阜蒙县二郎庙水库除险加固工程设计探析

孙志明

(辽宁省水利水电勘测设计研究院有限责任公司，沈阳 110006)

小型水库是水利工程的重要组成部分，具有防洪、供水、养殖等综合效益。辽宁省大部分小型水库始建于上世纪70-80年代，随着时间的推移，水库出现一些问题，影响水库的各种效益甚至影响水库的安全运行，给人民的生命财产安全带来隐患。因此及时的对小型水库进行除险加固十分必要。

1 工程概况

二郎庙水库坐落在绕阳河流域东沙河水系八道河支流的二郎庙河上。建于1973年10月，由沙拉人民公社兴建，2007年首次进行了除险加固设计。二郎庙水库总库容36.40×104m3，其中死库容为3.3×104m3，兴利库容14.6×104m3，防洪库容15.60×104m3。是一座以防洪为主，兼有灌溉、养殖等综合利用小(2)型水利枢纽工程，工程等级为V等，主要建筑物级别为5级，水库的设计标准为20a一遇，校核标准为200a一遇。水库枢纽工程由拦河坝、溢洪道、输水洞等组成。

2 水库病险原因分析

2.1施工质量不高

阜蒙县二郎庙水库始建于1973年，建设时间较早，受限于当时经济和社会条件，缺乏合理的施工方法，对水库整体工程质量产生较大的影响[1]。经过过年的运行水库的质量严重下降。

2.2 管理体制不完善

二郎庙水库前期管理制度不完善，体制不够健全，管理用房、溢洪道进口混凝土等部位已破损严重，由于资金有限，缺乏专业技术管理人员，存在管理人员专业素养不够等问题,严重影响水库的安全运行。

2.3 维修养护不及时

水库的后期维修养护十分重要，在水库运行中，一旦发现各种破坏的问题应及时的进行维修养护。由于资金问题，导致各种维修不及时的情况出现[2]。随着时间的推移，受各种水力、气候、人为等因素影响，水库大坝及其它附属建筑物都存在不同程度损坏，为水库的安全运行带来极大安全隐患。

3 二郎庙水库除险加固工程设计

3.1 土坝存在的问题

1)二郎庙水库坝顶宽度3.3m(包括防浪墙厚度)，小于《小型水利水电工程碾压式土石坝设计规范》(SL189-2013)，规定的宽度4.0-6.0m。但大坝下游平台被大范围杂土填平，杂填土平台较坝顶低约1.0m左右，并平台近坝脚设有环库路。现状防浪墙结构破损严重，影响防浪墙功能。

2)迎水坡干砌石经雨水冲刷及温度变化等自然因素影响，上游护坡块石平整度差、风化严重、杂草丛生，影响坡面防护效果；背水坡目前杂草丛生平整度较差。

3.2 土坝除险加固设计

1)维修大坝破损防浪墙，增设坝顶路面。防浪墙局部砂浆脱落，采用M10砂浆重新进行修补。本次设计将平台近坝脚的环库路作为坝顶路面，该道路路面高程较坝顶低约1.0m左右，行车道宽度3.5m，路面采用水泥混凝土结构，其中C30混凝土面层厚0.2m，稳固砂砾料基层厚0.2m。土基必须先整平后碾压(如遇反浆路段需将反浆层开挖)，然后填筑砂砾石垫层。基层和垫层压实度≥95%。

2)重建上游护坡上游护坡坝顶至死水位之间的块石及垫层全部拆除，重新铺筑，坡比为1∶3.3。砂垫层厚0.1m，干砌石厚度0.3m，平均粒径≥0.15m。

3)下游杂填土按照两级边坡进行修整，修整后坡比为1∶2.0，两级边坡中间修整为马道。坡顶修建纵向排水沟，两级边坡坡面修建斜坡排水沟，斜坡排水沟间距30m。下部边坡坡脚采用干砌石护脚。大坝加固设计典型断面图见1。

图1 大坝加固设计典型断面图

3.3 溢洪道存在的问题

溢洪道位于大坝左坝端，为岸边开敞式溢洪道。溢洪道由进口段、堰体段、泄槽段及陡坡段四部分组成。

1)溢洪道进水口滑坡坍塌，底板塌陷，左侧边墙裂缝倾斜，危及大坝左坝段的安全。边墙存在多处裂缝，泄槽底板骨料裸露，剥蚀严重。

2)溢洪道泄槽段左侧山体岩石风化破碎，部分滑坡，滑塌坡体可能影响溢洪道安全行洪。溢洪道末端无消能设施，冲刷坝下游杂填土坡脚。

3)溢洪道泄槽段部分位置边墙高度不足。溢洪道水面计算如下：

根据《溢洪道设计规范》(SL253-2018)溢洪道控制段及陡槽部分边墙高度，按200a一遇校核洪水掺气水面线高程加安全超高(安全超高取0.5m)计。泄槽水面线根据能量方程，用分段求和法按《溢洪道设计规范》(SL253-2018)附A.3公式计算：

式中：Δl1-2为分段长度，m；h1、h2为分段始、末断面水深，m；v1、v2为分段始、末断面平均流速，m/s；α1、α2为流速分布不均匀系数，取1.05；θ为泄槽底坡角度；i为泄槽底坡，i=tgθ；J为分段内平均摩阻坡降；n为泄槽槽身糙率系数，取0.014；v为分段平均流速，m/s；R为分段平均水力半径，m。

200a一遇校核洪水，泄量为106.30m3/s，对应的临界水深1.75m，对应的临界底坡为0.31%，实测溢洪道泄槽段最小纵坡为0.53%，按照《溢洪道设计规范》(SL253-2018)泄槽上游接宽顶堰时起始计算断面定在泄槽首部(桩号0+028)。边墙顶高程按200年一遇校核洪水掺气水面线高程加安全超高，安全超高取0.5m。

泄槽段水流掺气水深按下式计算：

式中：h、hb为泄槽计算断面的水深及掺气后水深，m；v为不掺气情况下泄槽计算断面的流速，m/s；ξ为修正系数，可取1.0-1.4 m/s，这里ξ=1.20。

泄槽水面线计算结果见表1：

表1 溢洪道水面曲线成果表

从表1计算结果可以看出大部分部位边墙高度不满足设计高度，存在安全隐患。

3.4 溢洪道除险加固设计

1)重建溢洪道进口桩号0+000-0+021，上游进口设齿墙，齿墙深1.5m，宽0.5m，底板采用0.3m厚的浆砌石，并浇筑混凝土面层0.2m，并对此桩号范围内的左侧边墙进行拆除重建。面层混凝土破损位置进行凿毛后，再次浇筑厚度0.1m混凝土面层。

2)对左侧山体岩石风化破碎部位加强防护，采用C30混凝土进行防护，厚20cm。底脚设置防冲梁0.5m×1.5m(宽×深)。大坝下游平台坡脚修建贴坡护脚，采用MU40干砌石护坡，M10浆砌石护脚。

3)溢洪道泄槽段边墙高度不满足要求的桩号位置，在原边墙的基础上进行局部加高，详见表2。

表2 溢洪道泄槽段边墙高度复核表

3.5 管理设施现场检查存在的问题

(1)无水位、雨量观测设施；跨溢洪道交通桥表面破碎，脱落，局部存在裂缝；无管理房。

3.6 管理设施除险加固设计

在坝址处增设一套水位观测设施；针对交通桥表面破损情况，清除交通桥面铺装层(厚度8cm)，重新浇筑C30混凝土面层0.1m；拆除重建桥两侧栏杆拆除，采用40cm厚C30混凝土，高度50cm。大坝下游背水坡平台左端新建防汛物资仓库1间，面积30m2。

4 结 语

水库工程在我国农业、工业、防洪、发电等方面发挥了重要作用，随着时间的变化，加上早期技术条件受限、资金不到位、管理不善等因素的影响，致使许多小型水库存在病险问题。尽管这些小型水库病险问题不尽相同，但又有许多相似之处。水库的除险加固工程是一项复杂的系统性工程，从水库所面临的实际情况出发，吸取国内同类型病险水库处理经验，优化加固方案。综合考虑，对不同的病险位置采用有针对性的加固方案，节省投资的同时，又能准确去除水库病害，使水库继续发挥效益。本文分析了水库病险原因，详细列举了溢洪道边墙高度的复核及加固过程。严格的依据国家现行规范、规程[3]，设计过程中参考水库的安全鉴定报告、原设计文件等资料，对水库其它不同的病险位置，在经济比较后采用了针对性的加固方案处理，满足了水库除险加固、安全运行要求，水库加固后目前运行状态良好，对类似工程具有一定的借鉴意义。