)加固措施

4.1 大壩除險(xiǎn)加固

4.1.1 大壩壩頂整平與壩頂路面硬化方案

為了便于防汛搶險(xiǎn)工作和水庫運(yùn)行管理，本次除險(xiǎn)加固需對壩頂路面進(jìn)行硬化處理。加固設(shè)計(jì)壩頂路面寬3.8 m、路面高程784.10 m。由于壩頂?shù)缆穬H為防汛道路運(yùn)行管理使用，所以路面規(guī)格不宜過高。因此，對泥結(jié)碎石路面和混凝土路面進(jìn)行了方案比較：泥結(jié)碎石路面厚0.2 m，下設(shè)0.3 m水泥穩(wěn)定砂礫墊層；混凝土路面厚取0.15 m，下設(shè)0.3 m碎石墊層。從經(jīng)濟(jì)角度情況考慮，泥結(jié)碎石路面比較適宜，故選用泥結(jié)碎石路面。

4.1.2 大壩培厚、防滲方案

通過對大壩現(xiàn)狀剖面的上、下游壩坡抗滑穩(wěn)定計(jì)算分析結(jié)果可知，下游壩坡在庫水位為正常蓄水位、最不利水位穩(wěn)定滲流情況下，其穩(wěn)定安全系數(shù)均小于規(guī)范規(guī)定值。因此，需對下游游壩坡應(yīng)進(jìn)行培厚加固處理。

由大壩現(xiàn)狀剖面的滲透計(jì)算分析可知，在正常蓄水位工況下，壩體滲透坡降大于壩體土料允許的滲透坡降，壩體有可能發(fā)生滲透破壞，因此需要對上游壩坡進(jìn)行護(hù)坡及防滲處理。培厚土的滲透系數(shù)為7.6×10-7cm/s，防滲性較好，因此將大壩培厚和防滲綜合處理。

4.1.3 上游壩坡

大壩常用的上游護(hù)坡有干砌石護(hù)坡、漿砌石護(hù)坡、堆石護(hù)坡和混凝土預(yù)制塊護(hù)坡等?？紤]陵西水庫的淤積情況，本次除險(xiǎn)加固的上游護(hù)坡鋪設(shè)范圍由淤積面高程775.10 m至壩頂高程784.10 m。對干砌石護(hù)坡和混凝土預(yù)制塊護(hù)坡兩個(gè)方案進(jìn)行了比較：干砌石護(hù)坡方案為干砌石厚0.3 m，下設(shè)0.2 m反濾料；混凝土預(yù)制塊護(hù)坡方案為C15混凝土預(yù)制塊厚0.3 m(按《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL274-2001)附錄A.2護(hù)坡計(jì)算規(guī)定驗(yàn)算，0.3 m厚可滿足穩(wěn)定要求)，下設(shè)0.20 m厚砂石混合料墊層。干砌石護(hù)坡相對于混凝土塊護(hù)坡具有施工簡單、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)。綜合考慮，大壩上游采用干砌石護(hù)坡。干砌石護(hù)坡施工前，應(yīng)先對上游培厚壩坡進(jìn)行整修。

4.1.4 下游壩坡

本次除險(xiǎn)加固對下游壩坡進(jìn)行了培厚加固，根據(jù)陵西水庫地質(zhì)勘察報(bào)告，培厚土的滲透系數(shù)為7.6×10-7cm/s，防滲性較好，但對下游壩體排水不利，為防止發(fā)生滲透破壞，大壩下游坡腳處設(shè)貼坡排水體。

下游壩面常用的護(hù)坡形式有草皮護(hù)坡、干砌石護(hù)坡和堆石護(hù)坡等。本次除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)對草皮護(hù)坡和干砌石護(hù)坡進(jìn)行了比較，干砌石護(hù)坡所需石料較多，造價(jià)較高，故不宜采用。從經(jīng)濟(jì)角度以及當(dāng)?shù)噩F(xiàn)狀可行性考慮，推薦采用草皮護(hù)坡。壩坡整理后，種植耐干旱、固土效果好，適宜于陜南地區(qū)生長的草皮。

現(xiàn)狀下游壩坡無排水系統(tǒng)，擬在下游馬道內(nèi)設(shè)置縱向排水溝一道及兩岸岸坡設(shè)置排水溝，以解決壩坡、岸坡雨水對壩坡的沖刷及下游坡面排水問題。

4.2 泄水建筑物加固

4.2.1 方案擬定及比選

(1) 溢洪道現(xiàn)狀：陵西水庫原泄水建筑物為左岸輸水洞，洞長35 m，斷面尺寸為0.3×1.2 m。由于受到“5·12”地震的影響，經(jīng)修整為簡易襯砌過水明渠，全長57.3 m，進(jìn)口高程781.37 m，過水?dāng)嗝鏋樘菪螖嗝?，底?.0 m。溢洪道進(jìn)口無控制段，出口無消能設(shè)施，邊坡有滑坡現(xiàn)象，若發(fā)生較大流量泄流，將會導(dǎo)致塌岸，進(jìn)而影響大壩左岸穩(wěn)定。

(2)方案擬定：新建溢流堰，將現(xiàn)有明渠改建成泄槽，完善溢洪道結(jié)構(gòu)，加固溢洪道邊坡，增設(shè)出口消能段及消能設(shè)施。溢流堰采取寬頂堰型式，溢洪道泄槽出口處接陡坡段連接至消力池，消能形式為底流消能。溢洪道采用漿砌石和混凝土混合襯砌。該方案具有消能效果好、對左岸壩肩及放水洞影響小等優(yōu)點(diǎn)。

4.2.2 方案設(shè)計(jì)

改建泄水建筑物為開敞式正槽溢洪道，由引渠段、控制段(寬頂堰)、泄槽、陡坡段、消力池、組成。

反弧段后接出口消能段(樁號溢0+69.40 m～溢0+88.20)。消力池?cái)嗝鏋樘菪?，底?.5 m，高1.5 m，長18.8 m，底板高程為773.05 m。消力池末端設(shè)置2個(gè)T型消力墩以減小消力池長度，消力墩軸線間距2.0 m，消力墩高0.9 m，首部寬1.2 m，尾坎高1.40 m。消力池底部設(shè)置φ100 mm排水管，間排距1.5 m設(shè)置。水流經(jīng)消力池后流入下游原河道。反弧段及消力池均采用C20混凝土襯砌，T型墩材料采用C25混凝土。考慮水流出消力池后對下游河床的沖刷，在鼻坎后設(shè)C15塊石砼護(hù)坦，護(hù)坦高程為773.75 m。

4.2.3 交通橋設(shè)計(jì)

陵西水庫原有跨溢洪道交通便橋一座，連接大壩壩頂及左岸進(jìn)村道路。本次除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)擬在原址新建一座連續(xù)實(shí)心板橋，通過車輛以農(nóng)用車輛為主，主要供人行通過，設(shè)計(jì)最大載荷5 t。

跨溢洪道交通橋設(shè)計(jì)橋面全長8.2 m，橋梁全寬4 m，橋面凈寬3.5 m，最大跨度6.9 m，凈跨5.3 m，橋墩高3.1 m，采用C20混凝土現(xiàn)澆。橋墩與基礎(chǔ)連接處設(shè)砂石墊層200 mm。橋面兩側(cè)采用結(jié)實(shí)鋼管欄護(hù)，護(hù)欄高度為0.8 m。

4.3 放水建筑物加固

4.3.1 方案擬定

陵西水庫自建成以來，經(jīng)過多次檢查維修。2007年4月3日，經(jīng)現(xiàn)場檢查，右岸放水臥管塌頂，臥管堵塞，不能正常運(yùn)行。放水涵洞有坍塌的情況，出口位于大壩下游壩面，水流直接沖刷大壩，嚴(yán)重地影響了水庫大壩的安全。根據(jù)安鑒意見，需要對放水建筑物進(jìn)行修繕或改造處理。

具體方案擬定：拆除原臥管，在原基礎(chǔ)上新建臥管。疏通壩下放水涵管，涵管出口接過壩明渠，水流經(jīng)明渠后引入原河道。

4.3.2 方案設(shè)計(jì)

新放水建筑物布置在大壩左岸，由臥管、原放水涵管、放水明渠組成。

放水涵管進(jìn)口高程為774.34 m，出口高程為771.80 m，全長56.30 m，縱坡為i=0.07。

臥管取水口設(shè)置平板鑄鐵控制閘門，尺寸為0.5 m×0.5 m，共設(shè)有5個(gè)。

(2)放水明渠：放水涵管出口后接過壩放水明渠，采用預(yù)制U型砼明渠，全長29.50 m，縱坡為i=0.4，進(jìn)口高程為771.80 m，出口高程為742.90 m。平面布置上：樁號渠0+0.00 m～渠0+14.90 m為直線段，樁號渠0+14.90～渠0+18.40 m為圓弧轉(zhuǎn)彎段，轉(zhuǎn)彎半徑為5.0 m，轉(zhuǎn)角45.7°，樁號渠0+18.4～渠0+22.66 m為直線段。均采用預(yù)制U型砼明渠，明渠與原涵管搭接300 m，接口采用C20砼澆筑成洞臉，保證鏈接緊密。渠身與大壩連接處采用PE復(fù)合土工膜防滲。明渠出口與消力池相接，消力池長3 m，深0.6 m，寬1.4 m。水流經(jīng)消力池消能后與原河道相接。

4.4 大壩壩基滲漏分析

水庫建成運(yùn)行以來，壩前淤積層厚度已達(dá)8.0 m左右，淤泥質(zhì)土屬弱～微透水層，厚度較大，已形成天然鋪蓋全部庫盆。所以已不存在壩基滲漏的地質(zhì)條件，現(xiàn)狀條件下也未發(fā)現(xiàn)壩基滲漏問題。

4.5 繞壩滲漏問題及防滲處理措施

大壩背水坡右岸坡腳有滲水現(xiàn)象，滲水點(diǎn)高程768.11 m，流量q=3 L/min。根據(jù)本次勘探資料分析，右壩肩強(qiáng)風(fēng)化基巖未全部清除，殘留的強(qiáng)風(fēng)化基巖，滲透系數(shù)偏大，是形成繞壩滲漏的主要原因。滲漏范圍位于右壩肩結(jié)合處，寬度15～20 m，厚度3.0～5.0 m。建議采用復(fù)合土工膜進(jìn)行斜墻鋪蓋防滲或灌漿處理。

5 結(jié)語

通過對陵西水庫運(yùn)行現(xiàn)狀及存在問題進(jìn)行分析，結(jié)合庫區(qū)實(shí)際情況和周圍自然環(huán)境條件，研究了水庫除險(xiǎn)加固的必要性，提出切實(shí)可行的最佳除險(xiǎn)加固方案，有針對性的提出除險(xiǎn)加固的具體施工技術(shù)措施。除險(xiǎn)加固措施付諸實(shí)施后，可極大限度的消除病險(xiǎn)水庫的問題與隱患，增強(qiáng)大壩穩(wěn)定性、牢固性，能準(zhǔn)確有效的消除水庫存在的隱患或問題，提高水庫的防洪標(biāo)準(zhǔn)和灌溉能力，充分發(fā)揮水庫綜合效益，為發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，壯大區(qū)域經(jīng)濟(jì)提供重要水資源保障。