沈阳市康平县花古水库除险加固的设计技术要点

黄延贺，侯 锴

(1.沈阳市水利建筑勘测设计院，沈阳110015;2.辽宁省水利厅供水局，沈阳110003)

1 工程概况

花古水库位于康平县柳树屯乡花古窝堡村西南侧，座落在辽河一级支流秀水河上游。由发源地至水库坝址，总河长44.76 km，总平均坡度为3.25‰，流域面积为257 km2。

花古水库于1958年5月开工，同年10月主体工程竣工，是一座以防洪灌溉为主，兼顾农业灌溉及养鱼的多年调节中型水库。枢纽建筑物主要有大坝(主坝、南副坝、北副坝)、溢洪道、输水洞2座。工程等别为Ⅲ等，工程规模为中型，水库永久性主要建筑物(包括主坝、副坝、溢洪道、输水洞)级别为3级，永久性次要建筑物(溢洪道尾水渠等)为4级;临时性水工建筑物为5级。

花古水库原设计标准为:100 a一遇设计，500 a一遇校核。按《水利水电枢纽工程等级划分及洪水标准》(SL252－2000)规定，本次除险加固为50 a一遇设计，300 a一遇校核。

水库总库容2 403万m3，校核洪水位98.50 m，设计洪水位97.40 m，正常蓄水位94.85 m，死水位93.85 m，兴利库容290万m3，死库容215万m3。设计灌溉面积229 hm2，实灌面积达到或超过设计面积。

花古水库保护下游康平、法库两个县区的8个乡镇，35个村屯的近2.1万人口，耕地3 600 hm2，保护国道1条(101国道)及乡级公路多条。

2 水库存在的主要问题

根据《辽宁省康平县花古水库安全评价报告》，以及水利部大坝安全管理中心对花古水库三类坝鉴定成果的核查意见，花古水库主要存在以下问题。

1)水库大坝现有坝顶高程、坝顶宽度不满足规范要求。

2)主坝迎水面护坡块石较小，护坡块石严重脱落、风化，局部护坡块石沉陷严重。

3)老河床段主坝坝基渗漏严重;主坝背水坡排水体失效。

4)溢洪道混凝土抗冻强度不够。

5)南输水洞有渗漏问题，存在安全隐患;北输水洞挡土墙及翼墙整体倾斜下沉，出口消力池剥蚀严重，裂缝发育，其闸墩混凝土冻融剥蚀，严重破碎，存在安全隐患;输水洞闸门老化，开启不灵。

6)大坝无安全监测设施。

3 水库防洪标准确定

根据《水利水电枢纽工程等级划分及洪水标准》(SL252－2000)第2.1.1、2.2.1、2.2.6条及《防洪标准》(GB50201－94)第6.1条的规定，对于山区、丘陵区的水工建筑物挡水高度低于15 m，且上下游最大水头差＜10 m，其洪水标准按平原、海滨区标准确定。

花古水库地理位置十分重要，花古水库保护下游康平、法库两个县区的8个乡镇，35个村屯的近2.1万人口，耕地3 600 hm2，保护国道1条(101国道)及乡级公路多条。水库年产鱼20万kg。保护对象极为重要，水库一旦溃坝，下游将遭受巨大损失，后果将不堪设想。因此，防洪标准取上限，即水库永久性建筑物的洪水标准:设计洪水标准为50 a，校核洪水标准为300 a。

4 死水位选择分析

由于花古水库坝址以上11.5 km处为张家窑小(一)水库，11 km处为满斗小(二)水库，沙漠非产流区可认为不产沙，张家窑水库和满斗水库并没有排沙设施。因此，花古水库入库沙量计算中产沙面积可以只考虑张家窑水库和满斗水库－花古水库区间面积进行计算。把计算结果与实测地形图进行比较分析，同时考虑冬季养鱼的要求水深1.50 m，最后确定死水位93.85 m，对应库容215万m3。

5 正常蓄水位与兴利库容确定

花古水库现状正常蓄水位94.85 m，兴利库容290万m3。根据水库发展规划可知，花古水库的灌溉、养鱼规模均维持现状不变。因此，本次除险加固设计不改变原正常蓄水位。

6 枢纽建筑物加固措施

6.1 大坝

6.1.1 上下游护坡型式的比选

由于花古水库位于我国北方，设计护坡时需要考虑抗冻和冰推力的作用，因此，根据《水工建筑物抗冻设计规范》(SL211－98)的规定，对上游护坡进行了以下两种型式比选。

1)干砌石护坡:主坝上、下游护坡均从坝顶护到坝底，护坡型式为干砌石护坡厚0.4 m，碎石垫层0.2 m，砂垫层0.2 m。

2)钢筋混凝土菱形框格内砌块石护坡:

主坝:主坝上、下游护坡均从坝顶护到坝底，上游护坡结构型式为:在高出正常蓄水位2 m以上进行干砌石护坡，从高出正常蓄水位2 m以下采用钢筋混凝土菱形框格内砌块石护坡。

3)分析:水库现状为干砌石护坡，水位变动区块石隆起严重，干砌石护坡向下倾斜和脱落，块石风化严重，凹凸不平，局部有较大的洼坑。根据《水工建筑物抗冻设计规范》(SL211－98)的规定，康平花古水库地区多年平均最大冰厚0.8 m，相应单宽静冰压力215 KN/m，内砌块石的综合容重γk为23.5 KN/m3，护坡与垫层的摩擦系数取0.8。

结论:根据以上分析及本地区獾子洞水库的实验资料，钢筋混凝土菱形框格内砌块石护坡的型式，没有发生上述现象。本次推荐采用钢筋混凝土菱形框格内砌块石护坡。

6.1.2 坝基防渗型式的比选

6.1.2.1 地质情况

由地质勘探表明，坝基未作处理，坝体直接座落在中等透水性的粉砂和强透水性的细砂上，地基第一层为粉土，第二层为粉砂，第三层为细砂，第二、第三层渗透系数为7.1×10－4～9×10－5cm/s。主坝0+310－0+610桩号之间坝后漏水严重。

6.1.2.2 方案选择

1)高喷灌浆处理:由地质资料可知，地基为粉细砂，厚度为6 m。因此，可灌性不好，细砂、粗砂级配单一，并且坝身较矮，高度不够，保证不了灌浆的压力;如果进行高喷灌浆，砂性土难以固壁，并且高喷灌浆需要防渗墙伸入岩石层一定深度。因此，本水库坝基不适合高喷灌浆。

2)垂直铺塑处理:由于本水库地基为粉细砂，并且坝前淤积的细砂达到1.2 m厚。根据《土工膜施工技术规范》，本次设计采用垂直铺塑防渗处理，垂直铺塑范围为主坝全长1 250 m，土工膜向下插入坝基6.17 m深。由于南北副坝坝基不渗漏。因此，本次设计对南北副坝坝基不进行防渗处理。

6.2 溢洪道的选择

溢洪道的选择应结合坝高进行经济与技术上的论证，现有以下3种方案进行分析确定。

方案一、溢洪道净宽加宽至80 m增大泄量，输水洞不参与调洪;

方案二、溢洪道宽度保持原状，输水洞参与调洪;

方案三、溢洪道宽度加宽至60 m，输水洞参与调洪;

在以上的方案设计中对土坝、溢洪道、交通桥相关部分，进行工程投资比较。

6.2.1 方案一:溢洪道净宽加宽至80 m，输水洞不参与调洪1)主坝工程，计算结果见表1。

表1 方案一设计水位及相应的坝顶高程

主坝现坝顶高程为98.86～99.17 m，北副坝坝顶现状高程为98.32～100.19 m可以看出现状坝顶，坝顶高程不满足规范要求。不满足要求部分需加高至高程99.22 m，上游干砌石护坡拆除重建，采用框格混凝土护坡，下游采用草皮护坡，坝顶加宽至5 m。

2)溢洪道工程

原溢洪道全部拆除重建，溢洪道净宽度加宽至80 m，在堰体段增设交通桥一座，设4个桥墩，总宽6 m，因此溢洪道总宽度为86 m。堰顶高程为94.85 m。新建溢洪道前铺盖底板为了与其库区地形衔接高程定为93.5 m。尾水渠拓宽至100 m。

6.2.2 方案二:溢洪道宽度保持原状，输水洞参与调洪

1)主坝工程，计算结果见表2。

主坝现坝顶高程为98.86～99.17 m，北副坝坝顶现状高程为98.32～100.19 m可以看出现状坝顶，坝顶高程不满足规范要求。不满足要求部分需加高至高程99.55 m，上游干砌石护坡拆除重建，采用框格混凝土护坡，下游采用草皮护坡，坝顶加宽至5 m。

表2 方案二设计水位及相应的坝顶高程

2)溢洪道工程

原溢洪道全部拆除重建，溢洪道净宽度为56 m，在堰体段增设交通桥一座，设3个桥墩，总宽4 m，因此溢洪道总宽度为60 m。堰顶高程为94.85 m。新建溢洪道前铺盖底板为了与其库区地形衔接高程定为93.5 m。尾水渠宽度60 m。6.2.3 方案三:溢洪道宽度加宽至60 m，输水洞参与调洪1)主坝工程，计算结果见表3。

表3 方案三设计水位及相应的坝顶高程

主坝现坝顶高程为98.86～99.17 m，北副坝坝顶现状高程为98.32～100.19 m可以看出现状坝顶，坝顶高程不满足规范要求。不满足要求部分需加高至高程99.35 m，上游干砌石护坡拆除重建，采用框格混凝土护坡，下游采用草皮护坡，坝顶加宽至5 m。

2)溢洪道工程

原溢洪道全部拆除重建，溢洪道净宽度为46 m，在堰体段增设交通桥一座，设3个桥墩，总宽4 m，因此溢洪道总宽度为50 m。堰顶高程为94.85 m。新建溢洪道前铺盖底板为了与其库区地形衔接高程定为93.5 m。尾水渠宽度60 m。

结论:通过以上3个方案比较可以看出:

方案一溢洪道净宽加宽到80 m，输水洞不参与调洪，坝顶高程降下32 cm，而溢洪道随着宽度的增加，工程量增加较多，整修下游河道宽度的增加也造成工程量大幅增加，并且下游渠道扩宽，需要永久占地。同时下泄流量增加后，溢洪道下游的河流承泄能力不够，最大承泄能力为420 m3/s，而溢洪道扩宽后下泄流量变为717 m3/s。

方案三溢洪道宽度加宽到60 m，输水洞参与调洪，坝顶高程降下20 cm，而溢洪道随着宽度的增加，工程量增加较多。

方案二在经济方面具有明显的优越性，在不改变溢洪道宽度的同时，能够满足水库正常运行的要求。因此，本次的水库工程除险加固方案采用方案二。

6.3 输水洞

南输水洞，北输水洞维持原状拆除重建。因此，此次设计时，对结合部位进行重点处理，以防渗漏。处理方式为:大坝在做土工膜垂直防渗时，在输水洞前不宜断开。在洞身两侧回填黏土，压实度为1，底部水平宽1.5 m，坡比为1∶0.75。

7 结语

本水库已圆满通过辽宁省水利厅及松辽委的审查，现在已经开始施工。

［1］ 水利部.SL253－2000溢洪道设计规范［S］.北京:水力水电出版社，2000.

［2］ 水利部.SL274－2001碾压式土石坝设计规范［S］.

［3］ 顾慰慈.渗流计算原理及应用［J］.北京:中国建材工业出版社，2000.

［4］ 李艳玲，王民寿，等.施工方案优选方法的探讨［J］.四川水力发电，2000.