探討水庫加固的方案設計
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南沙河水庫所處的地理位置非常重要，下游是迎澤區，是省城太原的主城區、商貿中心，水庫一旦潰壩將威脅庫區下游29個村，49.16萬人，眾多學校工礦企業和石太鐵路、環城高速路等的安全。
1大壩加固方案
水庫大壩為均質土壩，現已成為連接兩岸的主要交通道路，大壩上下游壩坡均未防護，雜草叢生，且大壩下游壩坡大量傾倒垃圾致使壩頂寬度由6m增加到18m，無壩坡排水系統，下游壩坡非常陡。大壩經安全鑒定，上下游壩坡在各種工況下是穩定的，但下游壩坡目前垃圾堆積、變形嚴重，產生大面積滑坡危險性高。針對大壩存在的問題，大壩加固改造方案為：上下游壩坡進行防護，新增排水設施，重修壩頂路面。上游壩坡防護：防護前首先清除壩坡表面垃圾、雜草及腐殖土，壩坡高程910m以下防護型式仍采用干砌石，厚0.4m，下設150mm厚砂礫石墊層、土工布。壩坡910m以上采用干砌石防護，厚0.4m，下設150mm厚碎石墊層，護砌至壩頂。下游壩坡防護：下游壩坡防護范圍為整個壩下游坡，壩面長160m。首先將壩坡表面垃圾、雜草灌木、樹木及腐殖土清除干凈，然后按坡度1∶2.5進行削坡及培厚，在削坡時對壩體上的孔穴全斷面挖除并回填黏土夯實，壓實度不小于0.98。其后對壩坡采用草皮護坡，由壩頂護砌至貼坡排水頂部。排水設施：下游增設壩面排水，下游壩腳河床部位增設壩體排水。在大壩壩頂下游側及左右兩岸順壩體與岸坡結合處設岸坡排水溝，在壩體排水下游設一縱向排水溝，與岸坡排水溝相連，排出兩岸山坡和壩坡積水。下游壩體排水采用貼坡排水。貼坡排水頂部高于壩體浸潤線出溢點1.0m，貼坡干砌石厚0.5m，下部分別設0.2m厚的砂礫石反濾層和0.2m厚的粗砂墊層。排水底部設排水溝，排出壩腳滲水。根據地勘資料，大壩修筑時未做地基處理，壩基覆蓋層主要為卵石混合土、級配不良礫夾級配不良砂，層厚0～3.5m，結構松散，分選性較差，不均勻系數為10.9～137.7，其滲透系數為11～22m/d，為強透水層，存在壩基覆蓋層滲漏問題。左右壩肩巖體中節理裂隙較發育，且有不同程度的張開，具中等透水性，級配不良礫和砂巖巖層為庫水滲漏層位，左右壩肩存在繞壩滲漏問題。從目前情況來看，在水庫大壩下游養魚池有泉水出逸現象，水位隨庫水位變化較小，較為穩定，出溢點沒有出現過異常情況，滲漏未對大壩穩定構成大的威脅。考慮到長期的滲漏有可能對大壩安全產生一定程度的不利因素，對壩體下游滲水處設反濾體。考慮到南沙河水庫為緩洪庫，不進行壩基防滲處理，結合壩體排水增設壩基反濾層，將貼坡排水反濾層深入壩基砂礫層底部。壩頂路面：壩頂為瀝青混凝土路面，厚50mm，下設300mm厚石灰粉煤灰碎礫石上基層，其下為200mm厚的水泥穩定粒料墊層。路面設2%外傾坡，上下游側設欄桿。
2溢洪道改造方案
溢洪道進口由于大量傾倒垃圾，致使目前抬高2m。溢洪道出口4孔橋式涵洞已有1孔全部堵塞。溢洪道橋墩為漿砌石，橋拱由磚石壘砌而成，年久失修，破壞嚴重，不滿足泄洪及防洪搶險要求。溢洪道泄槽為梯形土渠，出口段廠房、倉庫遍布，無消能設施，并且堆積較多生活垃圾。根據大壩安全鑒定結論，溢洪道未襯砌，抗沖能力低，出口無消能設施，應進行改造。由于溢洪道泄槽段涉及到大面積的倉庫、廠房需要拆遷，且位于太原市區，所需資金及實施難度太大，短期內實施全部溢洪道的疏通不現實。故受資金及拆遷等各種因素的制約，且時間緊、任務急，本除險加固方案未對整個溢洪道進行改建，僅對溢洪道控制段進行改造，拆除原溢洪道控制段，在原位新建。根據實際情況及安全鑒定結論，溢洪道改造內容主要包括新建10.5m長進水渠、控制段溢流堰原位改建、泄槽段防護73m。為保證控制段溢流堰進水順暢，新建進水渠段長10.5m，進口采用喇叭口型式，渠首底寬7.8m，末端底寬12.0m，底坡為2‰的逆底，渠首底高程910m，末端底高程909.979m。邊墻采用M7.5漿砌石直立式擋墻，擋墻頂高程由915.2m降至911.179m。底板采用M7.5漿砌石防護，厚0.5m。溢流堰為寬頂堰，2孔，每孔凈寬3.7m，前緣凈寬7.8m，堰頂高程910m，總長20.0m。堰體材料為C25鋼筋混凝土，墊層采用100厚C15素混凝土。為連接兩岸交通，溢流堰采用橋涵式溢流堰，頂、底板及側壁厚均為0.4m，交通橋底高程同大壩壩頂高程為915.2m，設計汽車荷載等級采用公路-Ⅱ級。泄槽防護段總長73.0m。前10.0m為過渡段，邊墻采用M7.5漿砌石直立式擋墻，底板采用M7.5漿砌石防護，厚0.5m。其后為漸變段，長10.0m，與泄槽已砌護段順接。漸變段后為73m砌護段，采用M7.5漿砌石防護，厚0.5m，邊坡1∶1。
3大壩安全監測方案
南沙河水庫從建成至今已運行50多年，但大壩一直沒有安全監測設施，其現狀既無法滿足大壩自身安全監測的實際需要，也不滿足《土石壩安全監測技術規范》的要求。為確保水庫大壩的安全運行，建立一套比較完善的大壩安全監測系統是十分必要的。本次除險加固設計增設必要的大壩安全監測設施，安全監測的內容主要包含壩體垂直與水平位移觀測、滲流監測等。垂直與水平位移觀測：為觀測土壩沉陷與變形，共布置3條縱斷面12個觀測樁，并相應布設工作基點12個。壩體滲流觀測：布設3條橫斷面，觀測孔12個。
南沙河水庫除險加固方案主要對上下游壩坡、溢洪道等進行了設計，解決了大壩防洪標準不足，壩坡、壩基滲透穩定等問題，但由于拆遷、清障、資金等原因，除險加固后仍存在以下問題：一是泄洪洞下游仍有障礙物，不能正常泄洪。二是溢洪道泄槽段及下游均為臨時建筑，溢洪道無法正常泄洪。三是南沙河水庫下游河道過洪斷面不足，無法安全渲泄水庫下泄洪水。四是大壩在第一次蓄水運用，當水深蓄至7m時（蓄洪量約為55萬m3），土壩發生嚴重管涌和局部脫坡等險情。本次設計增設了大壩下游壩坡排水設施，壩基砂卵石層增設了反濾層，滲透穩定可以滿足要求，但由于計算依據數據為本次地勘資料，而大壩壩體質量存在一定差異性，故在實際運行中必須加強觀察監測。建議建設單位積極與相關部門協調資金及拆遷事宜，盡快對溢洪道下游進行清障，完善溢洪道泄槽、消能防沖設施；盡快對泄洪洞下游進行清障，確保洪水安全下泄；拓寬南沙河水庫下游河道，加強汛期安全監測，確保水庫安全運行。（本文作者：路正鋒 單位：太原市水利勘測設計院）
