淺談紅沙河水庫(kù)除險(xiǎn)加固措施范文

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《海河水利》2017年第1期

［摘要］就夏縣紅沙河水庫(kù)除險(xiǎn)加固措施展開(kāi)論述，介紹了紅沙河水庫(kù)的工程概況、水文氣象以及工程地質(zhì)情況，對(duì)紅沙河水庫(kù)存在的問(wèn)題加以論述，并針對(duì)性的提出紅沙河水庫(kù)的除險(xiǎn)加固措施。

［關(guān)鍵詞］紅沙河水庫(kù)；存在問(wèn)題；除險(xiǎn)加固措施；夏縣

1工程概況

紅沙河水庫(kù)位于中條山麓的瑤臺(tái)以北，涑水河流域青龍河支流的紅沙河上，地處夏縣瑤峰鎮(zhèn)吳家峪，是一座以防洪、灌溉為主的小（一）型水庫(kù)。原設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇設(shè)計(jì)，300年一遇校核。總庫(kù)容135.6萬(wàn)m3，控制流域面積9.5km2。水庫(kù)樞紐工程由大壩、臥管及輸水涵洞、溢洪道三部分組成。大壩為多種土質(zhì)混合壩，最大壩高26.5m，壩頂高程522.1m，壩頂長(zhǎng)179m，壩頂寬4m，大壩上游坡比1∶2，1∶2.75，1∶3，下游坡比1∶2，1∶2.5，1∶2.75，上游為干砌石護(hù)坡。輸水涵洞位于大壩右側(cè)，洞身為砌石半圓拱斷面，寬1.6m，高1.8m，坡比1∶100。進(jìn)口高程502.4m，出口高程501.5m，洞長(zhǎng)85m，原采用斜拉式閘門防水，后改為臥管防水。溢洪道位于水庫(kù)左岸的小溝內(nèi)，進(jìn)口采用開(kāi)敞式寬頂堰，進(jìn)口底高程517.3m，斷面凈寬5.0m，進(jìn)口段長(zhǎng)48m，縱坡1/100，設(shè)有一級(jí)跌水，跌差5.5m，出口消能方式為挑流消能。水庫(kù)始建于1971年12月，于1975年8月竣工蓄水。大壩為多種土質(zhì)混合壩，施工方法為水中倒土加輕碾，上游壩體為壤土，下游壩體為砂礫料加風(fēng)化料。1979年在原壩頂上加設(shè)了一道長(zhǎng)200m的防浪墻，凈高1.0m，壩高25.5m，并對(duì)溢洪道進(jìn)行了擴(kuò)建。20世紀(jì)90年代后期，庫(kù)區(qū)淤積嚴(yán)重，閘門和啟閉機(jī)無(wú)法運(yùn)行，在閘室旁邊新建了13孔臥管，為磚石結(jié)構(gòu)。

2水文氣象

紅沙河水庫(kù)控制流域?qū)俅箨懶约撅L(fēng)氣候，春季干旱多風(fēng)，夏季暴雨時(shí)有發(fā)生，秋季陰雨連綿，冬季少雪干冷。根據(jù)夏縣氣象站統(tǒng)計(jì)資料，多年平均降雨量為637mm，最大日降雨量105.9mm。多年平均蒸發(fā)量1807mm，多年平均氣溫12.9℃，無(wú)霜期200d，多年平均風(fēng)速1.8m/s，風(fēng)向多為東南風(fēng)。汛期6—9月份降雨量占全年降雨量的63.3%，主汛期7月15日—8月15日雨量較為集中。

3工程地質(zhì)

3.1庫(kù)區(qū)工程地質(zhì)條件

紅沙河水庫(kù)位于涑水河流域青龍河支流的紅沙河上，所處地貌屬于中條山西自然單元，黃土丘陵地形，溝壁陡立，其深度為100~200m，寬度不等，多呈箱形，地形支離破碎。壩址區(qū)出露的地層主要是中更新統(tǒng)洪積物、全新統(tǒng)殘坡積物、全新統(tǒng)沖積物、全新統(tǒng)人工堆積物、全新統(tǒng)沖積物。地下水含水層由全新統(tǒng)沖洪積的含細(xì)粒土砂和級(jí)配不良礫組成，埋深8~33m。含水層顆粒直徑及厚度由上至下變細(xì)變薄，地下水的主要來(lái)源靠洪積扇中部的孔隙水和大氣降水補(bǔ)給，通過(guò)蒸發(fā)及向河道下游徑流排泄。工程區(qū)地表水較貧乏，一般溝谷干枯，汛期雨后后溝谷中有較多地表水。工程區(qū)位于山西地震亞區(qū)懷來(lái)-西安地震帶，東南與許昌-淮南地震帶相接，東北與邢臺(tái)-河間地震帶相接。許昌—淮南地震帶是一個(gè)地震帶活動(dòng)強(qiáng)度較弱，頻率較低的弱震帶。邢臺(tái)-河間地震帶，雖屬一個(gè)強(qiáng)震帶，且曾發(fā)生強(qiáng)烈地震，但該帶距壩址較遠(yuǎn)，影響甚微。對(duì)紅沙河水庫(kù)區(qū)域穩(wěn)定性影響較大的中強(qiáng)地震主要來(lái)自懷來(lái)-西安地震帶。根據(jù)《中國(guó)地震動(dòng)峰值加速度區(qū)劃圖》《中國(guó)地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期區(qū)劃圖》，壩址區(qū)的設(shè)計(jì)地震動(dòng)峰值加速度為0.15g，本區(qū)地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.4s。根據(jù)《地震動(dòng)峰值加速度分區(qū)與地震基本烈度對(duì)照表》，本區(qū)地震基本烈度為Ⅶ度。

3.2壩址工程地質(zhì)條件

壩體土種類不一，主要由低液限粉土。粉土質(zhì)砂及含砂低液限粉土組成，含有較多鈣質(zhì)結(jié)核和礫石，均勻性差，稍密—中密，中—高壓縮性。壩基土為第四系全新統(tǒng)沖洪積物，以級(jí)配不良礫為主，夾有薄層含砂低液限粉土及含細(xì)粒土砂，滲透系數(shù)較大，會(huì)造成壩基滲漏。

4水庫(kù)存在問(wèn)題

紅沙河水庫(kù)由于滲漏嚴(yán)重，大壩壩體質(zhì)量較差，淤積嚴(yán)重，近幾年一直空庫(kù)運(yùn)行。根據(jù)2007年水庫(kù)大壩安全鑒定，工程存在問(wèn)題較多，危及大壩安全。主要表現(xiàn)在：第一，防洪標(biāo)準(zhǔn)達(dá)不到規(guī)范復(fù)核要求；第二，大壩抗滑穩(wěn)定不滿足規(guī)范要求；第三，大壩滲透不穩(wěn)定，壩坡上有裂縫及陷坑，影響其結(jié)構(gòu)安全；第四，輸水涵洞存在較多裂縫，進(jìn)口已被淤埋，閘門及啟閉機(jī)銹蝕老化，已無(wú)法運(yùn)行；第五，溢洪道出口側(cè)墻部分損毀；第六，水庫(kù)缺乏必要的工程及水文監(jiān)測(cè)設(shè)施。

5水庫(kù)除險(xiǎn)加固措施

5.1大壩主體工程加固措施

5.1.1壩體加高水庫(kù)原設(shè)計(jì)

壩頂高程522.1m，最大壩高26.5m；實(shí)際壩高25.5m，壩頂高程521.1m，1979年在原壩頂上加設(shè)了一道長(zhǎng)200m的防浪墻，凈高1m。現(xiàn)狀壩頂最低處僅520.6m，防浪墻高521.9m。30年一遇設(shè)計(jì)洪水位519.94m，300年一遇校核洪水位521.43m，壩頂設(shè)計(jì)高程為522.08m。根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，壩頂應(yīng)高于校核洪水位，建議對(duì)壩體加高，加高后壩頂高程為522.0m。

5.1.2壩體防滲處理

紅沙河水庫(kù)運(yùn)行幾十年，上游淤積已形成鋪蓋，但由于大壩施工質(zhì)量差，壩體土種類不一，土質(zhì)較雜，含較多礫石及鈣核，壓實(shí)質(zhì)量較差，以及多年干庫(kù)運(yùn)行，壩體處存在陷坑及裂縫，為提高壩體的抗?jié)B能力，有效降低滲透壓力，建議在壩體上游鋪設(shè)復(fù)合土工膜進(jìn)行防滲處理。

5.1.3壩體培厚加固

水庫(kù)經(jīng)多年運(yùn)行，上游壩坡不規(guī)則，建議對(duì)上游壩體進(jìn)行壩面整修，坡比為1∶2.5。根據(jù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定復(fù)核，壩體下游壩坡存在著抗滑穩(wěn)定安全問(wèn)題，應(yīng)對(duì)下游壩坡進(jìn)行培厚處理，壩坡坡比由原來(lái)的1∶2變?yōu)?∶2.5，以保證壩坡抗滑穩(wěn)定。培厚土料選和原壩體上游填筑材料相同的粉質(zhì)黏土。按照土壩施工規(guī)范，壩體培厚填筑壓實(shí)度不小于0.95。壩體培厚按照設(shè)計(jì)壩坡線分層回填夯實(shí)，可將松動(dòng)土體移作下部回填土方，回填時(shí)由下至上分層回填夯實(shí)。施工時(shí)要求徹底清除樹(shù)根雜草，坡面修整平順、密實(shí)，然后沿壩坡每隔5~10m挖防滑溝一道，溝深0.5m，溝底寬0.5m。回填時(shí)，應(yīng)將開(kāi)挖坑槽時(shí)的階梯逐層削成斜坡，做好新老土的結(jié)合。

5.1.4裂縫處理

壩體土主要由粉土質(zhì)砂及低液限粉土組成，含有較多鈣質(zhì)結(jié)核和礫石，加上水庫(kù)多年干庫(kù)運(yùn)行，土質(zhì)疏松，在壩體上存在較多裂縫。由于在壩體上游采用了有效的防滲措施，壩體不會(huì)再有嚴(yán)重滲漏問(wèn)題，裂縫處理主要是解決雨水的滲入造成壩體的不穩(wěn)定問(wèn)題，對(duì)裂縫采用開(kāi)挖回填的處理方法。處理范圍為表層以下2~4m，槽底寬度為0.5m，開(kāi)挖長(zhǎng)度比縫端長(zhǎng)2m。

5.1.5下游坡面排水溝及排水棱體

下游壩坡經(jīng)培厚加固后，在壩坡上設(shè)置縱橫向排水溝，沿馬道內(nèi)側(cè)設(shè)縱向排水溝，沿下游壩肩每側(cè)設(shè)橫向排水溝，排水溝采用C15砼結(jié)構(gòu)，斷面形式60cm×30cm。下游壩腳設(shè)排水棱體，棱體頂高程496.6m，頂寬2.0m，高3.0m，分三層，依次為砂層、碎石層、塊石層，下游坡比為1∶1.5。

5.1.6壩頂工程

壩頂修筑泥結(jié)石路面，滿足施工和運(yùn)行檢修時(shí)設(shè)備通行要求。路面高程521.5m，路面寬5.0m，路面橫坡比為1.5%，向上游傾斜。

5.2溢洪道修復(fù)加固

溢洪道位于大壩左岸的小溝內(nèi)，進(jìn)口采用開(kāi)敞式寬頂堰，進(jìn)口底高程517.3m，斷面凈寬5.0m，側(cè)墻高2.8m，進(jìn)口明渠長(zhǎng)48m，縱坡1/100，設(shè)有一級(jí)跌水，跌差5.5m，消能方式為挑流消能。現(xiàn)狀溢洪道跌水左側(cè)部分損毀。由于校核洪水位521.43m，泄量73.34m3/s，堰頂水深4.13m，超過(guò)現(xiàn)狀溢洪道進(jìn)口段側(cè)墻，根據(jù)《溢洪道設(shè)計(jì)規(guī)范》，溢洪道超高值為0.5~1.5m，結(jié)合溢洪道地形，對(duì)溢洪道側(cè)墻進(jìn)行加高，進(jìn)口段加高2.0m，陡槽段加高0.5m，結(jié)構(gòu)采用M7.5水泥砂漿砌塊石。對(duì)跌水左側(cè)坍塌護(hù)坡進(jìn)行原斷面恢復(fù)，溢洪道側(cè)墻裂縫及局部損壞部位鑿除后刷漿按原樣砌筑。現(xiàn)狀溢洪道底板損毀嚴(yán)重，建議重新襯砌，底板全段C20混凝土現(xiàn)澆，泄槽底部伸縮縫采用齒墻連接。現(xiàn)狀挑流消能基礎(chǔ)為漿砌石，面層混凝土剝蝕嚴(yán)重，挑坎后左側(cè)墻無(wú)護(hù)砌，對(duì)混凝土面層拆除重建，坎后左側(cè)墻采用漿砌石貼坡護(hù)砌，下游設(shè)漿砌石護(hù)坦防沖。漿砌石采用坐漿砌筑的方法，要求塊石粒徑不小于30cm，塊石表面干凈無(wú)雜物。對(duì)于土質(zhì)地基，砌筑前應(yīng)先將地基夯實(shí)，并在地基面上鋪一層3~5cm厚的稠砂漿，然后安放石塊；砌筑時(shí)應(yīng)保證坐漿飽滿，填搗密實(shí)，表面平整。

5.3輸水涵洞除險(xiǎn)加固

原放水設(shè)施為斜拉啟閉閘門，啟閉機(jī)房設(shè)備建立在大壩回填土上，閘門丟失、進(jìn)口堵死，已無(wú)法運(yùn)行。現(xiàn)狀放水設(shè)施為臥管放水，臥管及消力池多處破損。輸水涵洞內(nèi)發(fā)現(xiàn)有多條橫向裂縫，縫寬1cm左右，涵洞出口明渠段有60m長(zhǎng)已損毀，需要恢復(fù)。建議對(duì)原閘房進(jìn)行拆除，并對(duì)臥管、消力池及輸水涵洞裂縫進(jìn)行維修。臥管及消力池維修主要采用C20混凝土進(jìn)行砌體恢復(fù)，輸水涵洞裂縫處理采用鑿縫、填塞止水材料，然后砂漿填縫。涵洞出口明渠段按原矩形斷面恢復(fù)，斷面寬1.8m，高1.2m，采用M7.5水泥砂漿砌石結(jié)構(gòu)。

5.4觀測(cè)設(shè)施

水庫(kù)建成后，由于大壩的攔蓄作用，改變了河流的水文條件，為更好地控制運(yùn)用水庫(kù)，進(jìn)行科學(xué)管理，發(fā)揮最大的綜合利用效益，及時(shí)發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情，減少或避免工程事故，應(yīng)設(shè)置觀測(cè)設(shè)施。根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，小型土石壩的觀測(cè)一般以肉眼巡檢和外部觀測(cè)為主，故應(yīng)設(shè)置以下觀測(cè)項(xiàng)目：

5.4.1表面沉降及位移

表面豎向位移和水平位移觀測(cè)，共用一個(gè)測(cè)點(diǎn)，觀測(cè)斷面選擇地質(zhì)、地形、壩體填筑質(zhì)量變化及運(yùn)行管理中發(fā)現(xiàn)有異常反應(yīng)處，擬將位移測(cè)點(diǎn)布置在沿大壩軸線樁號(hào)0+040，0+090，0+140處迎水坡、壩頂、背水坡計(jì)3排，共9個(gè)測(cè)點(diǎn)。起測(cè)基點(diǎn)和校核基點(diǎn)均布置在壩右端，在壩頂測(cè)點(diǎn)延長(zhǎng)線上150m處，布置起測(cè)基點(diǎn)和校核基點(diǎn)各1處，共計(jì)2處。工作測(cè)點(diǎn)和校核基點(diǎn)均采用墩式混凝土結(jié)構(gòu)，上部結(jié)構(gòu)為頂寬0.2m，底寬0.4m，高0.7m的方形立柱，下部結(jié)構(gòu)為邊長(zhǎng)0.6m、高0.3m的方形墩臺(tái)。立柱頂端設(shè)強(qiáng)制對(duì)中底盤，提高觀測(cè)精度。

5.4.2上、下游水位觀測(cè)

在大壩的上、下游埋設(shè)水位標(biāo)尺，進(jìn)行水庫(kù)上、下游水位觀測(cè)。

5.5防汛搶險(xiǎn)

道路原有防汛搶險(xiǎn)道路為土路，坑洼不平，斷面不能滿足要求，局部路段由于通行不便，需要改線，改線段長(zhǎng)150m，占地0.096hm2。建議防汛道路按四級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，路基寬5.0m，路面寬4.0m，為泥結(jié)石路面，在對(duì)原道路修整后，鋪筑20cm泥結(jié)石路面，總長(zhǎng)800m。

6結(jié)語(yǔ)

紅沙河水庫(kù)保護(hù)范圍包括夏縣縣城及周邊5個(gè)村莊、3.8萬(wàn)口人、666.7hm2農(nóng)田及25個(gè)企業(yè)、通訊電力設(shè)施等，區(qū)域內(nèi)人口稠密、農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)、工業(yè)興旺，是夏縣社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展比較活躍的地區(qū)。水庫(kù)除險(xiǎn)加固完成后，不但可以充分發(fā)揮水庫(kù)的綜合效益，而且進(jìn)一步增強(qiáng)了該區(qū)域抵御自然災(zāi)害的能力，為夏縣的經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供重要的安全保障。

作者：岳鵬飛；衛(wèi)麗霞 單位：夏縣水利局