府谷县李家沟水库除险加固方案探析

王 洋

（府谷县皇甫川流域治理指挥部办公室 陕西 府谷 719499）

1 概况

位于府谷县皇甫川左岸支沟的李家沟水库，距府谷县城40km，坝址位于府谷县麻镇坪伦敦村。水库总库容为81万m3，是一座以拦沙、防洪为主，兼有灌溉、养殖等综合利用的小（二）型水库。水库枢纽建筑物包括均质土坝、溢洪道、输水洞。大坝为水坠均质土坝，坝高22 m,坝顶高程915m,坝顶长135m，坝顶宽5m，坝基宽89m，坝基高程893.0m，迎水坡坡比1∶2，背水坡坡比1∶2。放水建筑物由卧管、输水涵管组成，位于大坝左岸，均为砌石结构。卧管共设11级台阶，平孔进水，每级高差0.5m。输水涵管为内径60cm的钢筋砼管，最大泄量为0.5m3。溢洪道设在大坝右岸，形式为窄深式，堰顶高程910.7m，底宽5m，深6m，长79m。

李家沟水库于1977年3月动工兴建，1979年5月建成，水库运行30多年来，发挥了较好的社会效益和经济效益：一是保护了下游三个自然村人民生命财产安全；二是拦截38万m3入黄泥沙；三是改善生态环境，保持水土流失；四是为下游660亩农田提供灌溉水源。

2 水库存在的主要问题

虽然李家沟水库为当地农业灌溉、供水及下游防洪保安发挥了显著作用，但因工程施工质量留下先天隐患，随着运行时间的延长，淤积量的增加，库水位相应抬高，水库出现了不少隐患，主要表现在以下几个方面：

（1）水库质量先天不足，属典型的“三边”工程

由府谷县水电局派员技术指导，府谷县麻镇公社与坪伦敦村组织群众投劳投工实施的李家沟水库，属典型的“三边工程”。受当时历史条件和技术水平限制，水库没有建设图纸。在施工中，建设质量控制不严，使得水库质量留下先天隐患。加之30多年的运行，昔日小问题如今已成大问题，严重影响水库安全运行。

（2）水库淤积严重

李家沟水库地处陕北黄土高原北端，毛乌素沙漠东南缘，地貌单元属黄土梁峁区，沟壑纵横，梁峁起伏，植被差，水土流失严重。水库建成运用以来，已累计淤积泥沙38万m3，多年平均淤积量1.36万m3。随着水库泥沙淤积的增多，库水位在不断上升，淤积高程达909.0m，近年来水库只拦不排，库水位上升基本上在1.5 m范围内变化。1997年库水位曾超过溢洪道底部高程1m。水库在现状淤积情况下，防洪能力仅能防御30年一遇设计洪水，不能满足防御300年一遇校核洪水的要求，防洪能力不足是水库存在的严重险情。

（3）大坝迎、背水坡冲刷严重

在建设时，李家沟水库大坝迎水坡无防护设施，只有少量的自生植被，受库水风浪淘刷严重，迎水坡已经有一些冲沟，并形成1.5m陡坎。背水坡无排水设施，有冲沟，坝脚未建反滤排水设施，渗水、流泥严重。大坝存在渗透破坏的隐患，下游坝坡不稳定。

（4）泄水建筑物老化严重

由于水毁淤积严重，泄水洞洞子断裂，难以排洪、泄水。溢洪道未砌护，断面小，土质差，且左侧墙体为坝体，不能正常行洪。

（5）大坝无安全监测等设施，无管理设施，缺乏必要的通讯、交通设备

李家沟水库建成投运以来，一直处于开放式管理。因无专人管理，大坝无安全监测和管理配套设施，所以历年降雨量、库水位、蓄水量无记载资料。运行管理难以操作，无法实现对大坝的科学管理。

2007年4 月，榆林市水利局组织有关专家，按照水利部《水库大坝安全鉴定办法》之规定，对李家沟水库大坝进行了安全鉴定工作，评定李家沟水库大坝为三类病险坝，并建议管理单位“应尽快对该水库进行除险加固，确保大坝安全及正常运行”。

3 除险加固方案

3.1 除险加固设计原则

李家沟水库为已成工程，其主要建筑物已成固定模式和格局，且多年水库在灌溉、供水、防洪等方面对当地经济发展和人民生活的改善起了重要作用。故本次除险加固工程的实施应充分考虑到该工程的历史和现状，尽可能不影响水库的正常运行。

3.2 除险加固工程任务及规模

按李家沟水库大坝安全鉴定报告并结合本阶段水文、工程地质有关成果，本次除险加固工程的具体任务为：加高整修大坝、增设坝面防护排水设施；新建放水设施，封堵原泄水洞；溢洪道衬砌、加固；改造加固上坝防汛道路。按国家《防洪标准》规定，李家沟水库防洪标准取20年一遇设计，200年一遇校核。

3.3 正常蓄水位确定和调洪计算

李家沟水库多年平均淤积量1.36万m3，据此推算水库后续运行20年其淤积量为27.2万m3，则水库运行20年后的总淤积库容为65.2m3，对应淤积面高程为913m，由此确定本次除险加固设计正常蓄水位为913m。校核洪水位和设计洪水位通过调洪计算确定。起调水位为913.0m，溢洪道宽度为5m。调洪演算成果为：校核洪水位917.41m，库容127.38万m3，溢洪道泄量65.7m3/s；设计洪水位915.31m，库容94.65万m3，溢洪道泄量25.24m3/s。

3.4 大坝加固处理

李家沟水库大坝为均质土坝，改造后大坝坝顶高程918.70m，坝顶宽度4.0m，最大坝高24.5m，坝顶总长161m，最大坝底宽93.4m，上游坝坡分为1级，坡比为1∶2.5，下游坝坡分为3级，坡比分别均为1∶2.0，在高程910m和902m各设宽2.0m的马道，排水棱体顶高程897.8m，顶宽2.0m，内侧坡比为1∶1.5。

大坝所需土料主要来源于左坝肩上部斜坡地带，储量丰富，土料场运距短，开采运输方便，各项技术质量指标均符合《水利水电工程天然建筑材料勘察规程》对土坝碾压土料的技术要求，渗透系数要求小于1×10-4cm/s，坝体填筑土的最大干密度为1.64g/cm3，坝体的压实度为96%。

（1）大坝坝顶道路设计。根据大坝坝顶高程计算结果，坝顶加高至918.70m高程。坝顶宽度4.0m，改造坝顶道路，设计标准为四级道路，路面采用20cm厚的泥结石路面，下部铺设20cm厚的碎石垫层路基，上、下游侧设M7.5浆砌石路沿。

（2）迎水坡改造处理。为保护上游坝坡安全，本次加固设计对迎水坡结合大坝加高培厚进行整修改造处理。填筑时清除表层0.5m左右的松动浮土，对上游坝坡采用0.3m厚浆砌石内嵌干砌石护坡，砌石底高程至现淤积面以下1.0m，即高程905.5m，下部铺设0.2m厚的砂砾料垫层。

（3）背水坡加固处理及增设坡面排水系统。依据规范，对背水坡采用植物护坡，下游坝坡及两侧岸坡设置纵向排水沟，马道平台设置横向排水沟，与岸坡排水沟相接，将水直接导入下游河床。坝坡、岸坡、马道排水沟均采用浆砌石结构。坝顶、下游坝坡，以及下游马道设置0.3m×0.3m浆砌石梯形排水沟，左右两岸坡设置0.5m×0.5m浆砌石梯形排水沟。下游坝坡脚设置排水棱体，排水棱体顶高897.8m，顶宽2.0m，内侧坡比为1∶1.5，外侧坡比为 1∶2.0。

3.5 新建放水设施设计

新建放水建筑物位于李家沟水库大坝左岸。放水建筑物卧管位于大坝上游岸坡约40m处，岸坡处地面高程为908.00m，卧管纵坡比为1∶2，卧管放水口采用阶梯式布置，共设18级，每级高差0.5m，采用C20钢筋砼结构。各级放水孔进口高程分别为908.90m～917.40m。其中正常蓄水位910.70m以下布设9级，校核水位至正常蓄水位之间设4级。各级放水孔孔口尺寸均为φ0.3m的圆孔。卧管采用预制圆台体封盖。为便于卧管放水孔操作运行，卧管顶部至右岸坝肩回填一条宽1.5m的运行管理便道。

本次除险加固拟定正常蓄水位为910.70m，卧管底部地面高程为908.40m，故拟定涵管进口高程为906.90m，涵管坝后出口处高程为903.00m。卧管底部接φ1m预制钢筋混凝土涵管，涵管按明流设计。涵管上游起点高程为906.90m，下游坝后出口高程为903.00mm，涵管全长90m，设计坡比为0.044。涵管沿轴线基础均为土基，为防止基础发生不均匀变形，设置两层基础，即底部设厚0.3m的浆砌石，上部现浇鞍式混凝土管座，管座沿线设有适应地基沉降的永久缝，缝间距为12m。为防止卧管发生集中渗流，卧管在坝轴线上游部分设置四道截水环，截水环间距10m。

涵管末端接混凝土消力池，消力池宽3m，长3m，壁厚0.5m，高2.5m。消力池后接输水明渠，输水明渠断面为矩形断面，尺寸为0.8m×0.8m，渠底浆砌石厚度为0.3m。渠道下游段设退水渠，渠道与用水沟渠衔接。

3.6 溢洪道加固设计

李家沟溢洪道由引渠段、控制段、泄槽段及尾渠段等部分组成，总长度136m。本次加固设计引渠为矩形断面，长10m，底宽由8m渐变为5m，底坡设计比降为i=0；进水渠底板高程为911.20m，墙顶高程与坝顶高程齐平；底板浆砌石厚度为0.3m，侧墙顶宽0.3m，坡比为1∶0.3。

新建混凝土结构宽顶堰，堰顶高程为913.00m，墙顶高程为918.70m，宽顶堰宽5m，顺水流向长8m，堰前设90°控制半径为1m的圆弧转角，底板浇筑1.8m厚的C20钢筋砼；墙顶设计交通桥与坝顶连通。

加固改造溢洪道泄槽采用矩形断面，总长83.00m；采用浆砌石内衬钢筋混凝土结构，内衬混凝土厚度为0.15m，外包浆砌石顶部宽度为30cm，坡比为1∶0.3；其下铺设20cm厚砂砾石垫层。

消力池采用底流消能方式，采用矩形平底消力池结构型式，长20m，底宽为5m，深1m，池底高程899.30m，边墙顶高程902.80m。底板衬砌厚度0.5m，采用C20钢筋砼衬砌，其下铺设0.3m厚浆砌石，浆砌石下部铺设0.2m厚的砂砾石垫层。为了消除余能及保护下游渠道，对消力池下游段采用铅丝石笼护底，铅丝笼厚度为1m，宽度为6m。

3.7 大坝安全监测设计

为了及时准确的掌握大坝水库上下游水位情况，本次除险加固设计中，设置2组水尺。同时为了及时监测坝体及坝基的渗流量情况，在大坝下游侧设置量水堰。

4 结语

李家沟水库原设计总库容80万m3，现已淤积38万m3。考虑原放水渠老化、淤积、未衬砌，不具备安全行洪要求，本次除险加固工程的主要内容为：大坝加固培厚，使其满足渗流及抗滑安全性；改建溢洪道，保证水库泄洪安全；新建放水设施；增设大坝安全监测及水库管理设施，改造防汛抢险道路。陕西水利